CN112217220B - 新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法及装置,可以应用于电力系统中,包括针对连锁故障防御的预防控制措施和校正控制措施。通过在时域仿真计算中计及连锁事件过程进行暂态安全稳定评估和后续的静态安全分析,采用新能源有功功率控制和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,针对安全稳定裕度小于门槛值或新能源机组脱网量大于门槛值或损失负荷量大于门槛值的预设故障,分档决策获得满足要求的预防控制措施;基于有功功率控制量对直流线路过负荷量的灵敏度执行校正控制措施。本发明方法可以有效降低新能源送出多端柔性直流电网发生连锁和严重故障给系统安全稳定运行带来的风险。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域,具体涉及一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法及装置。
背景技术
为了解决新能源的规模化消纳,迫切需要在电网侧加快新型能源汇集及送出技术的研发以提高新能源发电的利用效率。传统的端对端直流输电方式无法形成相互支援,而高压柔性直流电网可通过对广域内可再生能源发电直流联网,充分利用可再生能源发电的互补性,实现新能源发电的大规模集中接入。
与通常的两端柔性直流输电方式相比,多端柔性直流电网运行方式更为复杂多样,考虑直流断路器等新研制设备运行可靠性问题以及交流系统和直流系统之间、柔性直流电网各端口之间的交互影响,新能源送出多端柔性直流电网发生连锁故障的可能性增加,给系统安全稳定运行带来风险。鉴于该问题的复杂性,避免离线采用典型运行方式分析计算的误差和局限性,新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御需要基于系统实际运行工况在线分析计算。
发明内容
针对上述问题,本发明提出新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法及装置,包括针对连锁故障防御的预防控制措施和校正控制措施,可以有效降低新能源送出多端柔性直流电网发生连锁和严重故障给系统安全稳定运行带来的风险。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案,具体如下:
一方面,本发明提供一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,包括以下步骤:
实时监测多端柔性直流电网的运行参数,当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后启动校正控制措施;
当直流线路和换流站没有出现过负荷情况,则根据运行参数进行状态估计生成潮流文件;
将潮流文件结合设备模型和参数信息生成用于暂态安全稳定和静态安全评估的计算数据;
输入计算数据并基于预先设定的初始故障进行暂态稳定时域仿真,得到暂态安全稳定裕度和故障发生后的后续连锁事件过程;
基于故障发生及后续连锁事件过程后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度;
当多端柔性直流电网出现下列三种情况的任意一种时,启动预防控制措施:
暂态安全稳定裕度和/或静态安全裕度小于安全稳定裕度门槛值;
新能源机组脱网量大于门槛值;
损失负荷量大于门槛值时。
进一步地,所述预先设定的初始故障包括:送端交流系统故障、受端交流系统故障、多端柔性直流电网直流线路故障和换流站闭锁故障。
进一步地,所述连锁事件包括:送受端交流故障引发柔直电网直流过电压进而造成换流站双极闭锁、直流换流站双极闭锁后送受端交流电网频率高于阈值上限或低于阈值下限造成新能源机组脱网和损失负荷、直流换流站双极闭锁后送端交流电网电压高于阈值上限或低于阈值下限造成新能源机组脱网。
进一步地,所述暂态稳定时域仿真计及换流站过电压保护、直流控保系统中的直流电压协调控制和直流线路过负荷控制、新能源机组的高低频保护和高低压保护模型。
进一步地,所述校正控制措施,包括优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量控制,如无法解决问题则继续进行新能源有功功率控制量控制,通过将控制指令下发至多端柔性直流站间协调控制系统和新能源厂站集控系统实现。
再进一步地,柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量和新能源有功功率控制量通过以下公式获得:
再进一步地,有功功率控制量对直流线路过负荷量的灵敏度通过以下方法计算得到:假设有功功率控制量为一个单位,通过求解以下线性方程组,获得各直流换流站的直流母线电压变化量:
其中,△Ui为第i个直流换流站的直流母线电压变化量,i=1,2,L,n,假定第n个换流站为直流电压控制点;Rij为换流站i和j之间直流线路的电阻;p为直流电网的极数;
得到各直流换流站的直流母线电压变化量后,即可计算第k条直流线路电流的变化量,从而得到有功功率控制量对直流线路过负荷量的灵敏度。
进一步地,所述预防控制措施包括:新能源有功功率控制措施和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,取预防控制策略所有控制措施中与当前量相比变化最大的措施作为最终的预防控制措施。
进一步地,优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制,之后在定有功功率控制端的有功功率定值控制基础上增加新能源有功功率控制,控制目标是安全稳定裕度、新能源机组脱网量以及损失负荷量均满足门槛值要求或者无法进一步改善。
