CN112529373A - 多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，属于电力系统技术领域。根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄，通过上述系数，计算电网频率稳定性评估系数A，根据电网频率稳定性评估系数A评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性。该评估方法用于在多回路直流电网同时故障时，综合评估电网频率稳定性，有效提高在多回直流同时故障时对电网频率稳定性判断的准确性，帮助调度部门在多回直流同时故障的情况下，进行相应电能调度的安排，降低经济成本。

Description

多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法。

背景技术

随着近年经济的高速发展，各地对电能需求也越来越大，直流输电技术的采用，有效提高了电力系统的输送距离、输送容量，实现了更大范围的资源优化配置，但是也提高了电网的复杂程度。目前，虽然投运了多直流馈入受端电网频率紧急协调控制系统，但仍采用离线控制方法，难以适应电网运行方式的时变性，多回直流发生换相失败等故障时对电网冲击较大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，提高在多回直流同时故障时对电网频率稳定性判断的准确性，帮助调度部门在多回直流同时故障的情况下，进行相应电能调度的安排，降低经济成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，包括以下步骤：

获取多回路直流电网同时故障下的表征数据；

根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄；

根据电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄，通过算式(Ⅰ)，计算电网频率稳定性评估系数A；

根据电网频率稳定性评估系数A，评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性。

优选地，所述“根据电网频率稳定性评估系数A，评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性”的过程包括：

当A<1，表示多回路直流电网的电网频率处于高稳定性状态；

当A＝1，表示多回路直流电网的电网频率处于临界稳定性状态；

当A>1，表示多回路直流电网的电网频率处于低稳定性状态。

优选地，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅱ)，计算电网短期频率响应特性参数A₁：

其中，P_load为发生故障时全网负荷，P_lost为因多回直流故障丢失功率，P_G电网可调节备用容量，f₀为工频频率50Hz，f₁为故障后电网频率，ΔP_L为网内负荷变化量。

优选地，通过算式(Ⅲ)，计算网内负荷变化量ΔP_L：

其中，K_L1和K_L2分别为负荷的静态和动态频率响应因子，T_L为频率响应时间常数，Δf为频率与工频的偏差，Δf＝f₁-f₀。

优选地，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅳ)，计算直流系统故障影响系数A₂：

其中，U_dci为故障前各回直流电压值，I_dci为故障前各回直流电流值，U′_dci为为故障后各回直流电压值，I′_dci为故障后各回直流电流值，U_{ac max}为故障前交流最大相电压值，U′_{ac max}为故障后交流最大相电压值，U_{ac min}故障前交流最小相电压值，i＝1,2,3...n。

优选地，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅴ)，计算交流系统稳定系数A₃：

其中，I_{ac max}为故障前交流最大相电流值，I′_{ac max}为故障后交流最大相电流值，I_{ac min}为故障前交流最小相电流值，I′_{ac min}为故障后交流最小相电流值，U′_{ac min}为故障后交流最小相电压值。

优选地，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅵ)，计算环境风险系数A₄：

其中，V为风速值、V₀为风速基准值、G为光照强度、G₀为光照强度基准值、H为湿度、H₀为湿度基准值、T为温度、T₀为温度基准值。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其有益效果是：根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄，通过上述系数，计算电网频率稳定性评估系数A，根据电网频率稳定性评估系数A评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性。本发明提供一种多回路直流电网同时故障下，用于综合评估电网频率稳定性的评估方法，有效提高在多回直流同时故障时对电网频率稳定性判断的准确性，帮助调度部门在多回直流同时故障的情况下，进行相应电能调度的安排，降低经济成本。

附图说明

图1是多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1，一具体实施方式中，一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，包括以下步骤：

获取多回路直流电网同时故障下的表征数据；

根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄；

根据电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄，通过算式(Ⅰ)，计算电网频率稳定性评估系数A；

根据电网频率稳定性评估系数A，评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性。

具体地，所述“根据电网频率稳定性评估系数A，评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性”的过程包括：

当A<1，表示多回路直流电网的电网频率处于高稳定性状态；

当A＝1，表示多回路直流电网的电网频率处于临界稳定性状态；

当A>1，表示多回路直流电网的电网频率处于低稳定性状态。

一具体实施例中，首先通过传感器及调度后台，获取多回路直流电网同时故障下的表征数据，表征数据包括实时电气数据及环境数据，实时电气数据主要有故障前各回直流电压值U_dci、故障前各回直流电流值I_dci、故障前交流最大相电压值U_{ac max}、故障前交流最小相电压值U_{ac min}、故障前交流最大相电流值I_{ac max}、故障前交流最小相电流值I_{ac min}、故障后各回直流电压值U′_dci、故障后各回直流电流值I′_dci、故障后交流最大相电压值U′_{ac max}、故障后交流最小相电压值U′_{ac min}、故障后交流最大相电流值I′_{ac max}、故障后交流最小相电流值I′_{ac min}、故障后电网频率f₁、电网可调节备用容量P_G、因多回直流故障丢失功率P_lost、发生故障时全网负荷P_load。环境数据主要有风速V、光照强度G、湿度H、温度T。

