基于EEAC的交直流混联系统暂态稳定性控制方法转让专利
申请号 : CN201811346098.0
文献号 : CN109494765B
文献日 : 2022-03-18
发明人 : 和敬涵 , 吴翔宇 , 许寅 , 石正 , 王紫琪 , 洪泽祺 , 杨瑞
申请人 : 北京交通大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于EEAC的交直流混联系统暂态稳定性控制方法,其特征在于,包括:通过控制中心接收发生故障后的各台发电机的功角和功率数据;
根据所述的功角数据,对所述各台发电机进行机组群识别;
根据所述的功角数据和功率数据将识别后的机组群采用对应的局部惯量中心等效为一个双机组系统,然后将所述的双机组系统等效为一个单机无穷大系统,并将所述的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功角关系拟合曲线;
根据所述的故障后的功率角关系拟合曲线,利用扩展等面积准则EEAC策略进行暂态稳定性判别:当加速度区域面积Δac>不采取任何控制策略下的减速面积ΔRED时,系统失稳,采取直流紧急控制策略,计算由直流紧急控制所增加的减速面积ΔDC否则,当Δac<ΔRED时,系统保持暂态稳定性;当Δac>ΔRED+ΔDC时,系统继续失稳,计算由切机控制所增加的减速面积Δgt,并采取切机的控制策略。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述的根据所述的功角数据,对所述各台发电机进行机组群识别,包括:采用EEAC根据各发电机功角从小到大排列,通过最大间隙判别,将所述各台发电机分为临界机组群和剩余机组群。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述的功角数据和功率数据将临界机组群和剩余机组群采用对应的局部惯量中心等效为一个双机组系统,包括:根据下述公式(1)将所述的临界机组群等效为失去暂态稳定性的机组系统:根据下述公式(2)将所述的剩余机组群等效为保持暂态稳定的机组系统:其中,Ms是临界机组群的等效惯性时间常数,Mi是临界机组群中每台发电机的惯性时间常数,δs是临界机组群的等效功角,δi是临界机组群中每台发电机的功角,MA是剩余机组群的等效惯性时间常数,Mj是剩余机组群中每台发电机的惯性时间常数,δA是剩余机组群的等效功角,δj是剩余机组群集中每台发电机的功角。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述的将所述的双机组系统等效为一个单机无穷大系统,包括:根据下述公式(3)将所述的双机组系统等效为一个单机无穷大系统:其中,M是单机无穷大系统的惯性时间常数,δ是单机无穷大系统的功角,Pm是单机无穷大系统的机械功率,Pmi是临界机组群中每台发电机的机械功率,Pmj是剩余机组群中每台发电机的机械功率。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述的将所述的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功率角关系拟合曲线,具体包括:根据所述的单机无穷大系统和发电机的电磁功率,得到映像单机无穷大系统中功率角关系拟合曲线如下式(4)所示:其中,p、b、c为未知参数,Pm是单机无穷大系统的机械功率,Pe是发电机的电磁功率,为转子运动方程中,功角δ的二阶导数。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述的当加速度区域面积Δac>不采取任何控制策略下的减速面积ΔRED时,系统失稳,采取直流紧急控制策略,计算由直流紧急控制所增加的减速面积ΔDC否则,当Δac<ΔRED时,系统保持暂态稳定性;当Δac>ΔRED+ΔDC时,系统继续失稳,计算由切机控制所增加的减速面积Δgt,并采取切机的控制策略,包括:
根据下述公式(5)计算所述的加速度区域面积Δac:根据下述公式(6)计算所述的不采取任何控制策略下的减速面积:根据下述公式(7)计算由直流紧急控制所增加的减速面积ΔDC:根据下述公式(8)计算由切机控制所增加的减速面积Δgt:其中,
δ0为故障发生时的功角,δc为故障清除时的功角,δq为执行紧急控制策略时的功角,δ′h为实施了直流紧急功率控制后的极限切除角,δ″h是采取进一步实施切机后的极限切除角,ΔPG为切机量,PI为正常情况下的电磁功率,PIII为故障清除后的电磁功率。
说明书 :
基于EEAC的交直流混联系统暂态稳定性控制方法
技术领域
背景技术
典型特征。随着直流规模的增大以及直流落点间电气距离的减小,当受端交流系统故障时,
可能会导致多回直流同时或相继换相失败,当多回直流换相失败,容易导致直流功率传输
中断,严重的威胁直流系统的安全稳定运行。这种联合电网运行变化大,交直流混联结构复
杂以及存在的一些薄弱环节给交直流电力系统的稳定分析、控制和运行带来了一系列挑
战。
或者利用直流调制的方法,如频率调制,直流有功功率调制在紧急情况下进行功率支援,提
高直流两端交流系统的暂态稳定性;或者在大扰动下通过切机控制改变被切节点的惯性、
动能和重构系统中的功率分布,维持电力系统暂态功角稳定性,如基于区间联络线能量预
测的暂态稳定紧急切机策略和基于控制时刻角速度偏差的切机策略等。以上现有技术的安
全稳定控制策略可以在一定程度上保证电力系统的暂态稳定性,但上述现有技术都是从单
方面进行分析研究,较少对为保证系统暂态稳定性进行定量分析,很少考虑当系统发生严
重故障,出现较大功率缺额,调度正常直流线路对故障线路做功率支援已不能满足功率缺
额时,单方面的控制策略已不能维持电力系统的暂态稳定。此时则需在送端切机,直流调制
等多资源协同的紧急控制策略来提高交直流系统暂态稳定性。
发电机的切机量,没有从机理上解决多资源之间如何协调控制的问题。
发明内容
