一種多回直流頻率限制控制器的協(xié)調(diào)控制及參數(shù)優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多回直流頻率限制控制器 的協(xié)調(diào)控制及參數(shù)優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓直流輸電系統(tǒng)具有大容量、遠(yuǎn)距離輸電的優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)大范圍的資源優(yōu)化配 置，是目前世界上解決高電壓、大容量、遠(yuǎn)距離送電和電網(wǎng)互聯(lián)的重要手段，在我國(guó)西電東 送和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)工程中發(fā)揮著重要作用。云南電網(wǎng)作為南方電網(wǎng)的主要能源送出基地，隨著 電力外送規(guī)模的不斷擴(kuò)大，到2016年，魯西直流背靠背工程和±500kV永仁至富寧直流工 程建成投運(yùn)后，云南電網(wǎng)將通過(guò)6回直流輸電系統(tǒng)與南方電網(wǎng)主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。云南電 網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行后，由于各回直流輸送功率大，當(dāng)發(fā)生直流閉鎖故障時(shí)，送端系統(tǒng)的頻率穩(wěn) 定問(wèn)題將成為影響系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素。
[0003]目前對(duì)于多直流送端電網(wǎng)在發(fā)生直流閉鎖故障后的措施主要包括穩(wěn)控切機(jī)措施、 高周切機(jī)措施、直流緊急功率支援以及直流頻率限制控制（frequency limit control， FLC)等。穩(wěn)控和高周切機(jī)措施作為常規(guī)的保護(hù)措施，是以犧牲電廠連續(xù)運(yùn)行性為代價(jià)的，因 此通常希望在保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，切機(jī)量盡可能??；直流緊急功率支援能夠 根據(jù)直流功率調(diào)節(jié)指令快速提升非故障直流的輸送功率，緩解送受端系統(tǒng)的功率不平衡， 但提升的直流功率量是基于預(yù)想事故整定，無(wú)法根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)節(jié)；頻率限 制控制本質(zhì)上與緊急功率支援類(lèi)似，區(qū)別在于頻率限制控制能夠根據(jù)交流系統(tǒng)實(shí)時(shí)頻率偏 差，調(diào)整直流功率參考值，控制方式更為有效、靈活。
[0004] 配有FLC功能的直流輸電系統(tǒng)可以等效的看成一臺(tái)具有調(diào)頻能力且調(diào)節(jié)速度較 快的大容量發(fā)電機(jī)組。陳亦平、程哲、張昆等人在標(biāo)題為高壓直流輸電系統(tǒng)孤島運(yùn)行方式調(diào) 頻策略（中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013,第33卷，96-102)的文獻(xiàn)中指出FLC能夠有效提高送端 孤島系統(tǒng)抵御功率擾動(dòng)的能力，增強(qiáng)孤島系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性；杜斌，柳勇軍，涂亮，付超等人在 標(biāo)題為糯扎渡直流頻率限制控制器研究（南方電網(wǎng)技術(shù)，2013,第7卷，27-31)的文獻(xiàn)中通 過(guò)糯扎渡實(shí)際工程算例分析了直流孤島FLC各環(huán)節(jié)參數(shù)靈敏度，給出了直流孤島FLC參數(shù) 整定建議。
[0005] 但是，上述研究主要局限于單回直流孤島運(yùn)行方式下的FLC應(yīng)用，對(duì)多回直流聯(lián) 網(wǎng)運(yùn)行構(gòu)成的多直流送端系統(tǒng)下各回直流FLC之間的協(xié)調(diào)控制方法研究還未涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種多回直流頻率限制控制 器的協(xié)調(diào)控制及參數(shù)優(yōu)化方法，能夠充分發(fā)揮各回直流FLC在系統(tǒng)故障期間平衡功率波動(dòng) 的作用，提高多直流送端系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。
[0007] 這種多回直流頻率限制控制器的協(xié)調(diào)控制方法可以被應(yīng)用于電力系統(tǒng)調(diào)度控制 中心，其包括如下步驟：
