一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法

摘要

本发明公开了一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法。当系统出现单极、双极直流闭锁故障，采用直流功率提升指令(RUNUP)、直流频率限制器(FLC)、发电机调速器一次调频、稳控分轮次切机的控制手段，对孤岛电网严重故障下的频率进行紧急控制。本发明适用于具备集中控制主站的多回直流送端系统。

权利要求

1.一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于，所述频率协调控制方法包括以下步骤：(1)获取每回直流线路实时输送的实时功率值，根据直流线路的过载能力，计算每回直流线路能够实时调制的功率大小；

(2)判断是否有直流线路发生单极闭锁或双极闭锁，若是，则执行步骤(3)，否则，返回步骤(1)；

(3)判断各回直流线路对应的控制通道是否都正常，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(5)；

(4)所有直流线路利用直流功率提升指令提升所有直流线路中的直流功率，减少孤岛电网功率不平衡量，然后进入步骤(6)；

(5)控制通道正常的直流线路利用直流功率提升指令提升直流线路中的直流功率，减少孤岛电网功率不平衡量，随后判断孤岛电网频率变化量Δf是否在直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc内，当孤岛电网频率变化量Δf大于直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc时，则控制通道中断的直流线路利用直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节，然后进入步骤(6)；当孤岛电网频率变化量Δf小于直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc时，直接进入步骤(6)；

(6)判断孤岛电网的频率变化量Δf是否大于发电机调速器的动作死区dead_gov，如果是，则利用发电机调速器进行一次调频，然后进入步骤(7)；否则返回步骤(1)；

(7)判断孤岛电网频率是否在切机频率门槛值freq_cut以上，如果是，则启动安全稳定控制装置，根据离线仿真制定的控制策略表，分轮次切除发电机组；否则，返回步骤(1)。

2.根据权利要求1所述的针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于：在步骤(1)中，柔性直流输电线路采用1.0p.u.过负荷作为功率调节上限，常规直流输电线路采用1.2p.u.过负荷作为功率调节上限，其中，p.u.是指常规直流输电线路或柔性直流输电线路额定功率标幺值。

3.根据权利要求1所述的针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于：步骤(4)包括以下内容：

4.1根据发生闭锁的直流线路的故障前功率，得到孤岛电网功率不平衡量ΔP；

4.2根据步骤(1)获取的各直流线路能够实时调制的功率大小，将需要调整的孤岛电网功率不平衡量ΔP平均分配给发生闭锁的直流线路的正常运行极和其它正常运行的直流线路。

4.根据权利要求1所述的针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于：步骤(5)包括以下内容：

5.1根据发生闭锁的直流线路的故障前功率，得到孤岛电网功率不平衡量ΔP；

5.2根据步骤(1)获取的各直流线路能够实时调制的功率大小，将需要调整的孤岛电网功率不平衡量ΔP平均分配给发生闭锁的直流的正常运行极和其它控制通道正常且正常运行的直流线路；

5.3若控制通道正常的直流线路的有功功率提升，未能将孤岛电网频率控制在直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc内，则利用控制通道中断的正常运行的直流线路的直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节。

5.根据权利要求1所述的针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于：在步骤(6)中，发电机调速器的死区与直流频率限制器FLC的死区互相配合，令dead_gov>dead_flc，直流频率限制器FLC在孤岛电网的频率超过其死区dead_flc后启动。

说明书

一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统安全稳定分析的技术领域，具体涉及一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法。

背景技术

[0002] 南方电网区域资源特性及经济发展不平衡性，决定了南方电网在相当长一段时间内需要进行西电东送与跨区域的资源优化配置。云南水电资源丰富，作为南方电网大型水电外送基地，随着电力外送规模的不断扩大，到2016年，鲁西直流背靠背工程和±500kV永仁至富宁直流工程建成投运后，云南电网将6回直流输电系统与南方电网主网实现异步联网。作为多直流、不同类型直流集中送出的孤岛电网，云南电网面临的安全稳定问题由联网方式下的功角稳定问题变为孤岛运行方式下的频率稳定问题。

