一种直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动的评估方法

摘要

本发明提供一种直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动的评估方法，包括以下步骤：获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比；获得交流联络线两侧电网的惯性常数的比值；确定交流联络线功率欠切值；确定直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值；评估直流闭锁安控动作对交流联络线的影响。本发明适用于直流闭锁安控动作情况下联络线波动情况分析，有利于系统分析人员、调度运行人员分析电网特性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统运行和控制技术领域，具体涉及一种直流闭锁安控动作下交流联络 线功率波动的评估方法。

背景技术

由于我国资源能源分布不均、能源基地与负荷中心之间距离较长，而直流特别是特高压 直流具有远距离、大容量输电等特点，在我国得到了大规模的应用，目前已形成了规模巨大 的交直流互联电网。当直流闭锁时将对送受端交流电网产生较大的功率扰动，扰动在造成电 网功率平衡问题的同时也会引发交流联络线的功率波动。功率的大幅波动将制约交流联络线 的输电能力。为确保电网的安全稳定，实际一般采取送端电网安控切机、受端电网安控切负 荷等方法来减小扰动。因而如何准确计算直流闭锁引发的交流联络线的波动大小对指导互联 电网方式安排具有重要意义。

申请号为201010187823.1的发明专利公开了一种两大区域互联电力系统交流联络线功率 波动峰值的计算方法，将两区域互联电网系统简化为二阶线性系统。联络线波动看做二阶系 统的输入量为阶跃函数时的阶跃响应，并给出了联络线功率波动大小计算方法。期刊《电力 自动化设备》2013年01期公开了“直流闭锁引发交流联络线功率波动的机理以及峰值计算”， 在此基础上给详细分析了直流闭锁时联络线波动情况。但两者均未考虑电网实际运行中会采 取的安控切机、切负荷等策略。如果直接采用其提供的方法计算直流闭锁安控动作引发的联 络线波动大小与实际结果差别非常大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种直流闭锁安控动作下交流联络线功率波 动的评估方法，适用于直流闭锁安控切机切负荷情况下联络线波动情况分析，有利于系统分 析人员、调度运行人员分析电网特性。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动的评估方法，所述方法包括以 下步骤：

步骤1：获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比；

步骤2：获得交流联络线两侧电网的惯性常数的比值；

步骤3：确定交流联络线功率欠切值；

步骤4：确定直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值；

步骤5：评估直流闭锁安控动作对交流联络线的影响。

所述步骤1中，根据小干扰理论分析中的特征值分析法获得联络线两侧电网振荡模式的 区域间振荡频率和区域间阻尼比，或对发生扰动时联络线实际功率振荡曲线进行PRONY分 析获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比，区域间振荡频率和区域 间阻尼比分别用ω_d和ξ表示。

所述步骤2中，根据联络线两侧电网的发电机参数，获得联络线两侧电网的惯性常数的 比值，用H_Σ1/H_Σ2表示，其中H_Σ1、H_Σ2分别为联络线两侧电网所有机组的总惯性常数。

所述步骤3中，根据直流闭锁以及安控动作情况，可得到直流闭锁损失功率值ΔP_DC，直 流闭锁至机组或负荷切除时间间隔ΔT，以及切除机组或负荷总出力为ΔP_T，于是系统功率欠 切量可表示为：

ΔP_O＝ΔP_DC-ΔP_T

其中，ΔP_O为系统功率欠切量。

所述步骤4中，将直流闭锁安控动作下对系统的扰动简化为冲击扰动和阶跃扰动的叠加， 可得到直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值。

所述步骤4具体包括以下步骤：

(4-1)直流闭锁安控动作给交流系统施加的扰动看做幅值为ΔP_T，等效时间为ΔT的冲 激扰动和幅值为ΔP_O的阶跃扰动的叠加，根据交流系统单纯受冲激扰动和单纯受阶跃扰动下 交流联络线波动情况，受叠加扰动时交流联络线波动方程：

$h(\Delta P_O,{\mathrm{\Delta P}}_T,\mathrm{\Delta T},t)=\Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}(1-\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sin ({\omega }_{d}t+\beta ))+{\mathrm{\Delta P}}_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_n(t-\frac{\mathrm{\Delta T}}{2})}\sin ({\omega }_d(t-\frac{\mathrm{\Delta T}}{2})+\beta -\frac{\pi }{2})$