单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功角关系拟合曲线;
算由直流紧急控制所增加的减速面积ΔDC否则,当Δac<ΔRED时,系统保持暂态稳定性;
当Δac>ΔRED+ΔDC时,系统继续失稳,计算由切机控制所增加的减速面积Δgt,并采取切
机的控制策略。
组群和剩余机组群。
的等效惯性时间常数,Mj是剩余机群中每台发电机的惯性时间常数,δA是剩余机组群的等效
功角,δj是剩余机组群集中每台发电机的功角。
台发电机的机械功率。
功率角关系拟合曲线如下式(4)所示:
ac<ΔRED时,系统保持暂态稳定性;当Δac>ΔRED+ΔDC时,系统继续失稳,计算由切机控
制所增加的减速面积Δgt,并采取切机的控制策略,包括:
除角,ΔPG为切机量,PI为正常情况下的电磁功率,PIII为故障清除后的电磁功率。
的基础上推导了直流有功功率调制原理,并基于EEAC原理提出紧急直流功率控制与切机相
结合的交直流暂态稳定控制策略,在系统中现有的切机措施上辅以直流紧急功率提升,可
以在闭锁故障后有效地平衡机械功率和电磁功率之间的不平衡量,减少故障后的切机容
量。本发明方法在交直流混联大型网络中具有较大的可实践性,可以应用到在线运算,适应
未来电网的发展趋势,能够为电力系统安全稳定运行提供可靠的保障。
附图说明
领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的
附图。
具体实施方式
考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作,但是并不排除存在或添加一个或多个其他
特征、整数、步骤、操作。
理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意
义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
该方法包括:
隙最大的地方,将发电机分为临界机组S群和剩余机组A群。
的剩余机组。
的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功率角关系拟合曲线。
群的等效惯性时间常数,Mj是剩余机群中每台发电机的惯性时间常数,δA是剩余机组群的等
效功角,δj是剩余机组群集中每台发电机的功角。
台发电机的机械功率。
到映像单机无穷大系统中功率角关系拟合曲线如下式(4)所示:
轭复数,Ei和Ej为发电机的内电动势,Gii为第i节点的自电导,Gij为导纳矩阵中第ij个的元
素的电导,Dij和Cij为在故障期间和故障后为不为零的常数,Yij为收缩到发电机内节点的
导纳矩阵第ij个元素的模值,Bij为导纳矩阵中第ij个的元素的电纳,δij为节点i和节点j之
间的角度,δi和δj为发电机功角。
所增加的减速面积,ΔDC,否则,当Δac<ΔRED时,系统保持暂态稳定性;当Δac>ΔRED+Δ
DC时,系统继续失稳,计算由切机控制所增加的减速面积Δgt,并采取切机的控制策略。
控制策略下的减速面积,δq为执行紧急控制策略时的功角,从功角δc到δq之间为同时考虑了
数据传输时间、计算时间和操作延迟时间,δ’h为实施了直流紧急功率控制后的极限切除
角,δ”h是采取进一步实施切机后的极限切除角。其中,直流功率紧急支援相当于降低机械
功率,在这种作用下增加减速面积。如果紧急直流功率支援不能使机组的减速面积大于加
速面积,则需要执行切机策略。Δgt是需要通过切机策略来增加的减速面积。假定直流功率
紧急支援量为ΔPDC,切机量为ΔPG。
计算由直流紧急控制所增加的减速面积ΔDC:
载用恒定阻抗建模。直流系统电压等级为500kV,在正常情况下,直流系统的控制方式是:整
流侧采用定电流控制和逆变侧采用定熄弧角控制。10s时,在b2和b3之间的交流线路上发生
了三相短路。10.55s时,故障被清除,基准功率为100MVA。采用基于EEAC理论的直流紧急控
制措施,以提高交直流系统的暂态稳定性。具体控制过程包括:
交流线路发生故障时,首先利用直流紧急控制对故障线路进行功率支援。图5为本发明实施
例2的直流功率紧急提升和紧急下降的仿真结果图,根据图5,为在该500Kv直流系统5s时模
拟直流功率的紧急提升和下降,图9分别从0.5pu.提升到0.7pu.,0.5下降到0.3pu.,在
PSCAD中实现对直流紧急控制的仿真,功率提升或下降结果较为准确。
发生故障后各发电机功角数据。
障发生后0.2s时,发电机相对功角由小到大排列为:δ1<δ3<δ2,最大间隙在δ3和δ1之间,最
大的间隔为2.7°。因为δ3和δ1之间的间隔最大,所以将所有机组从1和机组3之间分开。δ3的
功角比δ1大,更有可能失稳,所以将所有大于δ1的机组分为临界机群,小于等于δ1的机组分
为剩余机群。因此可以判别G2、G3为临界机组群,G1为剩余机组群。
图6和图7,故障在10s时刻开始,10.55s结束并断开线路两侧开关。
小差异,但不影响控制策略的实施。
的仿真结果图,如图9所示,可以看出仅依靠直流调制或者切机策略对发电机组功角飞摆有
一定抑制作用,但不足以使系统恢复稳定。采用直流调制与切机相结合的控制策略有效地
抑制了火电机组的功角飞摆,使系统恢复了稳定。
程度和动态过程的多群特性提出太多的限制,计算速度快,效率高,能从理论上得到控制
量,具有一定的工程应用价值。
上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品
可以存储在存储介质中,如ROM/RAM、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备
(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些
部分所述的方法。
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。