[0003] 直流输电系统虽然有诸多优点，但相对交流系统也存在一些问题。当系统发生单回或多回直流闭锁或双极闭锁，由于网内功率过剩，系统频率将升高，引起的后果比较严重。因此在出现直流系统多极闭锁故障后，系统需要大量切机，切除其配套电源。由于直流系统配套电源的容量都较大，单台机组的额定容量均在600MW以上，因此若故障后能采取某些措施，在保证系统安全稳定运行的基础上少切机，将会给电网带来极大的经济效益。

发明内容

[0004] 针对现有技术所存在的上述技术缺陷，为解决直流闭锁引起的孤岛电网频率问题，本发明提出了一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法。

[0005] 本发明具体采用以下技术方案。

[0006] 一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于：

[0007] 当多直流线路中出现单极、双极直流闭锁故障，采用直流功率提升指令、直流频率限制器、发电机调速器一次调频、稳控分轮次切机的控制手段，对孤岛电网严重故障下的频率进行紧急控制。

[0008] 一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，其特征在于，所述频率协调控制方法包括以下步骤：

[0009] (1)获取每回直流线路实时输送的实时功率值，根据直流线路的过载能力，计算每回直流线路能够实时调制的功率大小；

[0010] (2)判断是否有直流线路发生单极闭锁或双极闭锁，若是，则执行步骤(3)，否则，返回步骤(1)；

[0011] (3)判断各回直流线路对应的控制通道是否都正常，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(5)；

[0012] (4)所有直流线路利用直流功率提升指令提升所有直流线路中的直流功率，减少孤岛电网功率不平衡量，然后进入步骤(6)；

[0013] (5)控制通道正常的直流线路利用直流功率提升指令提升直流线路中的直流功率，减少孤岛电网功率不平衡量，随后判断孤岛电网频率变化量Δf是否在直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc内，当孤岛电网频率变化量Δf大于直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc时，则控制通道中断的直流线路利用直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节，然后进入步骤(6)；当孤岛电网频率变化量Δf小于直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc时，直接进入步骤(6)；

[0014] (6)判断孤岛电网的频率变化量Δf是否大于发电机调速器的动作死区dead_gov，如果是，则利用发电机调速器进行一次调频，然后进入步骤(7)；否则返回步骤(1)；

[0015] (7)判断孤岛电网频率是否在切机频率门槛值freq_cut以上，如果是，则启动安全稳定控制装置，根据离线仿真制定的控制策略表，分轮次切除发电机组；否则，返回步骤(1)。

[0016] 本发明进一步包括以下优选方案：

[0017] 在步骤(1)中，柔性直流输电线路采用1.0p.u.过负荷作为功率调节上限，常规直流输电线路采用1.2p.u.过负荷作为功率调节上限，其中，p.u.是指常规直流输电线路或柔性直流输电线路额定功率标幺值。

[0018] 步骤(4)包括以下内容：

[0019] 4.1根据发生闭锁的直流线路的故障前功率，得到孤岛电网功率不平衡量ΔP；

[0020] 4.2根据步骤(1)获取的各直流线路能够实时调制的功率大小，将需要调整的孤岛电网功率不平衡量ΔP平均分配给发生闭锁的直流线路的正常运行极和其它正常运行的直流线路。

[0021] 步骤(5)包括以下内容：

[0022] 5.1根据发生闭锁的直流线路的故障前功率，得到孤岛电网功率不平衡量ΔP；

[0023] 5.2根据步骤(1)获取的各直流线路能够实时调制的功率大小，将需要调整的孤岛电网功率不平衡量ΔP平均分配给发生闭锁的直流的正常运行极和其它控制通道正常且正常运行的直流线路；

[0024] 5.3若控制通道正常的直流线路的有功功率提升，未能将孤岛电网频率控制在直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc内，则利用控制通道中断的正常运行的直流线路的直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节。

[0025] 在步骤(6)中，发电机调速器的死区与直流频率限制器FLC的死区互相配合，令dead_gov>dead_flc，直流频率限制器FLC在孤岛电网的频率超过其死区dead_flc后启动。

