CN112448384A - 一种多直流馈入电网一次调频旋转备用容量配置方法 - Google Patents

Abstract

一种多直流馈入电网一次调频旋转备用容量配置方法首先对目标电网的现状及未来规划资料进行收集，确保计算结果具有较高实用性，随后在BPA中建立潮流模型及稳态模型；在此基础上，确定目标电网典型运行方式及参考事件(功率缺额事件)与目标频率(事故后频率要求)，并计算不同直流占比下满足目标频率要求的一次调频旋转备用容量配置方案；且兼顾了系统潮流分布、热稳极限、发电机出力特性、系统电压及暂态稳定性等电网限制条件，确保电力系统的安全稳定运行；最后对典型运行方式的计算结果进行整理提炼，掌握保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，以此提高本方法的指导意义与实用性。本文的实施例表明该方法可适用于大规模电力系统的安全稳定评估，具有很好的可计算性和实用性，可以作为调度运行及规划设计部门的主要分析工具。

Description

一种多直流馈入电网一次调频旋转备用容量配置方法

技术领域

本发明涉及电力系统频率领域，具体地说，是一种电力系统确定一次调频旋转备用容量的方法。

背景技术

随着全球能源互联网战略构想的提出，国家能源发展面临重大战略转型，电网迎来新的发展机遇。以清洁能源为主导、以电为中心的能源新格局的构建，加快推动部分区域电网逐步从自给自足向大规模区外来电的大型受端电网转变。区外来电比例的大幅上升，电网特性将发生较大改变，对电网运行技术水平提出了新的要求。

直流大容量、集中地馈入区域电网客观上导致大量常规机组被迫调停，系统有效转动惯量下降，系统调节能力下降，一方面，单一直流来电规模不断提高，电网面临更大频率冲击源的威胁；另一方面，随着直流受电规模增大，直流对网内常规电源的置换效应进一步加剧，相同功率缺额导致的电网频率跌落越大，电网频率特性呈现恶化趋势。直流闭锁引起的频率稳定问题已成为直流受端电网面临的重大风险之一。

综上所述，为保障在直流工程接入后的电网安全稳定运行，研究电网在直流接入后的频率特性尤为重要，本文旨在电网不同典型运行方式及不同直流馈入占比下，研究电网在功率缺额事件发生后，电网暂态频率最低点符合事故后频率要求的一次调频旋转备用容量的可行性配置方案。

发明内容

目前已有的涉及电网直流接入后一次调频旋转备用容量配置的可行性方法，多局限于理论分析与推导，且计算过程较为繁琐，研究成果在实用性上有所欠缺。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种多直流馈入电网一次调频旋转备用容量配置方法首先对目标电网的现状及未来规划资料进行收集，确保计算结果具有较高实用性，随后在BPA中建立潮流模型及稳态模型；在此基础上，确定目标电网典型运行方式及参考事件(功率缺额事件)与目标频率(事故后频率要求)，并计算不同直流占比下满足目标频率要求的一次调频旋转备用容量配置方案；且兼顾了系统潮流分布、热稳极限、发电机出力特性、系统电压及暂态稳定性等电网限制条件，确保电力系统的安全稳定运行；最后对典型运行方式的计算结果进行整理提炼，掌握保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，以此提高本方法的指导意义与实用性。

该方法简单、快速，保证了电网旋转备用优化的仿真计算精度，并兼顾了电网稳定运行的实际限制，为电力系统运行和规划人员提供了实际的指导建议，有助于提高电力系统运行的安全性和稳定性。因此，该方法具有较好的实际指导意义和应用价值。

一种多直流馈入电网一次调频旋转备用容量配置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对目标电网进行资料收集、建立仿真模型、并确定目标电网各典型运行方式与计算条件；

步骤2：确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案；

步骤3：校验调整后目标电网数据是否满足其它限制；

步骤4：计算一次调频旋转备用配置安全域；

进一步地，所述步骤1包括：

步骤1-1：调研目标电网的现状及规划资料，包括：网架结构、发电机参数、负荷参数、线路参数、变压器参数等；

步骤1-2：搭建目标电网的BPA潮流模型，稳态模型；

步骤1-3：确定目标电网各典型运行方式、确定各运行方式下参考事件(功率缺额事件) 与目标频率(事故后频率要求)、确定各运行方式下直流占比区间。

进一步地，所述步骤2包括：

步骤2-1：选取目标电网的某一典型运行方式；

步骤2-2：选取该运行方式下某一直流比例；

步骤2-3：以参考事件所造成的功率缺额为旋转备用容量初始值，以参考事件为故障进行目标电网暂态仿真，观察故障后电网暂态最低频率；

步骤2-4：判断电网最低点频率是否满足目标频率要求？若满足，转向步骤3-1；若不满足，则转向步骤2-5；

步骤2-5：根据电网暂态频率最低点的大小改变旋转备用配置容量，并判断旋备配置容量是否大于该方式下旋转备用可留取容量极限？若没有越限，进行暂态仿真，转向步骤2-4；若越限，则转向步骤3-5。

