一種切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法

2023-12-09 13:04:01 1

一種切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法
【專利摘要】本發明公開了一種切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，屬於電力系統及其自動化【技術領域】。本發明求取切機和直流緊急功率調製兩種類型緊急控制措施的各自參與因子，基於擴展等面積法則計算兩種類型緊急控制措施的折算因子，從而確定兩種類型緊急控制措施的協調控制指標，進一步在初始有效預估控制量的基礎上，採用迭代的方法確定最終相協調的緊急控制措施。本發明可用於離線安控策略計算或在線預決策緊急控制措施的計算，有益於協調利用交、直流不同措施的有效性，改善系統的暫態穩定性，提高電力系統運行的經濟性和安全性。
【專利說明】一種切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統及其自動化【技術領域】，更準確地說本發明涉及一種切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法。

【背景技術】
[0002]故障狀態下的緊急控制屬於電力系統安全穩定第二道防線。隨著直流輸電系統的快速發展，電網交直流互聯已成發展趨勢。直流輸電技術因其經濟、靈活、可控等優點在遠距離輸電和大型互聯電網中扮演著越來越重要的角色。預計到2020年，全國投運的直流輸電線路將超過20條。直流系統具有快速可控的特點，且控制代價小、安全可靠。通過直流系統的可控特點可以有效的改善系統的暫態穩定性，特別在系統受到擾動後的暫態過程中可以利用直流系統的緊急功率調製來提高系統的暫態穩定性，可避免切機或者減少切機量。
[0003]目前調度運行部門採取的暫態穩定緊急控制措施中，仍然以切機措施為主。隨著直流的發展，有效衡量廣泛使用的各切機緊急控制措施和各直流緊急功率調製的有效性，制定切機與直流緊急功率調製相協調的緊急控制策略，對提高電力系統的暫態安全穩定性，提升控制的經濟性、有效性以及調度運行的精細化和自動化水平具有重要的意義。
[0004]基於此，本申請提出切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，該方法基於擴展等面積準則和系統仿真分析，可有效獲得兩種措施類型相協調的緊急控制策略。


【發明內容】

[0005]本發明的目的是:克服根據經驗制定緊急控制策略的缺點，充分利用切機和直流緊急功率調製的優點，有效評估兩種控制策略的效果，獲得切機與直流緊急功率調製相協調的緊急控制策略。首先求取切機和直流緊急功率調製兩種類型緊急控制措施的各自參與因子，然後基於擴展等面積法則計算兩種類型緊急控制措施的折算因子，從而確定兩種類型緊急控制措施的協調控制指標，然後進一步在初始有效預估控制量的基礎上，採用迭代的方法確定最終相協調的緊急控制措施。本發明可用於離線安控策略計算或在線預決策緊急控制措施的計算，有益於協調利用交、直流不同措施的有效性，改善系統的暫態穩定性，提高電力系統運行的經濟性和安全性。
[0006]具體地說，本發明是採用以下的技術方案來實現的，包括下列步驟:
[0007]I)根據電力系統模型和參數、運行工況和預想故障，進行暫態穩定時域仿真，得到導致系統失穩的故障及其失穩模式信息；
[0008]2)分別確定切機和直流緊急功率調製兩種緊急控制措施的可控對象和可控量，以及各個可控對象控制措施的優先級排序；
[0009]3)分別預估解決系統失穩所需的切機和直流功率調製的控制量；
[0010]4)計算切機和直流緊急功率調製可控對象在可控量範圍內的控制性能指標；
[0011]5)確定切機和直流功率調製相協調的緊急控制策略。
[0012]上述技術方案的進一步特徵在於:所述步驟I)中的系統失穩模式信息基於時域仿真軌跡和擴展等面積準則進行分析計算獲得，包括失穩故障下系統的臨界群機組Ga= (Gi I i = I~Nj及其標么化的參與因子a g={ a gi I i = I~Nj ,其中Na為臨界群機組數目，agi由擴展等面積準則提供、其最大值為I。
[0013]上述技術方案的進一步特徵在於:所述步驟2)具體包括以下步驟:
[0014]2-1)將所有能接受安全穩定控制系統指令的臨界群機組確定為切機可控對象，設其總數為N、其集合設為Gaz，切機措施的可控量為其有功出力:△ Pa= { APgi = Pgi|i = I~N};將切機可控對象Gaz的各機組按其標麼化的參與因子由大到小排序得到切機措施的優先級排序；
[0015]2-2)確定直流緊急功率調製的可控對象為系統中所有含附加緊急功率調製功能且與能接受安全穩定控制系統指令的直流線路；採用攝動法改變臨界群中各發電機的功率，通過系統潮流的變化按公式(I)和(2)確定各直流線路標麼化的參與因子a d={a dJ|j=I ~Μ}:

【權利要求】
1.一種切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，包括如下步驟: 1)根據電力系統模型和參數、運行工況和預想故障，進行暫態穩定時域仿真，得到導致系統失穩的故障及其失穩模式信息； 2)分別確定切機和直流緊急功率調製兩種緊急控制措施的可控對象和可控量，以及各個可控對象控制措施的優先級排序； 3)分別預估解決系統失穩所需的切機和直流功率調製的控制量； 4)計算切機和直流緊急功率調製可控對象在可控量範圍內的控制性能指標； 5)確定切機和直流功率調製相協調的緊急控制策略。
2.根據權利要求1所述的切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，所述步驟I)中的系統失穩模式信息基於時域仿真軌跡和擴展等面積準則進行分析計算獲得，包括失穩故障下系統的臨界群機組(^={6」1 = I~NJ及其標么化的參與因子ag={agi|i = I~NA}，其中Na為臨界群機組數目，Cigi由擴展等面積準則提供、其最大值為I。
3.根據權利要求2所述的切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，所述步驟2)具體包括以下步驟: 2-1)將所有能接受安全穩定控制系統指令的臨界群機組確定為切機可控對象，設其總數為N、其集合設為Gaz，切機措施的可控量為其有功出力:Λ Pa= { Λ Pgi = Pgi|i = I~N};將切機可控對象Gaz的各機組按其標麼化的參與因子由大到小排序得到切機措施的優先級排序; 2-2)確定直流緊急功率調製的可控對象為系統中所有含附加緊急功率調製功能且與能接受安全穩定控制系統指令的直流線路；採用攝動法改變臨界群中各發電機的功率，通過系統潮流的變化按公式(I)和(2)確定各直流線路標么化的參與因子ad={a(U|j = I~M}:
其中，a ' w為各直流線路未經過標麼化的參與因子，M為所有含附加緊急功率調製功能且與能接受安全穩定控制系統指令直流線路的總數，gi為臨界群中第i臺發電機的功率攝動量，APi d.j為臨界群中第i臺發電機功率攝動後第j條直流線路的輸送功率改變量，設發電機攝動為增加出力，若此時直流輸電功率增加，則改變量為正值，否則為負值；a gi為失穩故障下臨界群中第i臺發電機標麼化的參與因子； 對直流線路按標麼化的參與因子從大到小進行排序得到直流緊急功率調製的優先級排序； 2-3)求取各直流線路的可控量，令Pd= {PdJ I j = I~Μ}為直流系統中直流線路的初始輸電功率向量,Pdmax= (Pdmaxj I j = I~Μ}為直流線路的短期過載能力向量，Pdmin= (Pdminj I j=I~Μ}為調度運行部門規定的各直流最小輸電功率；若直流線路參與因子為正，則該直流功率調製措施為緊急提升線路輸電功率，可控量為APtu = Pdmaxj-Pdj ;若直流線路參與因子為負，則該直流功率調製措施為緊急回降線路輸電功率，可控量為APtu = Pdj-Pdminjo
4.根據權利要求3所述的切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，所述步驟3)具體包括以下步驟: 3-1)根據擴展等面積準則，確定系統失穩時的單機無窮大等值系統及動態鞍點δ DSP，以及關於實施緊急控制措施後單機無窮大等值系統動態鞍點『的方程，該方程如公式(3)所述:
式中，a、b、c為二次曲線擬合係數，利用緊急控制前單機無窮大等值系統P-δ曲線上Sdsp前的3個點
數據進行二次曲線擬合計算獲得；δ cg為緊急控制時刻單機無窮大等值機等值角；COdsp為單機無窮大等值系統動態鞍點所對應的角速度；Me為等值機慣量； 利用牛頓迭代法求解公式(3)的方程，得到實施緊急控制措施後臨界穩定的單機無窮大等值系統； 3-2)根據公式(4)求取等值緊急控制量Λ P:
3 - 3 )獲得切機的預估控制量P g:制定關於Gaz中機組有功出力與慣量的對應關係，PpMi分別表示Gaz中前i個發電機的慣量之和、有功出力之和；逐一將中的PiJiR入公式(5)，判斷公式(5)是否成立；若成立，則此時的Pi為使系統保持穩定的預估切機量Pg;否則，校驗下一個是否滿足公式(5)；
式中，Ma為臨界群所有機組的慣量和，臨界群所有機組的集合即為Ga ；Mt為系統中所有發電機的慣量和；GS表示餘下群機組的集合為實施緊急控制前餘下群第j個發電機的電磁功率^ eJ為實施緊急控制後餘下群第j個發電機的電磁功率； 3-4)根據公式(6)獲得直流功率調製的預估控制量Pd: Pd = ΔΡ (6)。
5.根據權利要求4所述的切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，所述步驟4)具體包括以下步驟: 4-1)根據切機和直流緊急功率調製的預估控制量，以直流緊急功率調製為基準，以預估控制量的倒數作為控制效果的評判標準計算切機措施相對於直流功率調製措施控制效果的折算因子kg:
4-2)計算計及切機和緊急功率調製措施類型差異的各個可控對象的控制性能指標PI1:
PIi = kX a jX APi (i=l, 2, — , N+M) (8) 式中，k為關於措施類型的折算因子，當為直流功率調製措施時取值為1，當為切機措施時取值為kg ; a i為第i個控制措施標么化的參與因子,根據措施類型取α 8或a d相應元素值；APi為第i個控制措施的可控量； 4-3)將所有可控對象按控制性能指標從大到小進行排序。
6.根據權利要求5所述的切機與直流功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，所述步驟5)具體包括以下步驟: 5-1)設定初始預估控制量為Pd； 5-2)根據控制性能指標PIi從大到小的序列對各控制措施的可控量進行累加，其中對於切機措施累計的可控量要除以kg，直到累加的可控量剛好大於初始預估控制量Pd或修正後的預估控制量P/則停止，此時所有參與可控量累加的控制措施的總和為校核策略； 5-3)將校核策略加入電網仿真數據，仿真校核系統暫態穩定性； 若系統穩定，則按減小預估控制量得到修正後的預估控制量P/，再根據步驟5-2)的方法重新計算新的校核策略並仿真校核系統穩定性，如此迭代直到系統失去穩定，則將最後一次使系統保持穩定的策略作為最終策略； 若系統不穩定，則按增大預估控制量得到修正後的預估控制量P/，再根據步驟5-2)的方法重新計算新的校核策略並仿真校核系統穩定性，如此迭代直到系統保持穩定，則將最後保持系統穩定的策略作為最終策略。
7.根據權利要求4所述的切機與直流緊急功率調製相協調的暫態穩定緊急控制策略計算方法，其特徵在於，所述步驟3-3)中，實施緊急控制後餘下群第j個發電機的電磁功率Pi μ計算方法方法如下: 首先，根據公式(9 )計算切除Ga中前i個發電機後的節點電壓向量U』: U，=Ym I， (9) 式中，Y』為Ga中前i個發電機切除後的節點導納矩陣；1』為Ga中前i個發電機切除後的節點注入電流向量； 然後，根據公式(10)計算切除Ga中前i個發電機後的餘下群各發電機的電磁功率:
式中，E' qJ為餘下群中第j個發電機的暫態電勢，由暫態穩定時域仿真過程提供；δ j為餘下群中第j個發電機的轉子角，由暫態穩定時域仿真過程提供為餘下群中第j個發電機的暫態電抗；U' j為切除Ga中前i個發電機後餘下群中第j個發電機機端電壓幅值，由公式(9)計算得到的節點電壓向量U』中的相應元素確定；Θ，」為其相應的機端電壓相角，由公式(9)計算得到的節點電壓向量U』中的相應元素確定。
【文檔編號】H02J5/00GK104079010SQ201410098011
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年3月16日 優先權日:2014年3月16日
【發明者】崔曉丹, 宋曉芳, 周野, 方勇傑, 李威, 李碧君, 薛峰 申請人:國家電網公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集團公司, 江蘇省電力公司