[0026] 本发明具有以下有益的技术效果：

[0027] 本发明针对多直流送出孤岛的系统运行特点，提出了一套基于直流功率提升指令、直流频率限制器(FLC)、发电机调速器一次调频、稳控分轮次切机的控制手段，对孤岛电网严重故障下的频率进行紧急控制。能够将单极和双极直流闭锁故障造成的系统频率升高控制在合理范围，避免大量切除直流配套电源，是一种高效的孤岛电网频率控制手段。

附图说明

[0028] 图1所示为本发明针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法的流程示意图。

[0029] 图2所示为某电网异步联网电网结构图。

[0030] 图3所示为本发明实施例在发生B直流单极闭锁，各直流控制通道健全情况下孤岛电网频率的仿真结果。

[0031] 图4所示为本发明实施例在发生B直流单极闭锁，A直流控制通道中断情况下孤岛电网频率的仿真结果。

[0032] 图5所示为本发明实施例在发生B直流双极闭锁，各直流控制通道健全情况下孤岛电网频率的仿真结果。

具体实施方式

[0033] 下面结合说明书附图对本发明的技术方案进一步详细表述。

[0034] 一种针对多直流线路送出孤岛的频率协调控制方法，包括以下步骤：

[0035] (1)获取每回直流线路实时输送的实时功率值，根据直流线路的过载能力，计算每回直流线路能够实时调制的功率大小。其中，柔性直流输电线路采用1.0p.u.过负荷作为功率调节上限，常规直流输电线路采用1.2p.u.过负荷作为功率调节上限，其中，p.u.是指常规直流输电线路或柔性直流输电线路额定功率标幺值；

[0036] (2)判断每回直流线路是否发生单极闭锁或双极闭锁，若是，则执行步骤(3)，否则，返回步骤(1)；

[0037] (3)判断各回直流线路对应的控制通道是否都正常，若是，则执行步骤(4)，否则，执行步骤(5)；

[0038] (4)所有直流线路利用直流功率提升指令提升所有直流线路中的直流功率，减少孤岛电网功率不平衡量，然后进入步骤(6)；

[0039] 步骤(4)包括以下内容：

[0040] 4.1根据发生闭锁的直流线路的故障前功率，得到孤岛电网功率不平衡量ΔP；

[0041] 4.2根据步骤(1)获取的各直流线路能够实时调制的功率大小，将需要调整的孤岛电网功率不平衡量ΔP平均分配给发生闭锁的直流线路的正常运行极和其它正常运行的直流线路。

[0042] (5)控制通道正常的直流线路利用直流功率提升指令提升直流线路中的直流功率，减少孤岛电网功率不平衡量，随后判断孤岛电网频率变化量Δf是否在直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc内，当孤岛电网频率变化量Δf大于直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc时，则控制通道中断的直流线路利用直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节，然后进入步骤(6)；当孤岛电网频率变化量Δf小于直流频率限制器FLC的动作死区dead_flc时，直接进入步骤(6)；

[0043] 其中，dead_flc的取值范围为(0.0Hz，50.0Hz)。而在本申请实施例中优选取0.1Hz。

[0044] 步骤(5)包括以下内容：

[0045] 5.1根据发生闭锁的直流线路的故障前功率，得到孤岛电网功率不平衡量ΔP；

[0046] 5.2根据步骤(1)获取的各直流线路能够实时调制的功率大小，将需要调整的孤岛电网功率不平衡量ΔP平均分配给发生闭锁的直流的正常运行极和其它控制通道正常且正常运行的直流线路；

[0047] 5.3若控制通道正常的直流线路的有功功率提升，未能将孤岛电网频率控制在直流频率限制器(FLC)的动作死区dead_flc内，则利用控制通道中断的正常运行的直流线路的直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节。

[0048] (6)判断孤岛电网的频率变化量Δf是否大于孤岛电网内参与调频机组的调速器的动作死区dead_gov，如果是，则利用发电机调速器进行一次调频，然后进入步骤(7)；否则返回步骤(1)；

[0049] 其中，dead_gov取值范围为(0.0Hz，50.0Hz)，本申请实施例优选0.15Hz。

[0050] 在步骤(6)中，发电机调速器的死区与直流频率限制器FLC的死区互相配合，令dead_gov>dead_flc，直流频率限制器FLC在孤岛电网的频率超过其死区dead_flc后启动。