进一步地，所述步骤3包括：

步骤3-1：校验调整后的电网数据，检验电网潮流分布是否合理？检验实际调频机组出力特性是否满足要求？检验电网传输线路、主变等功率是否存在越限危险？检验电网电压及暂态稳定性是否满足要求？若满足，转向步骤3-2；若不满足，转向步骤3-4；

步骤3-2：操作是否遍历该运行方式下占比区间，若遍历，转向步骤3-3；若未遍历，转向步骤2-2；

步骤3-3：操作是否遍历电网所有典型运行方式，若遍历，转向步骤4-1；若未遍历，转向步骤2-1；

步骤3-4：在保证电网符合步骤3-1中限制要求的情况下，重新分配旋转备用容量在电网中的分布，若存在合理方案，转向步骤3-2；若不存在合理方案，转向步骤3-5。

步骤3-5：当前电网运行方式不符合电网运行要求，建议更改当前电网运行方式后再进行操作，转向步骤3-2。

进一步地，所述步骤4包括：

步骤4-1：对典型运行方式的计算结果进行整理提炼，并进行曲线拟合，计算裕度曲线；

步骤4-2：计算保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域。

附图说明

图1为：本发明方法流程图。

图2为：本发明一实施例电网结构。

图3为：本发明一实施例电网低负荷数据拟合曲线。

图4为：本发明一实施例电网低负荷数据拟合残差。

图5为：本发明一实施例电网低负荷数据拟合裕度曲线。

图6为：本发明一实施例电网高负荷数据拟合曲线。

图7为：本发明一实施例电网高负荷数据拟合残差。

图8为：本发明一实施例电网高负荷数据拟合裕度曲线。

图9为：本发明一实施例电网旋转备用配置安全域。

具体实施方式：

图2为所提供的某100千伏目标电网示意图，该目标电网包含31个100千伏变电站、10 个具有100千伏母线的发电厂(其中BUS-30为平衡机节点，装机容量为200MW，其余发电厂单台发电机装机容量为160MW)、4个风力发电厂(BUS-FD)和2条直流输电馈入线路。本次算例将以该100千伏目标电网为例，在该电网两种极端负荷水平下运用所述方法对目标电网针对不同直流与新能源总占比(35％-59％)进行一次调频旋转备用容量配置方案研究。

目标电网在低负荷水平时总发电量为4500MW，其中直流馈入容量约为900MW，占比20％；风力发电并网容量约为675MW，占比15％。设置功率缺额250MW为参考事件，暂态频率最低值49HZ为目标频率，最大旋转备用容量≤12％，对电网进行探索：

调整次数	旋备容量	暂态频率最低值	传统调频机组数目
				1	250MW	47.8HZ	19
2	275MW	48.51HZ	19
				3	300MW	48.8HZ	19
4	325MW	48.97HZ	19
				5	330MW	49HZ	19

同理，运用相同本文所述方法，保持参考事件与目标频率不变，通过提高电网直流馈入容量以提高电网直流占比模拟更多直流线路馈入情况，进而研究目标电网在多直流馈入高占比时的暂态频率特性，其结果如下：

目标电网总占比	旋备容量	暂态频率最低值	传统调频机组数目
				38％	332MW	49HZ	19
41％	343MW	49HZ	18
				44％	358MW	49HZ	17
47％	375MW	49HZ	16
				50％	378MW	49HZ	16
53％	405MW	49HZ	15
				56％	460MW	49HZ	14
59％	465MW	49HZ	14

电网在调整后的潮流分布、暂态稳定等限制均符合电网要求。

由结果可知，直流大容量、集中地馈入电网导致了常规机组被迫调停，系统有效转动惯量下降，系统调节能力下降。上述过程针对目标电网在低负荷水平、总占比在35％-59％区间时的暂态频率特性进行了探索，研究了在所述条件下该典型运行方式下的一次调频旋转备用容量配置方案。同理，运用相同所述方法可对该目标电网高负荷水平时且电网总占比相同区间的暂态频率特性进行探索：

目标电网在高负荷水平时总发电量为6000MW，其中直流馈入容量约为1200MW，占比 20％；风力发电并网容量约为900MW，占比15％。相同地，设置功率缺额250MW为参考事件，暂态频率最低值49HZ为目标频率，最大旋转备用容量≤12％，逐步提高电网直流馈入容量，其结果为：