电网的频率响应特性是当互联电网频率发生变化时，发电机组或负荷自发、持续地抑制频率的变化。结合负荷变化量与频率变化的关系,首先通过算式(Ⅲ)，计算网内负荷变化量ΔP_L：

其中，K_L1和K_L2分别为负荷的静态和动态频率响应因子，T_L为频率响应时间常数，Δf为频率与工频的偏差，Δf＝f₁-f₀。

然后，通过算式(Ⅱ)，计算电网短期频率响应特性参数A₁：

其中，P_load为发生故障时全网负荷，P_lost为因多回直流故障丢失功率，P_G电网可调节备用容量，f₀为工频频率50Hz，f₁为故障后电网频率，ΔP_L为网内负荷变化量。

为了描述直流系统故障的影响大小，设计直流系统故障影响系数，用算式

描述直流系统故障对全网功率的影响，用交流系统中故障前后相电压最大值之差与故障前相电压最小值相除，取其自然对数，描述直流系统故障对交流系统的影响。则，可通过算式(Ⅳ)计算直流系统故障影响系数A₂：

式中，U_dci为故障前各回直流电压值，I_dci为故障前各回直流电流值，U′_dci为为故障后各回直流电压值，I′_dci为故障后各回直流电流值，U_{ac max}为故障前交流最大相电压值，U′_{ac max}为故障后交流最大相电压值，U_{ac min}故障前交流最小相电压值。为了描述交流系统在受到直流系统故障影响后的稳定程度，设计交流系统稳定系数，将交流系统中故障前后电流值、电压值、频率等按相应函数关系计算再求和，用于描述交流系统受到直流系统故障影响后的稳定程度。则通过算式(Ⅴ)，计算交流系统稳定系数A₃：

其中，I_{ac max}为故障前交流最大相电流值，I′_{ac max}为故障后交流最大相电流值，I_{ac min}为故障前交流最小相电流值，I′_{ac min}为故障后交流最小相电流值，U′_{ac min}为故障后交流最小相电压值。

为描述环境因素对电网频率稳定性的影响，设计环境风险参数，首先将环境数据取标幺值，取风速标幺值

取光照强度标幺值

取湿度标幺值

取温度标幺值

综合计算环境风险参数。则通过算式(Ⅵ)，计算环境风险系数A₄：

其中，V为风速值、V₀为风速基准值、G为光照强度、G₀为光照强度基准值、H为湿度、H₀为湿度基准值、T为温度、T₀为温度基准值。

上述实施方式中，提供一种多回路直流电网同时故障下，用于综合评估电网频率稳定性的评估方法，有效提高在多回直流同时故障时对电网频率稳定性判断的准确性，帮助调度部门在多回直流同时故障的情况下，进行相应电能调度的安排，降低经济成本。

以下通过一具体实施例，进一步说明本发明评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性的过程及效果。

首先，通过传感器及调度后台，获得直流系统故障前各回直流电压值U_dc1＝800kV、U_dc2＝800kV、U_dc3＝800kV，故障前各回直流电流值I_dc1＝600A、I_dc2＝580A、I_dc3＝610A，故障前交流最大相电压值U_{ac max}＝1000kV，故障前交流最小相电压值U_{ac min}＝998kV，故障前交流最大相电流值I_{ac max}＝400A，故障前交流最小相电流值I_{ac min}＝398A，故障后各回直流电压值U′_dc1＝0V、U′_dc2＝630kV、U′_dc3＝200kV，故障后各回直流电流值I′_dc1＝840A、I′_dc2＝210A、I′_dc3＝96A，故障后交流最大相电压值U′_{ac max}＝1150kV，故障后交流最小相电压值U′_{ac min}＝1050kV，故障后交流最大相电流值I′_{ac max}＝388A，故障后交流最小相电流值I′_{ac min}＝376A，故障后电网频率f₁＝49.6Hz，电网可调节备用容量P_G＝675MW，因多回直流故障丢失功率P_lost＝848.5MW，发生故障时全网负荷P_load＝3000MW。风速V＝10m/s，光照强度G＝200Lux，湿度H＝40％，温度T＝28℃，风速基准值V₀＝8m/s，光照强度基准值G₀＝100Lux，湿度基准值H₀＝30％，温度基准值T₀＝23℃，工频频率f₀＝50Hz，负荷的静态和动态频率响应因子K_L1＝0.88、K_L2＝1.32，频率响应时间常数T_L＝3。

