1.一種考慮電壓穩(wěn)定性及事故綜合代價(jià)的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制方法,其特征在于包括以下步驟:
(1)獲取直流受端系統(tǒng)數(shù)據(jù);
(2)計(jì)算電壓薄弱性指標(biāo)并識別故障后電壓最為薄弱的若干負(fù)荷節(jié)點(diǎn);
(3)建立受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型并對事故罰款曲線作近似處理;
(4)應(yīng)用原對偶內(nèi)點(diǎn)法求解受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制優(yōu)化問題;
(5)校核緊急負(fù)荷控制優(yōu)化方案的事故綜合代價(jià)及電壓穩(wěn)定性;
所述的直流受端系統(tǒng)數(shù)據(jù)包括:各線路阻抗,各負(fù)荷中心負(fù)荷、可控量上限及代價(jià)因子,各聯(lián)絡(luò)線輸入功率,各變壓器、同步發(fā)電機(jī)等數(shù)據(jù);設(shè)所述的直流受端系統(tǒng)有n臺發(fā)電機(jī)、k個(gè)負(fù)荷中心,Li表示負(fù)荷中心i的負(fù)荷,其中,i=1,2,…,k;直流受端系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間有m條聯(lián)絡(luò)線,其中包括若干條HVDC輸電線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮電壓穩(wěn)定性及事故綜合代價(jià)的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制方法,其特征在于,所述的計(jì)算電壓薄弱性指標(biāo)并識別故障后電壓最為薄弱的若干負(fù)荷節(jié)點(diǎn),其過程為:
對于直流受端系統(tǒng),設(shè)其導(dǎo)納矩陣為Y,下標(biāo)G、T及L分別表示發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn),YGG、YTT及YLL分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納子矩陣,YGL、YLG為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣,YTL、YLT為聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣,YGT、YTG為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣;以U、I表示節(jié)點(diǎn)電壓、電流向量,UG、UL為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓,IG、IL為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流,可以推出,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓UL=Eopen-ZIL,式中:
負(fù)荷Li所在節(jié)點(diǎn)電壓ULi為:ULi=Eopen,i-Zeq,iILi,i=1,2,…,k,其中,Eopen,i為列向量Eopen的第i個(gè)元素,ILi、ILj分別為負(fù)荷Li、Lj流過的電流;負(fù)荷Li所在節(jié)點(diǎn)的電壓薄弱性指標(biāo)為:ZL,i為負(fù)荷Li對應(yīng)的等效阻抗,若負(fù)荷Li為該節(jié)點(diǎn)電壓為則ri越小,則該節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性越好;取直流受端系統(tǒng)中電壓薄弱性指標(biāo)r最大的若干節(jié)點(diǎn)組成電壓薄弱節(jié)點(diǎn)集S,一般S可取5-6個(gè)電壓最薄弱的節(jié)點(diǎn),對集合S包含的電壓薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮電壓穩(wěn)定性及事故綜合代價(jià)的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制方法,其特征在于,在所述步驟(3)中,所述的建立受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制優(yōu)化問題數(shù)學(xué)模型并對事故罰款曲線作近似處理的實(shí)現(xiàn)過程為:
對于直流受端系統(tǒng),設(shè)其導(dǎo)納矩陣為Y,下標(biāo)G、T及L分別表示發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn),YGG、YTT及YLL分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納子矩陣,YGL、YLG為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣,YTL、YLT為聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣,YGT、YTG為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣;以U、I表示節(jié)點(diǎn)電壓、電流向量,UG、UL為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓,IG、IL為