本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定分析與評估領域，具體地，涉及一種多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法。

背景技術：

在中國通常負荷中心都是遠離發(fā)電區(qū)域，為了進行合理的電能輸送，高壓直流輸電由于其技術成熟以及具有傳輸容量大、傳輸距離遠的經(jīng)濟特點而得到了廣泛的應用。隨著直流輸電工程的快速建設，近幾年出現(xiàn)了很多的多饋入直流輸電系統(tǒng)。例如目前中國的華東電網(wǎng)、廣東電網(wǎng)均含有5條外部互聯(lián)直流，已經(jīng)成為典型的多直流輸電饋出電力系統(tǒng)。在未來幾年大電網(wǎng)中會有更多的區(qū)域電網(wǎng)逐漸發(fā)展成以多直流互聯(lián)的多直流輸電饋出電力系統(tǒng)形式存在。伴隨這種新的電網(wǎng)形式的出現(xiàn)，多直流輸電饋出電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題也值得人們重視。多饋出直流系統(tǒng)中的頻率穩(wěn)定性反映了其系統(tǒng)中有功功率的平衡關系，這與多條饋出直流的運行狀態(tài)有著直接的關系。

當多直流輸電饋出電力系統(tǒng)內(nèi)部受到擾動時，高壓直流輸電技術具有高度可控、調(diào)節(jié)迅速的特點，可以迅速改變直流系統(tǒng)注入功率，進行直流緊急功率支援。因此如何利用直流的功率調(diào)節(jié)能力系統(tǒng)在擾動后的穩(wěn)態(tài)頻率制定相應的緊急控制方法，對防止多饋入直流系統(tǒng)的頻率崩潰具有重要的意義。

綜上所述，本申請發(fā)明人在實現(xiàn)本申請發(fā)明技術方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術至少存在如下技術問題：

在現(xiàn)有技術中，均無法實現(xiàn)區(qū)域中多條直流的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制,從而導致各條直流的行為難以相互配合甚至出現(xiàn)相互沖突的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法，解決了在現(xiàn)有技術中，均無法實現(xiàn)區(qū)域中多條直流的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制,從而導致各條直流的行為難以相互配合甚至出現(xiàn)相互沖突的技術問題，實現(xiàn)了多直流間的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的技術效果。

為解決上述技術問題，本申請?zhí)峁┝艘环N基于廣域量測的多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法，包括以下步驟：

(a)通過對電網(wǎng)參數(shù)、電網(wǎng)運行方式、直流輸電主回路參數(shù)等資料收集的方法，獲得直流輸電系統(tǒng)送端電網(wǎng)、受端電網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構及變壓器、輸電線路參數(shù)，獲得各直流輸電工程運行電壓及線路電阻，獲得送端電網(wǎng)和受端電網(wǎng)各個發(fā)電機的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)；

(b)利用以上參數(shù)收集結(jié)果，分別形成送端電網(wǎng)和受端電網(wǎng)的節(jié)點導納矩陣；

(c)通過廣域量測裝置，獲取大電源丟失、負荷突變等擾動發(fā)生前，送端電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)頻率，受端電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)頻率，直流輸電系統(tǒng)送端、受端電網(wǎng)各發(fā)電機的有功出力；

(d)通過廣域量測裝置，獲取大電源丟失、負荷突變等擾動發(fā)生后瞬間，直流輸電系統(tǒng)送端、受端電網(wǎng)各母線負荷有功、無功分布、各發(fā)電機有功出力及機端電壓；

(e)建立多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的等式約束條件；

(f)建立多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的不等式約束條件；

(g)建立多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的最小化目標函數(shù)；

(h)得到多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的優(yōu)化結(jié)果。

廣域量測系統(tǒng)(wams)的應用為擾動后穩(wěn)態(tài)頻率的計算提供了寶貴信息。利用廣域量測數(shù)據(jù)來估算系統(tǒng)擾動后有功功率缺額，預測計算出系統(tǒng)擾動后穩(wěn)態(tài)頻率。基于廣域量測數(shù)據(jù)的電力系統(tǒng)自動切負荷算法，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)頻率的緊急控制。

其中，廣域量測裝置為現(xiàn)有技術中的裝置，當前廣域測量系統(tǒng)(wams)的pmu裝置以gps為采樣基準，能全網(wǎng)同步采集機組和線路的電壓、電流以及重要的開關保護信號；并能計算得到電壓和電流相量、頻率和頻率變化率、機組和線路功率、發(fā)電機內(nèi)電勢(功角)以及根據(jù)機組鍵相信號實測機組功角；同時還能提供擾動觸發(fā)的暫態(tài)記錄?；趐mu的廣域測量系統(tǒng)能實現(xiàn)對電力系統(tǒng)動態(tài)過程的監(jiān)測，其測量的數(shù)據(jù)能反映系統(tǒng)的動態(tài)行為特征。廣域測量系統(tǒng)為電力系統(tǒng)提供了新的測量和監(jiān)控手段，其突出的優(yōu)點是：可以在時間－空間－幅值三維坐標下同時觀察電力系統(tǒng)全局的機電動態(tài)過程全貌。

