基于廣域測量信息的機(jī)組強(qiáng)勵(lì)與直流緊急功率支援協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制領(lǐng)域，具體設(shè)及基于廣域測量信息的機(jī)組強(qiáng)勵(lì) 與直流緊急功率支援協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國地域廣闊，一次能源分布與生產(chǎn)力發(fā)展很不平衡，需要大規(guī)模遠(yuǎn)距離輸送、大 范圍消納，決定了我國需要采用遠(yuǎn)距離大容量輸電方式。近年來，隨著我國"西電東送"計(jì) 劃的實(shí)施，互聯(lián)電網(wǎng)送電規(guī)模增大，電網(wǎng)建設(shè)步伐加快，到2020年，我國將建成世界上罕見 的跨區(qū)域和遠(yuǎn)距離傳輸巨大功率的超高壓交、直流混合輸電系統(tǒng)，其運(yùn)行的復(fù)雜性和難度 在國際上也是少見的。截至到2014年年底，我國已累計(jì)建成交四直"特高壓輸電工程。 根據(jù)國家大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案，至2017年底將建成錫盟-泰州、寧東-紹興、上 海廟-臨巧、晉北-南京等4回特高壓直流輸電工程，W及淮南-南京-上海、錫盟-山東、 蒙西-天津南、愉橫-濰坊等4回特高壓交流輸電工程。隨著規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)行方 式多變的交直流混聯(lián)大電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)的運(yùn)行特性正在發(fā)生重大的變化，由機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)控 制過渡到機(jī)一網(wǎng)一直流S者的協(xié)調(diào)控制。
[0003] 互聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式越來越復(fù)雜多變，其穩(wěn)定性一旦遭到破壞，必將 造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和災(zāi)難性的后果。利用大容量高壓直流快速可控性，在電網(wǎng)遭受大擾 動(dòng)后通過直流緊急功率支援減少臨界群機(jī)組的加速能量可有效改善互聯(lián)電網(wǎng)大擾動(dòng)后的 暫態(tài)穩(wěn)定性，減少切機(jī)切負(fù)荷控制代價(jià)。目前，直流緊急功率支援在改善系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性方 面已有深入研究并得到工程應(yīng)用。但上述研究仍未解決兩個(gè)問題：
[0004] 1)沒有考慮大容量直流緊急功率支援導(dǎo)致直流近區(qū)交流線路功率激增，繼而可能 引發(fā)的線路過載或沿線電壓降低，進(jìn)而影響直流緊急功率支援效果。
[0005] 2)目前直流緊急功率支援通常作為電網(wǎng)大擾動(dòng)后的單一控制措施，缺乏與傳統(tǒng)切 機(jī)切負(fù)荷控制的協(xié)調(diào)；而且，控制措施基本依賴于離線策略，大功率潮流轉(zhuǎn)移可能嚴(yán)重的過 控。
[0006] 文獻(xiàn)《基于廣域測量系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)強(qiáng)勵(lì)控制方案》（電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013年 3月，第41卷，第6期）提出通過提高故障后臨界群機(jī)組勵(lì)磁電壓來改變系統(tǒng)等值電磁功 率，從而影響系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。運(yùn)為解決上述第一類問題提供了思路。
[0007] 廣域測量系統(tǒng)給電力系統(tǒng)的監(jiān)測、分析和控制提供了新的手段。目前實(shí)用的相量 測量單元PMU可在廣域范圍內(nèi)同步采集多類電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)信息，包括母線電壓相位、發(fā)電 機(jī)內(nèi)電勢、功角等并能W較小的延時(shí)傳遞到數(shù)據(jù)中屯、站并完成同步處理。而擴(kuò)展等面積準(zhǔn) 則巧EAC)可對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)軌跡進(jìn)行量化分析評(píng)估，提供詳細(xì)的穩(wěn)定裕度、分群及等值單機(jī)系 統(tǒng)的功角、加速功率等信息。運(yùn)為解決上述第二類問題提供了思路。