电网在调整后的潮流分布、暂态稳定等限制均符合电网要求。

由结果可知，相比于电网低负荷水平，电网在高负荷水平时由于负荷水平的提高、开机数目的增加，增强了系统的频率稳定性，针对于相同的总占比以及参考事件、目标频率，电网在高负荷水平时所需的一次调频旋转备用容量有所减少。

更多地，可将本次计算结果进行进一步优化，以三阶多项式曲线拟合为例，如图3、图4 所示，对目标电网低负荷数据进行拟合。

拟合方程	f(x)＝249.4*x^3+1822*x^2+-1288*x+546.6
		SSE(和方差)	671.2
RMSE(均方根)	11.59
		R-square(确定系数)	0.9678

表1低负荷拟合结果

由拟合结果可知，由于电网在低负荷水平时频率稳定性较差，旋备留取容量波动较大，导致拟合结果具有一定的误差，但曲线在一定程度上仍反映了旋备变化的整体趋势。进一步地，为确保电网的安全稳定运行，提出5％裕度曲线，如图5所示，裕度曲线已可基本地包络电网在总占比35％-59％区间内的运行情况。

同理，以三阶多项式曲线拟合为例，如图6、图7所示，可对目标电网高负荷数据进行拟合。

拟合方程	f(x)＝2245*x^3+-2267*x^2+884.3*x+159.3
		SSE(和方差)	0.3117
RMSE(均方根)	0.2497
		R-square(确定系数)	0.9999

表2高负荷拟合结果

由拟合结果可知，由于电网在高负荷水平时具有较强的频率稳定性，旋备留取容量变化较为缓和，拟合结果具有较高的准确性，误差较小，较好地反映了高负荷时旋备变化的趋势，高负荷5％裕度曲线如图8所示。

最后，如图9所示，两条极端运行方式拟合曲线所包络的运行点即为该目标电网保障各典型运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域，可为电力系统运行和规划人员提供一定程度的指导与建议。

Claims (5)

1.一种多直流馈入电网一次调频旋转备用容量配置方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：对目标电网进行资料收集、建立仿真模型、并确定目标电网各典型运行方式与计算条件；

步骤2：确定目标电网各典型运行方式下的旋转备用配置方案；

步骤3：校验调整后目标电网数据是否满足其它限制；

步骤4：计算一次调频旋转备用配置安全域。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

步骤1-1：调研目标电网的现状及规划资料，包括：网架结构、发电机参数、负荷参数、线路参数、变压器参数等；

步骤1-2：搭建目标电网的BPA潮流模型，稳态模型；

步骤1-3：确定目标电网各典型运行方式、确定各运行方式下参考事件(功率缺额事件)与目标频率(事故后频率要求)、确定各运行方式下直流占比区间。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2-1：选取目标电网的某一典型运行方式；

步骤2-2：选取该运行方式下某一直流占比；

步骤2-3：以参考事件所造成的功率缺额为旋转备用容量初始值，以参考事件为故障进行目标电网暂态仿真，观察故障后电网暂态最低频率；

步骤2-4：判断电网最低点频率是否满足目标频率要求？若满足，转向步骤3-1；若不满足，则转向步骤2-5；

步骤2-5：根据电网暂态频率最低点的大小改变旋转备用配置容量，并判断旋备配置容量是否大于该方式下旋转备用可留取容量极限？若没有越限，进行暂态仿真，转向步骤2-4；若越限，则转向步骤3-5。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤3-1：校验调整后的电网数据，检验电网潮流分布是否合理？检验实际调频机组出力特性是否满足要求？检验电网传输线路、主变等功率是否存在越限危险？检验电网电压及暂态稳定性是否满足要求？若满足，转向步骤3-2；若不满足，转向步骤3-4；

步骤3-2：操作是否遍历该运行方式下占比区间，若遍历，转向步骤3-3；若未遍历，转向步骤2-2；

步骤3-3：操作是否遍历电网所有典型运行方式，若遍历，转向步骤4-1；若未遍历，转向步骤2-1；

步骤3-4：在保证电网符合步骤3-1中限制要求的情况下，重新分配旋转备用容量在电网中的分布，若存在合理方案，转向步骤3-2；若不存在合理方案，转向步骤3-5。

步骤3-5：当前电网运行方式不符合电网运行要求，建议更改当前电网运行方式后再进行操作，转向步骤3-2。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4-1：对典型运行方式的计算结果进行整理提炼，并进行曲线拟合，计算裕度曲线；

步骤4-2：计算保障电网各运行方式故障后频率稳定的一次调频旋转备用配置安全域。

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