進一步地，所述步驟(e)中，多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的等式約束條件主要為大電源丟失、負荷突變等擾動結(jié)束后多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)潮流方程，假設各條母線電壓均為1.0p.u.，因此，針對一個多直流輸電饋出電力系統(tǒng)，設定有1個送端電網(wǎng)，n1個受端電網(wǎng)，n2條直流，設定共有n個節(jié)點的系統(tǒng)：

針對送端電網(wǎng)每個發(fā)電機母線i1，形成如下方程：

式中：

pgri1是i1號母線發(fā)電機在擾動發(fā)生前的有功出力，kgri1是i1號母線上發(fā)電機的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)；k是電網(wǎng)母線的節(jié)點號，gi1k、bi1k分別是節(jié)點導納矩陣i1行k列元素的實部和虛部，θi1k是i1號母線與k號母線的功角差。δω1為送端電網(wǎng)頻率偏差量。

針對x號受端電網(wǎng)(n1≥x＞0)每個發(fā)電機母線i2，形成如下方程：

式中：

pgri2是i2號母線發(fā)電機在擾動發(fā)生前的有功出力，kgri2是i2號母線上發(fā)電機的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)；k是電網(wǎng)母線的節(jié)點號，gi2k、bi2k分別是節(jié)點導納矩陣i2行k列元素的實部和虛部，θi2k是i2號母線與k號母線的功角差。δωsx為x號受端電網(wǎng)頻率偏差量。

針對送端電網(wǎng)、受端電網(wǎng)每個負荷j，形成如下方程：

式中：

plri是j號母線負荷在擾動發(fā)生前的有功出力，gjk、bjk分別是節(jié)點導納矩陣j行k列元素的實部和虛部，θjk是j號母線與k號母線的功角差。

針對送端電網(wǎng)中，直流換流母線m，形成如下方程：

式中：

pdcm是m號母線所連的直流輸電系統(tǒng)在擾動發(fā)生前的傳輸功率，△pdcm是m號母線所連的直流輸電系統(tǒng)的緊急功率提升量，gmk、bmk分別是節(jié)點導納矩陣m行k列元素的實部和虛部，θmk是m號母線與k號母線的功角差。

針對受端電網(wǎng)中，直流換流母線l，形成如下方程：

式中：

pdcl是l號母線所連的直流輸電系統(tǒng)在擾動發(fā)生前的傳輸功率，△pdcl是l號母線所連的直流輸電系統(tǒng)的緊急功率提升量，glk、blk分別是節(jié)點導納矩陣l行k列元素的實部和虛部，θlk是l號母線與k號母線的功角差。

同時對于h號直流輸電工程在送端與m節(jié)點相連，在受端與l節(jié)點相連，因此有：

式中：

vop為該直流輸電工程的運行電壓，rh為該直流輸電工程的線路電阻。

進一步地，所述步驟(f)中，多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的不等式約束條件包括各個電網(wǎng)的頻率允許范圍約束，直流輸電的過載運行能力約束等。

其中各個電網(wǎng)的頻率允許范圍約束用下述表達式表示：

式中：

ω10、δω1、ω1min、ω1max(i)分別為送端電網(wǎng)的擾動前系統(tǒng)頻率、擾動結(jié)束后頻率變化值、最小頻率允許值、最大頻率允許值。ωsx(0)、δωsx、ωsxmin、ωsxmax(i)分別為x號受端電網(wǎng)的擾動前系統(tǒng)頻率、擾動結(jié)束后頻率變化值、最小頻率允許值、最大頻率允許值。

直流輸電過載能力約束用下述表達式表示：

式中：

為擾動發(fā)生前h號直流輸電系統(tǒng)輸送功率，δpdc(h)為h號直流輸電系統(tǒng)功率提升量，pdc(h)max為h號直流輸電系統(tǒng)最大傳輸功率能力，pdc(h)min為h號直流輸電系統(tǒng)最小傳輸功率要求。

進一步地，所述步驟(g)中，多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的最小化目標函數(shù)由如下表達式表示：

進一步地，所述步驟(h)中，按照廣域量測數(shù)據(jù)得到的結(jié)果，針對最小化目標函數(shù)應用內(nèi)點法進行優(yōu)化計算，得到各條直流的功率提升量。