进一步地,柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施搜索过程为:首先将柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值按照控制精度要求划分为多个档位并确定每个档位的安全稳定裕度阈值,针对每一个控制档位并行进行暂态安全稳定评估和静态安全评估得到暂态安全稳定裕度和静态安全裕度,在所有的暂态安全稳定裕度和静态安全裕度结果中按照与当前档位安全稳定裕度阈值的距离从小到大进行判断,选择安全稳定裕度、新能源机组脱网量以及损失负荷量均满足门槛值要求的档位作为预防控制措施,或者档位增加时小于门槛值的安全稳定裕度不再增加,而且大于门槛值的新能源机组脱网量以及损失负荷量也不再减少的档位作为预防控制措施。
在另一个方面,本发明提供了一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御装置,包括:
数据采集模块,用于实时监测多端柔性直流电网的运行参数,当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后启动校正控制措施;
潮流文件生成模块,用于当直流线路和换流站没有出现过负荷情况,则根据运行参数进行状态估计生成潮流文件;
暂态稳定时域仿真模块,用于将潮流文件生成模块生成的潮流文件结合设备模型和参数信息生成用于暂态安全稳定和静态安全评估的计算数据;
输入计算数据并基于预先设定的初始故障进行暂态稳定时域仿真,得到暂态安全稳定裕度和故障发生后的后续连锁事件过程;
静态安全裕度计算模块,用于基于暂态稳定时域仿真模块得到的故障发生及后续连锁事件过程后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度;
预防控制措施启动模块,用于判断当多端柔性直流电网出现下列三种情况的任意一种时,启动预防控制措施:
暂态安全稳定裕度和/或静态安全裕度小于安全稳定裕度门槛值;
新能源机组脱网量大于门槛值;
损失负荷量大于门槛值。
本发明所取得的有益技术效果包括:
本发明提出了一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法及装置,可以应用于电力系统中。通过在时域仿真计算中计及连锁事件过程进行暂态安全稳定评估和后续的静态安全分析,采用新能源有功功率控制和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,针对安全稳定裕度小于门槛值或新能源机组脱网量大于门槛值或损失负荷量大于门槛值的预设故障,分档决策获得满足要求的预防控制措施;当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后,基于有功功率控制量对直流线路过负荷量的灵敏度进行实时计算,确定柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量和新能源有功功率控制量,基于计算得出的控制量启动校正控制措施。本发明提出的新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法及装置,可以有效降低连锁和严重故障给系统安全稳定运行带来的风险。
附图说明
图1为本发明一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效,且为了使该评价方法易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。
实施例:一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,包括以下步骤:
实时监测多端柔性直流电网的运行参数,当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后启动校正控制策略;
当直流线路和换流站没有出现过负荷情况,则根据运行参数进行状态估计生成潮流文件;
将潮流文件结合设备模型和参数信息生成用于暂态安全稳定和静态安全评估的计算数据;
输入计算数据并基于预先设定的初始故障进行暂态稳定时域仿真,得到暂态安全稳定裕度和故障发生后的后续连锁事件过程;
基于故障发生及后续连锁事件过程后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度;
当多端柔性直流电网出现暂态安全稳定裕度和/或静态安全裕度小于安全稳定裕度门槛值或新能源机组脱网量大于门槛值或损失负荷量大于门槛值时,启动预防控制措施。
本实施例中通过暂态稳定时域仿真得到安全稳定裕度和初始故障发生后的后续连锁事件过程后,检查与预设的各门槛值相比安全稳定裕度是否满足要求、新能源脱网量是否满足要求、负荷损失量是否满足要求,这里门槛值的设定是根据电网安全稳定要求得到的;本发明根据时域仿真计算暂态安全稳定评估,计及故障发生后的连锁事件过程进行后续的静态安全分析,计算脱网量和负荷损失量;以及根据连锁时间后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度。
在具体实施例中,不管是暂态安全裕度还是静态安全裕度,只要裕度不满足安全要求,都需要进行预防控制决策,也就是说这个裕度是用来判断是否需要进行预防控制决策的。
现在电网用的裕度门槛值都是0即大于0为安全,小于0为不安全。但可以有各自的门槛值。在具体实施例中,如要求比较高,静态裕度门槛可设为10,即静态安全裕度低于10就需要控制。
在具体实施例中,根据电力系统的各种量测信息进行状态估计,获取电力系统当前的运行状态,再结合电力系统设备模型、参数等信息生成安全稳定评估所需的计算数据,安全稳定评估包括暂态安全稳定评估和静态安全评估。量测的信息包括母线电压、发电机出力、负荷功率等信息,这些信息可能存在量测不准确的情况,所以需要状态估计,生成可以计算的潮流文件,但是仅有潮流文件是不够的,还缺少设备模型和参数,设备模型和参数指的是发电机模型、直流模型等,参数指的是发电机、直流的参数,这个参数不是测量出来的,是设备本身固有的参数,状态估计出来的结果是潮流文件,模型和参数是稳定文件,有了潮流文件和稳定文件就可以进行暂态稳定时域仿真了。