[0051] (7)判断孤岛电网频率是否在切机频率门槛值freq_cut以上，如果是，则启动安全稳定控制装置，根据离线仿真制定的控制策略表，分轮次切除发电机组；否则，返回步骤(1)。

[0052] 其中，freq_cut取值范围为(0.0Hz，50.0Hz)，本申请实施例优选0.5Hz。

[0053] 下面结合图2～图5说明根据本发明实施例的上述方法。

[0054] 图2示出某电网异步联网电网结构图。建立包含A直流、B直流、C直流和D直流在内的仿真模型。A直流为±500kV的双回四极常规直流，额定有功功率4*1600MW＝6400MW；B直流为±800kV的双极常规直流，额定有功功率2*2500MW＝5000MW；C直流为±800kV的双极常规直流，额定有功功率2*2500MW＝5000MW；D直流为柔直与常规直流各一回，额定电压320kV，额定有功功率2000MW；四条直流在整流侧都具有了直流频率限制器和功率提升/回降功能，直流频率限制器死区为0.1Hz。A直流配套机组A1水电厂9台机，装机容量为9*770＝
6930MW；B直流配套机组B1水电厂4台机，装机容量为4*600＝2400MW，B2水电厂6台机，装机容量为6*700＝4200MW；C直流配套机组C1水电厂9台机，装机容量为9*650MW＝5850MW；送端电网侧火电机组模型，总装机容量为12*600MW＝7200MW。火电机组和水电机组的频率死区设置为0.15Hz。

[0055] 图3示出了B直流功率5000MW时发生单极闭锁故障，各直流控制通道健全情况下孤岛电网频率的仿真结果。B直流发生单极闭锁后，孤岛电网功率不平衡量ΔP＝2500MW。根据柔性直流输电线路采用1.0p.u.过负荷作为功率调节上限，常规直流输电线路采用1.2p.u.过负荷作为功率调节上限，计算出此时A直流、C直流、D直流、B直流非故障极的可调功率，利用直流线路的功率提升指令提升所有直流线路中的直流功率。采用上述措施后，孤岛电网频率变化量Δf小于调频机组的动作死区0.15Hz，机组一次调频未动作。最终电网频率恢复到49.95Hz。

[0056] 图4示出了B直流功率5000MW时发生单极闭锁故障，A直流控制通道中断情况下孤岛电网频率的仿真结果。B直流发生单极闭锁，孤岛电网功率不平衡量ΔP＝2500MW。根据柔性直流输电线路采用1.0p.u.过负荷作为功率调节上限，常规直流输电线路采用1.2p.u.过负荷作为功率调节上限，计算出此时C直流、D直流、B直流非故障极的可调功率，利用直流线路的功率提升指令提升上述直流线路中的直流功率。但是以上措施未能将孤岛电网频率变化量Δf限制在直流频率限制器(FLC)的动作死区0.1Hz内，利用A直流频率限制器FLC对孤岛电网频率进行调节。采用上述措施后，孤岛电网频率变化量Δf小于调频机组的动作死区0.15Hz，机组一次调频未动作。最终电网频率恢复到50.1Hz。

[0057] 图5示出了B直流功率5000MW时发生双极闭锁故障，各直流控制通道健全情况下孤岛电网频率的仿真结果。B直流发生双极闭锁，孤岛电网功率不平衡量ΔP＝5000MW。根据柔性直流输电线路采用1.0p.u.过负荷作为功率调节上限，常规直流输电线路采用1.2p.u.过负荷作为功率调节上限，计算出此时A直流、C直流、D直流的可调功率，利用直流线路的功率提升指令提升所有直流线路中的直流功率。采用上述措施后，孤岛电网频率变化量Δf仍然大于调频机组的动作死区0.15Hz，利用发电机调速器进行一次调频。采用上述措施后，孤岛电网频率变化量Δf仍然大于切机门槛值0.5Hz，切除B2电厂3台发电机。最终电网频率恢复到50.1Hz。

[0058] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。