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一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510604151.2

申請日:

2015.09.21

公開號:

CN105162118A

公開日:

2015.12.16

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):H02J 3/00申請日:20150921|||公開
IPC分類號: H02J3/00; G06F19/00(2011.01)I 主分類號: H02J3/00
申請人: 中國電力科學研究院; 國家電網公司; 華中電網有限公司
發明人: 陳湘; 李勇; 唐曉駿; 劉兵; 張志強; 劉天斌; 張鑫; 呂東曉; 鄭超; 徐友平; 李媛媛; 奚江惠; 吉平; 張三洪; 李惠玲; 黎桂光; 羅紅梅; 邊宏宇; 李晶; 徐遐齡
地址: 100192北京市海淀區清河小營東路15號
優先權:
專利代理機構: 北京安博達知識產權代理有限公司11271 代理人: 徐國文
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510604151.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.09.14|||2016.09.28|||2015.12.16

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法,包括:(1)確定電網中參與多直流協調控制的直流系統DCi和需要控制電壓的交流母線ACbus,i∈[1,n];(2)計算各直流系統DCi至交流母線ACbus的等效阻抗(3)計算各直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki;(4)若直流系統DCi發生閉鎖故障,則計算直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,并根據各支流系統的最大運行功率確定支流系統DCj的實際功率提升量;本發明提供的方法通過計算直流系統與交流母線之間的等效阻抗,評估不同的直流系統功率轉移對特定交流母線電壓的影響程度,根據這一結果確定多直流協調控制中各直流應采取的功率控制量,最大程度的降低直流故障功率轉移對電網運行的影響。

權利要求書

權利要求書
1.  一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法,其特征在于,所述方法包括:
(1)確定電網中參與多直流協調控制的直流系統DCi和需要控制電壓的交流母線ACbus,i∈[1,n],n為電網中參與多直流協調控制的直流系統總數;
(2)計算各直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗
(3)計算各直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki;
(4)若所述直流系統DCi發生閉鎖故障,則計算直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,并根據各支流系統的最大運行功率確定支流系統DCj的實際功率提升量。

2.  如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟(2)包括:
(2-1)計算所述直流系統DCi在正常運行狀態下的換流母線注入交流電網的電流Ii0,公式為:
Ii0=-Pi0-jQi0Ui0*---(1)]]>
式(1)中,Ui0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下的換流母線電壓,為Ui0的共軛復數,Pi0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下從交流系統中吸收的有功功率,Qi0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下從交流系統中吸收的無功功率;
(2-2)改變所述直流系統DCi的輸送功率,并計算所述直流系統DCi改變輸送功率后換流母線注入交流電網的電流Ii1,公式為:
Ii1=-Pi1-jQi1Ui1*---(2)]]>
式(2)中,Ui1為所述直流系統DCi改變輸送功率后的換流母線電壓,為Ui1的共軛復數,Pi1為所述直流系統DCi改變輸送功率后從交流系統中吸收的有功功率,Qi1為所述直流系統DCi改變輸送功率后從交流系統中吸收的無功功率;
(2-3)計算所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效電阻Zeqi,公式為:
Zeqi=(Ui1-U1)-(Ui0-U0)Ii1-Ii0---(3)]]>
式(3)中,U0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下的交流母線ACbus電壓,U1為所述直流系統DCi在改變輸送功率后的交流母線ACbus電壓。

3.  如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟(3)包括:計算所述直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki,公式為:
Ki=Re(Zeqi)·PiN---(4)]]>
式(4)中,為所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,PiN為所述直流系統DCi的額定功率。