在以上实施例的基础上,为了更准确全面的仿真出故障发生后的连锁事件过程,在具体实施例中,预先设定了初始故障,包括:送端交流系统故障、受端交流系统故障、多端柔性直流电网直流线路故障和换流站闭锁故障。
在以上实施例基础上,为了准确的模拟初始故障后电网动态响应情况,需要进行暂态稳定时域仿真计算获得初始故障发生后的后续连锁事件过程并进行暂态安全稳定评估。连锁事件包括:送受端交流故障引发柔直电网直流过电压进而造成换流站双极闭锁、直流换流站双极闭锁后送受端交流电网频率高于阈值上限或低于阈值下限造成新能源机组脱网和损失负荷、直流换流站双极闭锁后送端交流电网电压高于阈值上限或低于阈值下限造成新能源机组脱网。
在以上实施例的基础上,为了使仿真故障发生后的连锁事件过程中换流站过负荷分析更精确,所述暂态稳定时域仿真计及换流站过电压保护、直流控保系统中的直流电压协调控制和直流线路过负荷控制、新能源机组的高低频保护和高低压保护模型。
在以上实施例基础上,所述校正控制措施,主要应对直流线路和换流站故障停运后剩余直流线路和换流站过负荷问题,包括优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制,如无法解决问题则继续进行新能源有功功率控制,通过将控制指令下发至多端柔性直流站间协调控制系统和新能源厂站集控系统实现。
在以上实施例基础上,柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量和新能源有功功率控制量通过以下公式获得:
在以上实施例基础上,有功功率控制量对直流线路过负荷量的灵敏度通过以下方法计算得到:假设有功功率控制量为一个单位,通过求解以下线性方程组,获得各直流换流站的直流母线电压变化量:
其中,△Ui为第i个直流换流站的直流母线电压变化量,i=1,2,L,n,假定第n个换流站为直流电压控制点;Rij为换流站i和j之间直流线路的电阻;p为直流电网的极数;
得到各直流换流站的直流母线电压变化量后,即计算出第k条直流线路电流的变化量,从而得到有功功率控制量对直流线路过负荷量的灵敏度。
在以上实施例基础上,所述预防控制策略包括新能源有功功率控制措施和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,取预防控制策略所有控制措施中与当前量相比变化最大的措施作为最终的预防控制措施。
在以上实施例基础上,进一步优选地,所述预防控制策略包括新能源有功功率控制措施和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制,之后在定有功功率控制端的有功功率定值控制基础上增加新能源有功功率控制,控制目标是安全稳定裕度、新能源机组脱网量以及损失负荷量均满足门槛值要求或者无法进一步改善。
柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施搜索过程为:首先将柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值按照控制精度要求划分为多个档位并确定每个档位的安全稳定裕度阈值,针对每一个控制档位并行进行暂态安全稳定评估和静态安全评估得到暂态安全稳定裕度和静态安全裕度,在所有的暂态安全稳定裕度和静态安全裕度结果中按照与当前档位安全稳定裕度阈值的距离从小到大进行判断,选择安全稳定裕度、新能源机组脱网量以及损失负荷量均满足门槛值要求的档位作为预防控制措施,或者档位增加时小于门槛值的安全稳定裕度不再增加,而且大于门槛值的新能源机组脱网量以及损失负荷量也不再减少的档位作为预防控制措施。
实施例,一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御装置,包括:
数据采集模块,用于实时监测多端柔性直流电网的运行参数,当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后启动校正控制措施;
潮流文件生成模块,用于当直流线路和换流站没有出现过负荷情况,则根据运行参数进行状态估计生成潮流文件;
暂态稳定时域仿真模块,用于将潮流文件生成模块生成的潮流文件结合设备模型和参数信息生成用于暂态安全稳定和静态安全评估的计算数据;
输入计算数据并基于预先设定的初始故障进行暂态稳定时域仿真,得到暂态安全稳定裕度和故障发生后的后续连锁事件过程;
静态安全裕度计算模块,用于基于暂态稳定时域仿真模块得到的故障发生及后续连锁事件过程后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度;
预防控制措施启动模块,用于判断当多端柔性直流电网出现下列三种情况的任意一种时,启动预防控制措施:
暂态安全稳定裕度和/或静态安全裕度小于安全稳定裕度门槛值;
新能源机组脱网量大于门槛值;
损失负荷量大于门槛值。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述,但是本发明并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,这些均属于本发明的保护之内。
本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此,如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,包括以下步骤:
实时监测多端柔性直流电网的运行参数,当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后启动校正控制措施;