[0008] 專利號(hào)為化200910026801. 4、專利名稱為"電力系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定模式中元件參 與因子識(shí)別方法"中披露了一種暫態(tài)功角穩(wěn)定發(fā)電機(jī)分群模式中發(fā)電機(jī)參與因子的識(shí)別方 法。該方法可W為本發(fā)明所利用，通過計(jì)算獲取臨界群中各發(fā)電機(jī)的暫態(tài)功角穩(wěn)定發(fā)電機(jī) 分群模式中的參與因子。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是：基于廣域測量系統(tǒng)提供的廣域測量信息，通過同步電源強(qiáng)勵(lì)、常 規(guī)切機(jī)切負(fù)荷及直流緊急功率支援實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-直流的協(xié)調(diào)控制，并優(yōu)先發(fā)揮直流緊急功 率支援來降低切機(jī)切負(fù)荷控制代價(jià)；同時(shí)，利用與直流功率波動(dòng)靈敏度較大的同步機(jī)組強(qiáng) 勵(lì)來穩(wěn)定直流近區(qū)電壓，從而提高直流緊急功率支援控制效果和系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定裕度。
[0010] 具體地說，本發(fā)明是采用W下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，包括下列步驟：
[0011] 1)離線潮流計(jì)算機(jī)組與直流的相關(guān)系數(shù)W及交流線路與直流的相關(guān)系數(shù)，根據(jù)廣 域測量信息生成的系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，執(zhí)行步驟2)~6)，所述廣域測量信息包括發(fā)電機(jī)功 角、線路實(shí)時(shí)輸送功率和直流輸送功率；
[0012] 2)根據(jù)直流控制系統(tǒng)提供的直流實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)信息，確定可參與緊急功率支援的 直流集合D ;
[0013] 3)對(duì)預(yù)想故障集中各個(gè)預(yù)想故障進(jìn)行時(shí)域仿真，利用擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則對(duì)仿真結(jié)果 進(jìn)行量化分析，獲取發(fā)電機(jī)分群和穩(wěn)定裕度信息，并針對(duì)其中穩(wěn)定裕度為負(fù)的預(yù)想故障F， 執(zhí)行步驟3-1)~3-3)，所述發(fā)電機(jī)分群信息包括臨界群信息和余下群信息：
[0014] 3-1)計(jì)算直流集合D中各個(gè)直流的緊急功率支援優(yōu)先級(jí)指標(biāo)和功率支援方向；
[0015] 3-2)根據(jù)交流線路輸送功率水平和交流線路與直流的相關(guān)系數(shù)確定當(dāng)前工況下 直流集合D中各個(gè)直流的緊急支援功率最大值，再對(duì)直流集合D進(jìn)行求和得到允許的直流 緊急支援功率最大值A(chǔ) Dm。、；
[0016] 3-3)利用擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則計(jì)算針對(duì)預(yù)想故障F的直流緊急支援目標(biāo)功率AD，并 對(duì)該預(yù)想故障的離線切機(jī)切負(fù)荷策略進(jìn)行修正；
[0017] 4)當(dāng)監(jiān)測到預(yù)想故障F發(fā)生后，執(zhí)行修正后的離線切機(jī)切負(fù)荷控制措施，并令直 流集合D中按直流緊急功率支援優(yōu)先級(jí)指標(biāo)由大到小排序的前L個(gè)直流執(zhí)行緊急功率支 援，其中L的數(shù)值根據(jù)運(yùn)L個(gè)直流系統(tǒng)的緊急支援功率最大值總和不小于直流緊 i=l. 急支援目標(biāo)功率A D為目標(biāo)來確定；
[001引 5)利用擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)分群信息，根據(jù)機(jī)組與直流的相關(guān)系數(shù) 從臨界群機(jī)組中提取直流相關(guān)機(jī)組，并發(fā)送強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)命令，所述直流相關(guān)機(jī)組是與實(shí)施緊 急功率支援直流相關(guān)的機(jī)組；