4.  如權利要求1所述的方法,其特征在于,所述步驟(4)包括:
(4-1)計算在直流系統DCi發生閉鎖故障時,直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,公式為:
ΔPj=αPjN=ΔPi·Re(Zeqi)Σk=1,k≠inKkPjN---(5)]]>
式(5)中,PjN為所述直流系統DCj的額定功率,ΔPi為直流系統DCi發生閉鎖故障時的功率下降量,為所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,Kk為第k個直流系統DCk參與流協調控制的功率控制系數,為直流系統DCj功率提升后的過載率,且各直流系統功率提升后的過載率相等;
(4-2)若所述直流系統DCj在功率提升后的運行功率小于等于直流系統DCj的最大運行功率Pjmax,則所述直流系統DCj的實際功率提升量為ΔPj;
(4-3)若所述直流系統DCj在功率提升后的運行功率大于直流系統DCj的最大運行功率Pjmax,則直流系統DCj的實際功率提升量為Pjmax-PjN,剩余直流系統DCl的實際功率提升量ΔPl公式為:
ΔPl=αPlN=ΔPi·Re(Zeqi)-ΔPj·Re(Zeqj)Σk=1,k≠i,k≠jnKkPlN---(6)]]>
式(6)中,l∈[1,n]且l≠i,j,PlN為所述直流系統DCl的額定功率,ΔPi為直流系統DCi發生閉鎖故障時的功率下降量,為所述直流系統DCl至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,Kk為第k個直流系統DCk參與多直流協調控制的功率控制系數,為直流系統DCl功率提升后的過載率,且各直流系統功率提升后的過載率相等;
(4-4)重復執行步驟(4-3)直至電網中不存在直流系統在功率提升后的運行功率大于其自身的最大運行功率的情況或直流系統在功率提升后的運行功率全部達到其自身允許的最大運行功率。