[0008] (1)對(duì)一個(gè)含有多回直流送出的交流系統(tǒng)，分別對(duì)各回直流進(jìn)行雙極閉鎖故障計(jì) 算，確定各回直流系統(tǒng)閉鎖故障后對(duì)應(yīng)的領(lǐng)先機(jī)組以及其余非故障直流頻率限制控制器作 用下的靈敏度集合{S(i, j) I i = 1~n, j = 1~n, i乒j};
[0009] (2)根據(jù)能量管理系統(tǒng)和廣域測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，確定當(dāng)前電力系統(tǒng)的運(yùn) 行狀態(tài)；
[0010] (3)判斷系統(tǒng)是否發(fā)生直流閉鎖故障。如果系統(tǒng)發(fā)生直流閉鎖故障，則進(jìn)入步驟 (4)，對(duì)各回非故障直流頻率限制控制器的投入順序和參數(shù)整定重新進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化；否則， 返回步驟（2);
[0011] (4)根據(jù)閉鎖故障直流功率量和非故障直流靈敏度集合，選擇需要投入頻率限制 控制器的直流；
[0012] (5)構(gòu)建投入直流頻率限制控制器后系統(tǒng)頻率偏差的協(xié)調(diào)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，并采用 Lagrange乘數(shù)法，對(duì)各個(gè)直流頻率限制控制器的參數(shù)整定值進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化；
[0013] (6)將步驟（5)中得到的直流頻率限制控制器參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果發(fā)送至步驟（4)選 中的直流并投入各回直流的頻率限制控制器；
[0014] (7)頻率調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，重置各回直流頻率限制控制器，返回步驟（2)。
[0015] 所述的步驟（1)中，確定各回直流系統(tǒng)閉鎖故障后對(duì)應(yīng)的領(lǐng)先機(jī)組以及非故障直 流頻率限制控制器作用下的靈敏度集合方法如下：
[0016] Al.假定系統(tǒng)有1~η回直流，記為Di~Dn。依次仿真計(jì)算各回直流雙極閉鎖故 障對(duì)應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速變化曲線，分別把轉(zhuǎn)速變化最快的發(fā)電機(jī)組確定為各回直流故障后對(duì)應(yīng) 的"領(lǐng)先機(jī)組"，領(lǐng)先機(jī)組在t時(shí)刻轉(zhuǎn)速變化量為Δ ω (t，0);
[0017] Α2·首選首先針對(duì)直流行計(jì)算：D i雙極閉鎖后，若投入D i回直流的頻率限制 控制器（直流功率調(diào)制上限為AP1),得到機(jī)組功角曲線，計(jì)算出此時(shí)領(lǐng)先機(jī)組在t時(shí)刻轉(zhuǎn) 速變化量為A ω (t，AP1。則D1雙極閉鎖后，D1投入頻率限制控制器對(duì)于提高送端系統(tǒng)頻 率穩(wěn)定性的靈敏度S (i，1)的計(jì)算公式為：
[0018] S (1, ?) = [Δω (t, Δ P1) - Δ ω (t, 0) ] / Δ P1
[0019] A3.依次針對(duì)1~η回直流進(jìn)行計(jì)算，得到各回直流雙極閉鎖后其余非故障直流頻 率限制控制器作用下的靈敏度集合{S(i, j) I i = 1~n, j = 1~n, i乒j}。
[0020] 所述的步驟（4)中，選擇需要投入頻率限制控制器的直流方法如下：
[0021] 根據(jù)能量管理系統(tǒng)和廣域測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)到的閉鎖故障直流功率量APblcidi，從靈敏 度集合中選取在該直流閉鎖故障下靈敏度最高的非故障直流〇 1投入頻率限制控制器，D ^勺 直流功率調(diào)節(jié)上限為Δ ?1;接著選擇靈敏度第二高的非故障直流D 2投入頻率限制控制器， %的直流功率調(diào)節(jié)上限為Δ P2;以此類(lèi)推，直到滿足
得到參與投 入直流頻率限制控制器的全部1~m回直流。其中，各回直流的功率調(diào)節(jié)上限AP1均設(shè)定 為額定運(yùn)行功率的20%。
[0022] 所述的步驟（5)中，直流頻率限制控制器后系統(tǒng)頻率偏差的協(xié)調(diào)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型如 下：
[0023]
[0024] (!)