本申請?zhí)峁┑囊粋€或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優(yōu)點：

本申請利用廣域量測系統(tǒng)(wams)所提供的擾動后瞬間數(shù)據(jù)，列出了多饋入直流電網(wǎng)在出現(xiàn)擾動后的穩(wěn)態(tài)頻率響應模型；針對于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率越界的問題，本申請考慮到利用多饋入直流參與穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)節(jié)，并計及本區(qū)域電網(wǎng)各直流的傳輸功率約束以及各互聯(lián)電網(wǎng)頻率波動約束，設計了多直流輸電饋出電力系統(tǒng)最優(yōu)穩(wěn)態(tài)頻率協(xié)調(diào)控制算法，實現(xiàn)了多直流間的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本發(fā)明實施例的限定；

圖1是本申請中多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法的流程示意圖；

圖2是本申請中ieee50機改進系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種多直流輸電饋出電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率控制方法，解決了在現(xiàn)有技術中，均無法實現(xiàn)區(qū)域中多條直流的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制,從而導致各條直流的行為難以相互配合甚至出現(xiàn)相互沖突的技術問題，實現(xiàn)了多直流間的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的技術效果。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。需要說明的是，在相互不沖突的情況下，本申請的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來實施，因此，本發(fā)明的保護范圍并不受下面公開的具體實施例的限制。

請參考圖1-圖2，為驗證本文所設計方法的正確性和有效性，本專利對典型的ieee50機系統(tǒng)進行改造，在其中接入多條高壓直流線路構成多饋入直流系統(tǒng)。改進后的ieee50機測試系統(tǒng)的500kv主線圖如圖2所示，此系統(tǒng)包含50個發(fā)電機母線和95個負荷母線，其負荷模型由5.02％的恒阻抗負荷和94.98的恒功率負荷構成。

相對于傳統(tǒng)的ieee50機系統(tǒng)，新的ieee50機系統(tǒng)新增加了4條與其他區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的直流線路，即改進后的ieee50機系統(tǒng)主要包括：1個平衡節(jié)點、49個pv節(jié)點、91個pq節(jié)點以及4個直流節(jié)點。新增直流線路分別與區(qū)域內(nèi)27號母線、59號母線、74號母線以及110號母線相連，其中：27號母線、59號母線、74號母線、110號母線分別與高壓直流相連。

表1直流系統(tǒng)基本參數(shù)

系統(tǒng)工況：在t＝0s時，系統(tǒng)在線路1-25的母線1端發(fā)生三相短路故障。在t＝0.15s時，該故障線路切除，考慮到系統(tǒng)可能會暫態(tài)失穩(wěn)，因此在t＝0.18s時，切除93號發(fā)電機，仿真總時長持續(xù)50s。

設定本區(qū)域電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定范圍為(59.5hz～60.5hz)。按照上述系統(tǒng)工況，通過pss/e仿真得到，系統(tǒng)在經(jīng)過切93號機擾動后穩(wěn)態(tài)頻率將下降到57.751hz，明顯超出頻率穩(wěn)定范圍。因此在t＝0.18s時，啟動本文所設計的基于多饋入直流的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)頻率控制策略，設定擾動后電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率整定值為ωset＝59.5hz。

按照本區(qū)域電網(wǎng)擾動后穩(wěn)態(tài)頻率整定值，通過本文所設計的最優(yōu)頻率穩(wěn)定控制算法可以得到各條直流進行緊急功率支援時的最優(yōu)功率調(diào)節(jié)量如表2所示：

表2切除93號機后的各條直流最優(yōu)功率調(diào)節(jié)量

根據(jù)優(yōu)化得到的最優(yōu)功率調(diào)節(jié)量，利用pss/e在原有的算例工況中t＝0.2s時，對相應的直流節(jié)點的有功功率和無功功率傳輸量進行修改。最后通過仿真得到多饋入直流參與頻率調(diào)節(jié)后的穩(wěn)態(tài)頻率達到59.5hz，滿足系統(tǒng)要求。

上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優(yōu)點：

本申請利用廣域量測系統(tǒng)(wams)所提供的擾動后瞬間數(shù)據(jù)，列出了多饋入直流電網(wǎng)在出現(xiàn)擾動后的穩(wěn)態(tài)頻率響應模型；針對于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率越界的問題，本申請考慮到利用多饋入直流參與穩(wěn)態(tài)頻率調(diào)節(jié)，并計及本區(qū)域電網(wǎng)各直流的傳輸功率約束以及各互聯(lián)電網(wǎng)頻率波動約束，設計了多直流輸電饋出電力系統(tǒng)最優(yōu)穩(wěn)態(tài)頻率協(xié)調(diào)控制算法，實現(xiàn)了多直流間的優(yōu)化協(xié)調(diào)控制。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內(nèi)的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。