說明書

說明書一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法
技術領域
本發明涉及電力系統安全穩定領域,具體涉及一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法。
背景技術
在多個直流系統并列運行的電網中,一條直流發生閉鎖故障時,可以通過其他直流采取緊急功率提升措施,減小該故障直流對電網運行造成的影響,即多直流協調控制。
現有的多直流協調控制中,控制量一般采用等量控制,即參與多直流協調控制的各條直流功率緊急提升總量與發生閉鎖故障直流的盈余功率相等,如果受到直流運行功率限制不能達到等量控制,則不足的部分再通過切機、切負荷等安控措施補充。當電網規模較大時,各直流在電網中所處位置不同,相同的功率轉移可能對電網運行造成的影響程度不同,采用等量控制并不能達到最佳效果。
發明內容
針對現有技術的不足,本發明提供一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法通過計算直流系統與交流母線之間的等效阻抗,評估不同的直流系統功率轉移對特定交流母線電壓的影響程度,根據這一結果確定多直流協調控制中各直流應采取的功率控制量,最大程度的降低直流故障功率轉移對電網運行的影響。
本發明的目的是采用下述技術方案實現的:
一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法,其改進之處在于,所述方法包括:
(1)確定電網中參與多直流協調控制的直流系統DCi和需要控制電壓的交流母線ACbus,i∈[1,n],n為電網中參與多直流協調控制的直流系統總數;
(2)計算各直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗
(3)計算各直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki;
(4)若所述直流系統DCi發生閉鎖故障,則計算直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,并根據各支流系統的最大運行功率確定支流系統DCj的實際功率提升量。
優選的,所述步驟(2)包括:
(2-1)計算所述直流系統DCi在正常運行狀態下的換流母線注入交流電網的電流Ii0, 公式為:
Ii0=-Pi0-jQi0Ui0*---(1)]]>
式(1)中,Ui0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下的換流母線電壓,為Ui0的共軛復數,Pi0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下從交流系統中吸收的有功功率,Qi0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下從交流系統中吸收的無功功率;
(2-2)改變所述直流系統DCi的輸送功率,并計算所述直流系統DCi改變輸送功率后換流母線注入交流電網的電流Ii1,公式為:
Ii1=-Pi1-jQi1Ui1*---(2)]]>
式(2)中,Ui1為所述直流系統DCi改變輸送功率后的換流母線電壓,為Ui1的共軛復數,Pi1為所述直流系統DCi改變輸送功率后從交流系統中吸收的有功功率,Qi1為所述直流系統DCi改變輸送功率后從交流系統中吸收的無功功率;
(2-3)計算所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效電阻公式為:
Zeqi=(Ui1-U1)-(Ui0-U0)Ii1-Ii0---(3)]]>
式(3)中,U0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下的交流母線ACbus電壓,U1為所述直流系統DCi在改變輸送功率后的交流母線ACbus電壓。
優選的,所述步驟(3)包括:計算所述直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki,公式為:
Ki=Re(Zeqi)·PiN(4)
式(4)中,為所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,PiN為所述直流系統DCi的額定功率。
優選的,所述步驟(4)包括:
(4-1)計算在直流系統DCi發生閉鎖故障時,直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,公式為:
ΔPj=αPjN=ΔPi·Re(Zeqi)Σk=1,k≠inKkPjN---(5)]]>
式(5)中,PjN為所述直流系統DCj的額定功率,ΔPi為直流系統DCi發生閉鎖故障時 的功率下降量,為所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,Kk為第k個直流系統DCk參與流協調控制的功率控制系數,為直流系統DCj功率提升后的過載率,且各直流系統功率提升后的過載率相等;
(4-2)若所述直流系統DCj在功率提升后的運行功率小于等于直流系統DCj的最大運行功率Pjmax,則所述直流系統DCj的實際功率提升量為ΔPj;
(4-3)若所述直流系統DCj在功率提升后的運行功率大于直流系統DCj的最大運行功率Pjmax,則直流系統DCj的實際功率提升量為Pjmax-PjN,剩余直流系統DCl的實際功率提升量ΔPl公式為:
ΔPl=αPlN=ΔPi·Re(Zeqi)-ΔPj·Re(Zeqj)Σk=1,k≠i,k≠jnKkPlN---(6)]]>