当直流线路和换流站没有出现过负荷情况,则根据运行参数进行状态估计生成潮流文件;
将潮流文件结合设备模型和参数信息生成用于暂态安全稳定和静态安全评估的计算数据;
输入计算数据并基于预先设定的初始故障进行暂态稳定时域仿真,得到暂态安全稳定裕度和故障发生后的后续连锁事件过程;
基于故障发生及后续连锁事件过程后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度;
当多端柔性直流电网出现下列三种情况的任意一种时,启动预防控制措施:
暂态安全稳定裕度和/或静态安全裕度小于安全稳定裕度门槛值;
新能源机组脱网量大于门槛值;
损失负荷量大于门槛值;
所述校正控制措施,包括优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量控制,如无法解决问题则继续进行新能源有功功率控制量控制,通过将控制指令下发至多端柔性直流站间协调控制系统和新能源厂站集控系统实现;
柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量和新能源有功功率控制量通过以下公式获得:
2.根据权利要求1所述的一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,所述预先设定的初始故障包括:送端交流系统故障、受端交流系统故障、多端柔性直流电网直流线路故障和换流站闭锁故障。
3.根据权利要求1所述的一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,所述连锁事件包括:送受端交流故障引发柔直电网直流过电压进而造成换流站双极闭锁、直流换流站双极闭锁后送受端交流电网频率高于阈值上限或低于阈值下限造成新能源机组脱网和损失负荷、直流换流站双极闭锁后送端交流电网电压高于阈值上限或低于阈值下限造成新能源机组脱网。
4.根据权利要求1所述的一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,所述暂态稳定时域仿真计及换流站过电压保护、直流控保系统中的直流电压协调控制和直流线路过负荷控制、新能源机组的高低频保护和高低压保护模型。
6.根据权利要求1所述的一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,所述预防控制措施包括:新能源有功功率控制措施和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,取预防控制策略所有控制措施中与当前量相比变化最大的措施作为最终的预防控制措施。
7.根据权利要求6所述的一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,所述预防控制策略包括新能源有功功率控制措施和柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施,优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制,之后在定有功功率控制端的有功功率定值控制基础上增加新能源有功功率控制,控制目标是安全稳定裕度、新能源机组脱网量以及损失负荷量均满足门槛值要求或者无法进一步改善。
8.根据权利要求7所述的一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御方法,其特征在于,柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制措施搜索过程为:首先将柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值按照控制精度要求划分为多个档位并确定每个档位的安全稳定裕度阈值,针对每一个控制档位并行进行暂态安全稳定评估和静态安全稳定评估得到暂态安全稳定裕度和静态安全裕度,在所有的暂态安全稳定裕度和静态安全裕度结果中按照与当前档位安全稳定裕度阈值的距离从小到大进行判断,选择安全稳定裕度、新能源机组脱网量以及损失负荷量均满足门槛值要求的档位作为预防控制措施,或者档位增加时小于门槛值的安全稳定裕度不再增加,而且大于门槛值的新能源机组脱网量以及损失负荷量也不再减少的档位作为预防控制措施。
9.一种新能源送出多端柔性直流电网安全稳定防御装置,其特征在于,包括:
数据采集模块,用于实时监测多端柔性直流电网的运行参数,当检测多端柔性直流电网的直流线路和换流站过负荷后启动校正控制措施;
潮流文件生成模块,用于当直流线路和换流站没有出现过负荷情况,则根据运行参数进行状态估计生成潮流文件;
暂态稳定时域仿真模块,用于将潮流文件生成模块生成的潮流文件结合设备模型和参数信息生成用于暂态安全稳定和静态安全评估的计算数据;
输入计算数据并基于预先设定的初始故障进行暂态稳定时域仿真,得到暂态安全稳定裕度和故障发生后的后续连锁事件过程;
静态安全裕度计算模块,用于基于暂态稳定时域仿真模块得到的故障发生及后续连锁事件过程后的准稳态方式进行换流站过负荷分析,得到静态安全裕度;
预防控制措施启动模块,用于判断当多端柔性直流电网出现下列三种情况的任意一种时,启动预防控制措施:
暂态安全稳定裕度和/或静态安全裕度小于安全稳定裕度门槛值;
新能源机组脱网量大于门槛值;
损失负荷量大于门槛值;
所述校正控制措施,包括优先采用柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量控制,如无法解决问题则继续进行新能源有功功率控制量控制,通过将控制指令下发至多端柔性直流站间协调控制系统和新能源厂站集控系统实现;
柔性直流定有功功率控制端的有功功率定值控制量和新能源有功功率控制量通过以下公式获得:
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