首先，计算电网短期频率响应特性参数A₁：

将P_load＝3000MW、K_L1＝0.88、K_L2＝1.32、T_L＝3、f₁＝49.6Hz、f₀＝50Hz代入算式(Ⅲ)，计算得ΔP_L＝-1452MW。

将ΔP_L＝-1452MW、P_load＝3000MW、P_G＝675MW、P_lost＝848.5MW、f₁＝49.6Hz、f₀＝50Hz代入算式(Ⅱ)，计算得A₁＝-0.864；

其次，计算直流系统故障影响参数A₂：

将U_dc1＝800kV、U_dc2＝800kV、U_dc3＝800kV、I_dc1＝600A、I_dc2＝580A、I_dc3＝610A、U′_dc1＝0V、U′_dc2＝630kV、U′_dc3＝200kV、I′_dc1＝840A、I′_dc2＝210A、I′_dc3＝96A、P_load＝3000MW、U_{ac max}＝1000kV、U′_{ac max}＝1150kV、U_{ac min}＝998kV代入算式(Ⅳ)，解得A₂＝-1.468。

然后，计算交流系统稳定参数A₃：

将I_{ac max}＝400A、I_{ac min}＝398A、I′_{ac max}＝388A、I′_{ac min}＝376A、P_load＝3000MW、P_G＝675MW、P_lost＝848.5MW、U_{ac max}＝1000kV、U′_{ac max}＝1150kV、U_{ac min}＝998kV、U′_{ac min}＝1050kV、f₁＝49.6Hz、f₀＝50Hz代入算式(Ⅴ)，计算得A₃＝0.943。

然后，计算环境风险参数A₄：

将V＝10m/s、G＝200Lux、H＝40％、T＝28℃、V₀＝8m/s、G₀＝100Lux、H₀＝30％、T₀＝23℃代入算式(Ⅵ)，解得A₄＝0.412。

最后，计算多回直流同时故障下电网频率稳定性评估值A：将A₁＝-0.864、A₂＝-1.468、A₃＝0.943、A₄＝0.412代入算式(Ⅰ)，解得多回直流同时故障下电网频率稳定性评估值A＝0.663，A值小于1代表电网频率稳定性较高。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取多回路直流电网同时故障下的表征数据；

根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄；

根据电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄，通过算式(Ⅰ)，计算电网频率稳定性评估系数A；

根据电网频率稳定性评估系数A，评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性。

2.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，所述“根据电网频率稳定性评估系数A，评估多回路直流电网同时故障下的电网频率稳定性”的过程包括：

当A<1，表示多回路直流电网的电网频率处于高稳定性状态；

当A＝1，表示多回路直流电网的电网频率处于临界稳定性状态；

当A>1，表示多回路直流电网的电网频率处于低稳定性状态。

3.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅱ)，计算电网短期频率响应特性参数A₁：

其中，P_load为发生故障时全网负荷，P_lost为因多回直流故障丢失功率，P_G电网可调节备用容量，f₀为工频频率50Hz，f₁为故障后电网频率，ΔP_L为网内负荷变化量。

4.如权利要求3所述的多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，通过算式(Ⅲ)，计算网内负荷变化量ΔP_L：

其中，K_L1和K_L2分别为负荷的静态和动态频率响应因子，T_L为频率响应时间常数，Δf为频率与工频的偏差，Δf＝f₁-f₀。

5.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅳ)，计算直流系统故障影响系数A₂：

其中，U_dci为故障前各回直流电压值，I_dci为故障前各回直流电流值，U′_dci为为故障后各回直流电压值，I′_dci为故障后各回直流电流值，U_acmax为故障前交流最大相电压值，U′_acmax为故障后交流最大相电压值，U_acmin故障前交流最小相电压值，i＝1,2,3...n。

6.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅴ)，计算交流系统稳定系数A₃：

其中，I_acmax为故障前交流最大相电流值，I′_acmax为故障后交流最大相电流值，I_acmin为故障前交流最小相电流值，I′_acmin为故障后交流最小相电流值，U′_acmin为故障后交流最小相电压值。

7.如权利要求1所述的多回直流同时故障下电网频率稳定性评估方法，其特征在于，所述“根据多回路直流电网同时故障下的表征数据，分别计算电网短期频率响应特性参数A₁、直流系统故障影响系数A₂、交流系统稳定系数A₃以及环境风险系数A₄”中，通过算式(Ⅵ)，计算环境风险系数A₄：

其中，V为风速值、V₀为风速基准值、G为光照强度、G₀为光照强度基准值、H为湿度、H₀为湿度基准值、T为温度、T₀为温度基准值。

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