式(6)中,l∈[1,n]且l≠i,j,PlN為所述直流系統DCl的額定功率,ΔPi為直流系統DCi發生閉鎖故障時的功率下降量,為所述直流系統DCl至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,Kk為第k個直流系統DCk參與多直流協調控制的功率控制系數,為直流系統DCl功率提升后的過載率,且各直流系統功率提升后的過載率相等;
(4-4)重復執行步驟(4-3)直至電網中不存在直流系統在功率提升后的運行功率大于其自身的最大運行功率的情況或直流系統在功率提升后的運行功率全部達到其自身允許的最大運行功率。
與最接近的現有技術相比,本發明具有的有益效果:
本發明提供的一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法,通過計算直流系統與交流母線之間的等效阻抗,并根據直流系統與交流母線之間的等效阻抗評估不同的直流系統功率轉移對特定交流母線電壓的影響程度,根據這一結果確定多直流協調控制中各直流系統應采取的功率控制量,最大程度的降低直流故障功率轉移對電網運行的影響。
附圖說明
圖1是本發明提供的一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法流程圖;
圖2是電力系統中輸電線路的集中參數簡化模型示意圖;
圖3是華中電網結構圖;
圖4是以華中電網為仿真算例結果圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步的詳細說明。
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚,下面將結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例,都屬于本發明保護的范圍。
本發明提供了一種多直流協調控制中直流功率控制量的確定方法,如圖1所示,包括:
(1)確定電網中參與多直流協調控制的直流系統DCi和需要控制電壓的交流母線ACbus,i∈[1,n],n為電網中參與多直流協調控制的直流系統總數;
其中,需要控制電壓的交流母線ACbus可以選擇電壓穩定性最差,抵御直流功率轉移能力最弱的交流母線;協調控制目標即為當一條直流發生閉鎖故障時,通過其他直流功率提升支援,使交流母線ACbus的電壓受到的影響最小。
(2)計算各直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗
(3)計算各直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki;
(4)若所述直流系統DCi發生閉鎖故障,則計算直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,并根據各支流系統的最大運行功率確定支流系統DCj的實際功率提升量。
所述步驟(2)包括:
(2-1)計算所述直流系統DCi在正常運行狀態下的換流母線注入交流電網的電流Ii0,公式為:
Ii0=-Pi0-jQi0Ui0*---(1)]]>
式(1)中,Ui0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下的換流母線電壓,為Ui0的共軛復數,Pi0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下從交流系統中吸收的有功功率,Qi0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下從交流系統中吸收的無功功率;
(2-2)改變所述直流系統DCi的輸送功率,并計算所述直流系統DCi改變輸送功率后換流母線注入交流電網的電流Ii1,公式為:
Ii1=-Pi1-jQi1Ui1*---(2)]]>
式(2)中,Ui1為所述直流系統DCi改變輸送功率后的換流母線電壓,為Ui1的共軛復數,Pi1為所述直流系統DCi改變輸送功率后從交流系統中吸收的有功功率,Qi1為所述直流 系統DCi改變輸送功率后從交流系統中吸收的無功功率;
其中,可以通過改變所述直流系統DCi的輸送功率改變直流系統DCi的運行狀態,該過程的實施可以在電力系統仿真分析軟件中建立所研究電網的模型,首先將其調整至直流系統DCi在正常運行狀態,然后略微改變直流系統DCi的輸送功率使電網的運行狀態改變,通常可以將直流系統DCi的輸送功率下調額定運行功率的1%~2%;
(2-3)計算所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效電阻公式為:
Zeqi=(Ui1-U1)-(Ui0-U0)Ii1-Ii0---(3)]]>
式(3)中,U0為所述直流系統DCi在正常運行狀態下的交流母線ACbus電壓,U1為所述直流系統DCi在改變輸送功率后的交流母線ACbus電壓。
所述步驟(3)包括:計算所述直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki,公式為:
Ki=Re(Zeqi)·PiN---(4)]]>
式(4)中,為所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,PiN為所述直流系統DCi的額定功率。
計算所述直流系統DCi參與多直流協調控制的功率控制系數Ki的原理根據,如圖2所示,電力系統中輸電線路的集中參數簡化模型,包括:輸電線路的阻抗為Z=R+jX,忽略了對地導納。線路首端電壓為輸送功率為P+jQ,末端電壓為
線路首端到末端的電壓差可分解為與平行的縱分量ΔU和與垂直的橫分量δU,表達式分別為:
ΔU1=PR+QXU1δU1=PX-QRU1]]>
線路兩端電壓幅值的關系為:
U22=(U1-ΔU1)2+δU12]]>
由上式可計算末端電壓的幅值U2與輸電線路參數及輸送功率的關系為:
?U2?▿=2(U1-ΔU1)(-?ΔU1?▿)+2δU1?δU1?▿[(U1-ΔU1)2+δU12]1/2]]>