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓UL=Eopen-ZIL,式中:負(fù)荷Li所在節(jié)點(diǎn)電壓ULi為:ULi=Eopen,i-Zeq,iILi,i=1,2,…,k,其中,Eopen,i為列向量Eopen的第i個(gè)元素,ILi、ILj分別為負(fù)荷Li、Lj流過的電流;負(fù)荷Li所在節(jié)點(diǎn)的電壓薄弱性指標(biāo)為:ZL,i為負(fù)荷Li對應(yīng)的等效阻抗,若負(fù)荷Li為該節(jié)點(diǎn)電壓為則ri越小,則該節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性越好;取直流受端系統(tǒng)中電壓薄弱性指標(biāo)r最大的若干節(jié)點(diǎn)組成電壓薄弱節(jié)點(diǎn)集S,一般S可取5-6個(gè)電壓最薄弱的節(jié)點(diǎn),對集合S包含的電壓薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控;
將所述的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制優(yōu)化問題描述為:
min f=f1+f2+αf3
s.t.L.F.(PG,PL,ρ,fd,U,θ)=0,
PG,min≤PG≤PG,max,Pline≤Pline,max,
|fd|≤τ,ρj≤ρj,up
其中,為切負(fù)荷帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失,ρi為負(fù)荷Li的切負(fù)荷率,ci為切除負(fù)荷Li的代價(jià)因子,PLi,0為負(fù)荷Li的初始值,i=1,...,k;為根據(jù)中國《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》應(yīng)繳納事故罰金,Pen(ρi)為罰款隨著減負(fù)荷率ρi變化的函數(shù);為電壓最為薄弱的若干負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓跌落量的平方和,為電壓上限值,S為電壓薄弱節(jié)點(diǎn)集;α為權(quán)系數(shù),α越大,緊急負(fù)荷控制越側(cè)重于提高電壓薄弱節(jié)點(diǎn)的電壓水平,一般可取α=20;L.F.(PG,PL,ρ,fd,U,θ)為潮流計(jì)算的功率平衡方程;PG、PL及ρ分別為發(fā)電機(jī)輸出功率、負(fù)荷功率及切負(fù)荷率;U,θ分別為各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值與相角;fd=(f-fn)/fn為系統(tǒng)頻率偏差,fn為系統(tǒng)額定工作頻率;τ為|fd|的最大值,一般可取τ=0.04;PG,max、PG,min分別為發(fā)電機(jī)出力的上下限,Pline為線路傳輸功率,Pline,max為線路最大傳輸功率;u分別為電壓上下限,一般可設(shè)為1.1、0.95;ρj,up為負(fù)荷Lj減負(fù)荷率的上限;
依據(jù)中國《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》將事故劃分為一般事故、較大事故、重大事故和特別重大事故的分類處理,按照電網(wǎng)規(guī)模及減負(fù)荷率進(jìn)行事故評級,并處以相應(yīng)的罰款,對省或自治區(qū)人民政府所在地城市、地級市、縣級市等不同類型的電網(wǎng)制定了相應(yīng)罰款規(guī)則,所規(guī)定的罰款與減負(fù)荷率之間的函數(shù)Pen(ρ)是分段線性的不光滑曲線,為解決其計(jì)算上的困難,對不同類型電網(wǎng)的罰款曲線可采用多項(xiàng)式來擬合Pen(ρ)的方法作近似處理,可取q=6,系數(shù)aj通過最小二乘法確定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮電壓穩(wěn)定性及事故綜合代價(jià)的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制方法,其特征在于,在所述步驟(4)中,所述的應(yīng)用原對偶內(nèi)點(diǎn)法求解受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制優(yōu)化問題的實(shí)現(xiàn)過程為:
對于直流受端系統(tǒng),設(shè)其導(dǎo)納矩陣為Y,下標(biāo)G、T及L分別表示發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn),YGG、YTT及YLL分別為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納子矩陣,YGL、YLG為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣,YTL、YLT為聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣,YGT、YTG為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納子矩陣;以U、I表示節(jié)點(diǎn)電壓、電流向量,UG、UL為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓,IG、IL為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)及負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的注入電流,負