[0019] 6)根據(jù)廣域測量系統(tǒng)提供的機(jī)組實(shí)時(shí)功角信息，利用擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則計(jì)算系統(tǒng)等 值單機(jī)的功角，當(dāng)?shù)戎祮螜C(jī)的功角開始反擺時(shí)，向臨界群中的直流相關(guān)機(jī)組發(fā)送強(qiáng)勵(lì)退出 命令，向余下群中的直流相關(guān)機(jī)組發(fā)送強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)命令。
[0020] 上述技術(shù)特征的進(jìn)一步特征在于，所述步驟1)中離線潮流計(jì)算機(jī)組與直流的相 關(guān)系數(shù)W及交流線路與直流的相關(guān)系數(shù)的方法如下：
[0021] 設(shè)第i個(gè)直流的輸送功率攝動(dòng)為APdi,保持第i個(gè)直流兩側(cè)換流站交流母線電壓 恒定，通過離線潮流計(jì)算全網(wǎng)交流線路的有功功率變化和機(jī)組無功功率變化，依線路有功 功率變化絕對(duì)值由大到小次序取前N條交流線路，依機(jī)組無功功率變化絕對(duì)值由大到小次 序取M臺(tái)機(jī)組，利用公式（I)計(jì)算各機(jī)組與第i個(gè)直流的相關(guān)系數(shù)W及各交流線路與第i 個(gè)直流的相關(guān)系數(shù)：
[002引式中，町.，1為第j個(gè)交流線路與第i個(gè)直流的相關(guān)系數(shù)，r 為第k個(gè)機(jī)組與第 i個(gè)直流的相關(guān)系數(shù)，其中j = 1，2，…，N，k = 1，2，…，M ;APl.為第j個(gè)交流線路的有 功功率變化，A Qc k為第k個(gè)機(jī)組的無功功率變化，A Q C m為第m個(gè)機(jī)組的無功功率變化。 [0024] 上述技術(shù)特征的進(jìn)一步特征在于，步驟3-1)中直流集合D中各個(gè)直流的直流緊急 功率支援優(yōu)先級(jí)指標(biāo)和功率支援方向的確定方法如下； 陽0巧]1)利用專利號(hào)為化200910026801. 4、專利名稱為"電力系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定模式中 元件參與因子識(shí)別方法"中的暫態(tài)功角穩(wěn)定發(fā)電機(jī)分群模式中發(fā)電機(jī)參與因子的識(shí)別方 法，獲取臨界群中各發(fā)電機(jī)的暫態(tài)功角穩(wěn)定發(fā)電機(jī)分群模式中的參與因子，利用公式（2) 進(jìn)行計(jì)算：
[0027] 上述式中，；C.,為第i個(gè)直流的整流側(cè)換流站與臨界群之間的綜合電氣距離和， 為第i個(gè)宜流自勺逆變側(cè)換流站?與臨界群之1'司自勺綜合電氣距離和，知臨界群中第J個(gè) 發(fā)電機(jī)的暫態(tài)功角穩(wěn)定發(fā)電機(jī)分群模式中的參與因子，為臨界群中第j個(gè)發(fā)電機(jī)與第 i個(gè)直流的整流側(cè)換流站交流母線之間的電氣距離、記,,，為臨界群中第j個(gè)發(fā)電機(jī)與第i 個(gè)直流的逆變側(cè)換流站交流母線之間的電氣距離，S為臨界群中發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)；
[00測。若柏乂1,.，則對(duì)預(yù)想故障F而言，第i個(gè)直流的功率緊急支援方向?yàn)樘嵘?率、直流緊急功率支援優(yōu)先級(jí)指標(biāo)等于;;反之，第i個(gè)直流的功率緊急支援方向?yàn)榛?降功率，直流緊急功率支援優(yōu)先級(jí)指標(biāo)等于1/Z。^,,,.。
[0029] 上述技術(shù)特征的進(jìn)一步特征在于，步驟3-2)中直流集合D中各個(gè)直流的緊急支援 功率最大值的計(jì)算方法如下：
[0030] 首先基于直流緊急功率支援優(yōu)先級(jí)指標(biāo)對(duì)直流集合D中的各個(gè)直流排序，利用公 式（3)確定各個(gè)直流的緊急支援功率最大值： 陽的1 ] ADmax.1= min (a1?Prate. l-Pac。，ADACLim.1)做
[0032] 其中，A Dmgti為第i個(gè)直流的緊急支援功率最大值，a 1為第i個(gè)直流允許的緊急 調(diào)制倍數(shù)，Prate. 1為第i個(gè)直流的額定容量，P。。1. 1為第i個(gè)直流的當(dāng)前輸送功率，A D ACUm. 1為 受N個(gè)交流線路輸電能力限制的第i個(gè)直流的緊急支援功率上