式中▽可代表P、Q、R、X;
本發明提供的方法中,獲取各直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗后,將各直流系統DCi作為圖2中首端,所述交流母線ACbus作為圖2中末端,根據兩端輸電線路模型末端電壓表達式,交流母線ACbus的電壓幅值受到直流系統DCi的功率轉移的影響為:
?U2?P=2(U1-ΔU1)(-?ΔU1?P)+2δU1?δU1?P[(U1-ΔU1)2+δU12]1/2]]>
在實際電力系統中,有U1>>ΔU1且U1>>δU1,上式可近似簡化為:
?U2?P≈-2U1?ΔU1?PU2]]>
ΔU1=PR+QXU1,]]>可得?ΔU1?P=R,]]>代入即可得到:
?U2?P≈-2RU2]]>
即反映了相同的轉移功率造成末端電壓幅值下降的大小,的值越大,相同功率轉移條件下末端電壓幅值下降的越多,因此用反映直流功率轉移與交流母線電壓的耦合程度;
假設直流系統DCi發生閉鎖故障,其功率下降了ΔPi,為使交流母線ACbus的電壓不受到DCi功率下降的影響,其余的直流系統DC1,DC2…DCi-1,DCi+1…DCn功率分別提升ΔP1,ΔP2...ΔPi-1,ΔPi+1...ΔPn,其功率變化量應滿足:
ΔPi·Re(Zeqi)=ΔP1·Re(Zeq1)+...+ΔPi-1·Re(Zeqi-1)+ΔPi+1·Re(Zeqi+1)+...+ΔPn·Re(Zeqn)]]>
令除DCi之外的所有直流在功率提升后的過載率相等,則有
ΔP1P1N=...=ΔPi-1Pi-1N=ΔPi+1Pi+1N=...=ΔPnPnN=α]]>
將其代入上式,即有
ΔPi·Re(Zeqi)=αΣj=1,j≠inPjN·Re(Zeqj)=αΣj=1,j≠inKj]]>
所述步驟(4)包括:
(4-1)計算在直流系統DCi發生閉鎖故障時,直流系統DCj的功率提升量ΔPj,j∈[1,n]且j≠i,公式為:
ΔPj=αPjN=ΔPi·Re(Zeqi)Σk=1,k≠inKkPjN---(5)]]>
式(5)中,PjN為所述直流系統DCj的額定功率,ΔPi為直流系統DCi發生閉鎖故障時的功率下降量,為所述直流系統DCi至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,Kk為第k個直流系統DCk參與流協調控制的功率控制系數,為直流系統DCj功率提升后的過載率,且各直流系統功率提升后的過載率相等;
(4-2)若所述直流系統DCj在功率提升后的運行功率小于等于直流系統DCj的最大運行功率Pjmax,則所述直流系統DCj的實際功率提升量為ΔPj;
(4-3)若所述直流系統DCj在功率提升后的運行功率大于直流系統DCj的最大運行功率Pjmax,則直流系統DCj的實際功率提升量為Pjmax-PjN,剩余直流系統DCl的實際功率提升量ΔPl公式為:
ΔPl=αPlN=ΔPi·Re(Zeqi)-ΔPj·Re(Zeqj)Σk=1,k≠i,k≠jnKkPlN---(6)]]>
式(6)中,l∈[1,n]且l≠i,j,PlN為所述直流系統DCl的額定功率,ΔPi為直流系統DCi發生閉鎖故障時的功率下降量,為所述直流系統DCl至所述交流母線ACbus的等效阻抗的實部,Kk為第k個直流系統DCk參與多直流協調控制的功率控制系數,為直流系統DCl功率提升后的過載率,且各直流系統功率提升后的過載率相等;
(4-4)重復執行步驟(4-3)直至電網中不存在直流系統在功率提升后的運行功率大于其自身的最大運行功率的情況或直流系統在功率提升后的運行功率全部達到其自身允許的最大運行功率。
例如,如圖3所示,以華中電網為仿真算例;
首先,選取華中電網內的錦蘇直流和復奉直流作為參與多直流協調控制的直流系統,鄂渝斷面交流通道上恩施變電站500kV母線作為控制目標交流母線。
計算各個直流系統換流母線到交流母線的等效阻抗:
計算結果如下:
錦蘇直流~恩施,Zeq=32.5∠47.4°Ω
復奉直流~恩施,Zeq=20.6∠37.3°Ω
然后,計算各個直流系統參與多直流協調控制的功率控制系數:
計算結果如下:
錦蘇直流,K=1.584×105
復奉直流,K=1.049×105
最后,計算各直流在不同的直流閉鎖故障情況下,需要采取的協調控制功率提升量,并校驗是否超過直流運行允許的最大功率,從而確認直流系統的實際功率提升量。
錦蘇直流功率降低400MW,用提升復奉直流功率的措施減少對恩施500kV母線電壓的影響,計算得到復奉直流功率應提升536MW。復奉直流額定運行功率為6400MW,功率提升536MW小于額定運行功率的10%,在直流允許最大運行功率范圍內。
對計算得到的控制措施量效果進行仿真計算校驗,在電網正常運行方式下,錦蘇直流降功率400MW后,分別采取以下3種措施:1.不采取直流協調控制措施;2.錦蘇直流功率下降后0.6秒,復奉直流功率提升400MW;3.錦蘇直流功率下降后0.6秒,復奉直流功率提升536MW。各種措施下的恩施500kV母線電壓如附圖4所示,可以看到措施1和措施2,恩施500kV母線電壓均有下降,采取措施3恩施500kV母線電壓基本能夠保持錦蘇直流功率變化前的水平。
最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制,盡管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明,所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發明的具體實施方式進行修改或者等同替換,而未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換,其均應涵蓋在本發明的權利要求保護范圍之內。

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