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓UL=Eopen-ZIL,式中:負(fù)荷Li所在節(jié)點(diǎn)電壓ULi為:ULi=Eopen,i-Zeq,iILi,i=1,2,…,k,其中,Eopen,i為列向量Eopen的第i個(gè)元素,ILi、ILj分別為負(fù)荷Li、Lj流過的電流;負(fù)荷Li所在節(jié)點(diǎn)的電壓薄弱性指標(biāo)為:ZL,i為負(fù)荷Li對應(yīng)的等效阻抗,若負(fù)荷Li為該節(jié)點(diǎn)電壓為則ri越小,則該節(jié)點(diǎn)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性越好;取直流受端系統(tǒng)中r最大的若干節(jié)點(diǎn)組成電壓薄弱節(jié)點(diǎn)集S,一般S可取5-6個(gè)電壓最薄弱的節(jié)點(diǎn),對集合S包含的電壓薄弱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控;
將所述的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制的優(yōu)化問題描述為:
min f=f1+f2+αf3
s.t.L.F.(PG,PL,ρ,fd,U,θ)=0,
PG,min≤PG≤PG,max,Pline≤Pline,max,
|fd|≤τ,ρj≤ρj,up
其中,為切負(fù)荷帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失,ρi為負(fù)荷Li的切負(fù)荷率,ci為切除負(fù)荷Li的代價(jià)因子,為負(fù)荷Li的初始值,i=1,...,k;為根據(jù)我國《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》應(yīng)繳納事故罰金,Pen(ρi)為罰款隨著減負(fù)荷率ρi變化的函數(shù);為電壓最為薄弱的若干負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓跌落量的平方和,為電壓上限值,S為電壓薄弱節(jié)點(diǎn)集;α為權(quán)系數(shù),α越大,緊急負(fù)荷控制越側(cè)重于提高電壓薄弱節(jié)點(diǎn)的電壓水平,一般可取α=20;L.F.(PG,PL,ρ,fd,U,θ)為潮流計(jì)算的功率平衡方程;PG、PL及ρ分別為發(fā)電機(jī)輸出功率、負(fù)荷功率及切負(fù)荷率;U,θ分別為各節(jié)點(diǎn)的電壓幅值與相角;fd=(f-fn)/fn為系統(tǒng)頻率偏差,fn為系統(tǒng)額定工作頻率;τ為|fd|的最大值,一般可取τ=0.04;PG,max、PG,min分別為發(fā)電機(jī)出力的上下限,Pline為線路傳輸功率,Pline,max為線路最大傳輸功率;u分別為電壓上下限,一般可設(shè)為1.1、0.95;ρj,up為負(fù)荷Lj減負(fù)荷率的上限;
應(yīng)用原對偶內(nèi)點(diǎn)法求解受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制優(yōu)化問題,首先,進(jìn)行初始化,設(shè)置狀態(tài)變量x={ρ,fd,U,θ}的初值,其中,ρ為各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)切負(fù)荷率向量,fd為系統(tǒng)頻率偏移,U,θ分別為系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓幅值、相角向量,可取ρ=0,fd=0,U=1,θ=0,設(shè)置松弛變量l,u及拉格朗日乘子z,w,y,可取l=1,u=1,z=1,w=-0.5,y=0,設(shè)定中心參數(shù)σ=0.7,給定互補(bǔ)間隙Gap的收斂精度ε1=10-6及潮流收斂精度ε2=10-4,設(shè)迭代次數(shù)初值niter=0,最大迭代次數(shù)niter_max=150;然后,計(jì)算互補(bǔ)間隙Gap=lTz-uTw,判斷互補(bǔ)間隙Gap<ε1及潮流誤差ΔL.F.<ε2是否同時(shí)成立,若是,則輸出最優(yōu)解,否則繼續(xù),計(jì)算修正方程系數(shù)矩陣,據(jù)此求出修正量Δx,Δl,Δu,Δz,Δw,Δy,更新狀態(tài)變量、松弛變量及拉格朗日乘子;最后,判斷niter>niter_max是否成立,若是,則提示“計(jì)算不收斂”,結(jié)束計(jì)算,否則令niter=niter+1,繼續(xù)迭代計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮電壓穩(wěn)定性及事故綜合代價(jià)的直流受端系統(tǒng)緊急負(fù)荷控制方法,其特征在于,在所述步驟(5)中,所述的校核緊急負(fù)荷控制優(yōu)化方案的事故綜合代價(jià)及電壓穩(wěn)定性的實(shí)現(xiàn)過程為:
在HVDC發(fā)生閉鎖故障,直流受端系統(tǒng)失去大功率區(qū)外來電時(shí),按照求出的緊急負(fù)荷控制方案在各負(fù)荷中心快速切除相應(yīng)比例的負(fù)荷,對直流受端系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)進(jìn)行仿真計(jì)算,分析采取控制措施前后系統(tǒng)的頻率響應(yīng),并對不同控制方案的事故綜合代價(jià)及受端系統(tǒng)母線電壓跌落水平進(jìn)行比較,驗(yàn)證本發(fā)明控制方案的性能,若滿足各種約束條件的要求,則輸出考慮電壓穩(wěn)定性及事故綜合代價(jià)的最優(yōu)控制方案,否則重新優(yōu)化。