[0025]
[0026]
[0027]
[0028]
[0029] 上述數(shù)學(xué)模型中，式（1)為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，其物理意義是將系統(tǒng)發(fā)生閉鎖 故障后暫態(tài)頻率偏差的峰值最小化；式（2)和式（3)是表征當(dāng)前運(yùn)行方式下電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài) 特性的微分代數(shù)方程組；式（4)是故障發(fā)生后系統(tǒng)頻率偏差的計(jì)算公式；式（5)是直流頻 率限制控制器的調(diào)制功率量表達(dá)式；式（6)是式（4)中因子A的計(jì)算公式。進(jìn)一步地，式 (1)~（6)中各變量的物理意義如下：t為時(shí)間；X (t)為電力系統(tǒng)狀態(tài)變量向量；y(t)為電 力系統(tǒng)代數(shù)變量向量；k = [k k2, . . .，kj為直流頻率限制控制器參數(shù)向量；△ f (t)為故障 發(fā)生后t時(shí)刻系統(tǒng)的頻率偏差值；f。為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率值；P Jt)為故障發(fā)生后t時(shí)刻系統(tǒng)的 發(fā)電機(jī)電磁功率，PJt)為故障發(fā)生后t時(shí)刻系統(tǒng)的負(fù)荷功率；APdk⑴為故障發(fā)生后t時(shí) 刻投入直流頻率限制控制器的第i回直流調(diào)制功率量；P rt為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)電磁 功率；Pu)為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷功率；K ^為系統(tǒng)負(fù)荷頻率因子；ω。為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)發(fā) 電機(jī)轉(zhuǎn)子角速度;M為系統(tǒng)的慣性常數(shù)。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述多回直流頻率限制控制器協(xié)調(diào)控制方法有以下優(yōu) 占 .
[0031] (a)協(xié)調(diào)控制多直流送端系統(tǒng)中各回直流FLC在系統(tǒng)故障期間的作用，與只采用 直流孤島FLC相比，多回直流FLC協(xié)調(diào)控制對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的提升效果將更加顯著。
[0032] (b)各回直流FLC的投入方式靈活，能夠根據(jù)不同的故障類(lèi)型選擇參與頻率調(diào)節(jié) 的直流系統(tǒng)及其投入順序，充分發(fā)揮直流FLC對(duì)系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性的提升作用。
[0033] (c)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式具有自適應(yīng)性，直流FLC的增益參數(shù)能夠跟隨系統(tǒng)故 障類(lèi)型進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免了采用同一套FLC參數(shù)在不同故障下對(duì)系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)效果變差的問(wèn) 題。
[0034] 綜合上述三方面原因，可以看出：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠更加有效地發(fā)揮多 回直流頻率限制控制器在系統(tǒng)故障期間對(duì)頻率穩(wěn)定性的提升作用，并且對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行方 式的自適應(yīng)性能力更強(qiáng)，控制方式更為有效、靈活。
【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為一種多回直流頻率限制控制器的協(xié)調(diào)控制及參數(shù)優(yōu)化方法的流程圖。
[0036] 圖2為直流輸電系統(tǒng)的頻率限制控制器結(jié)構(gòu)框圖。
[0037] 圖3為采用本發(fā)明前后云南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)下楚穗直流雙極閉鎖故障后系統(tǒng)頻率 響應(yīng)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體