其中，h(ΔP_O,ΔP_T,ΔT,t)为交流联络线受叠加扰动的波动函数，ω_n为自然振荡频率，且有 ${\omega }_n=\frac{{\omega }_d}{\sqrt{1-{\xi }^2}},$β为初始相角；

由于ΔT远小于振荡周期且ξ小于0.15，近似为1，受叠加扰动时交流联络线波动 方程可化简为：

$\left(\begin{array}{c}h({\mathrm{\Delta P}}_T,\Delta P_O,\mathrm{\Delta T},t)\approx \Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}(1-\frac{1}{\sqrt{{1-\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sin ({\omega }_{d}t+\beta ))+\Delta P_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sin ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2})\\ =\Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}+\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}(\Delta P_T\Delta {\mathrm{T\omega }}_d\sin ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2})-{\mathrm{\Delta P}}_O\cos ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2}))\\ =\Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}+\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{{1-\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sqrt{{\left(\Delta P_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\right)}^2+{{\mathrm{\Delta P}}_O}^2}\sin ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2}-\gamma )\end{array}\right)$

其中，中间量$\gamma ={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{\Delta P_O}{\Delta P_T\Delta {\mathrm{T\omega }}_d}\right);$

(4-2)根据受叠加扰动时交流联络线波动方程，可得到直流闭锁安控动作下交流联络线 功率波动最大值，有：

$H_{\max }\approx \Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}+\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}{e}^{-\xi ·(\frac{\pi }{2}+\gamma )/\sqrt{1-{\xi }^2}}\sqrt{{\left(\Delta P_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\right)}^2+{{\mathrm{\Delta P}}_O}^2}$

其中，H_max为直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值。

所述步骤5中，根据得到的直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值评估直流闭 锁安控动作对交流联络线的影响，直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值越大，直 流闭锁安控动作对交流联络线的影响越大。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明将直流闭锁安控动作切机切负荷情况下对系统冲击简化为冲激扰动和阶跃扰动的 叠加，根据系统单纯受冲激扰动和单纯受阶跃扰动下联络线波动情况，分析了直流闭锁安控 动作时联络线的波动情况，并给出了联络线功率波动最大值的估算方法。本发明适用于直流 闭锁安控动作情况下联络线波动情况分析，有利于系统分析人员、调度运行人员分析电网特 性。

附图说明

图1是本发明实施例中直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动的评估方法流程图；

图2是本发明实施例中电网两条送出直流同时闭锁安控切机时华中电网-华北电网联络 线长南I线的波动仿真曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动的评估方法，所述方 法包括以下步骤：

步骤1：获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比；

步骤2：获得交流联络线两侧电网的惯性常数的比值；

步骤3：确定交流联络线功率欠切值；

步骤4：确定直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值；

步骤5：评估直流闭锁安控动作对交流联络线的影响。

所述步骤1中，根据小干扰理论分析中的特征值分析法获得联络线两侧电网振荡模式的 区域间振荡频率和区域间阻尼比，或对发生扰动时联络线实际功率振荡曲线进行PRONY分 析获得联络线两侧电网振荡模式的区域间振荡频率和区域间阻尼比，区域间振荡频率和区域 间阻尼比分别用ω_d和ξ表示。

所述步骤2中，根据联络线两侧电网的发电机参数，获得联络线两侧电网的惯性常数的 比值，用H_Σ1/H_Σ2表示，其中H_Σ1、H_Σ2分别为联络线两侧电网所有机组的总惯性常数。

所述步骤3中，根据直流闭锁以及安控动作情况，可得到直流闭锁损失功率值ΔP_DC，直 流闭锁至机组或负荷切除时间间隔ΔT，以及切除机组或负荷总出力为ΔP_T，于是系统功率欠 切量可表示为：

ΔP_O＝ΔP_DC-ΔP_T

其中，ΔP_O为系统功率欠切量。

所述步骤4中，将直流闭锁安控动作下对系统的扰动简化为冲击扰动和阶跃扰动的叠加， 可得到直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值。

所述步骤4具体包括以下步骤：

(4-1)直流闭锁安控动作给交流系统施加的扰动看做幅值为ΔP_T，等效时间为ΔT的冲 激扰动和幅值为ΔP_O的阶跃扰动的叠加，根据交流系统单纯受冲激扰动和单纯受阶跃扰动下 交流联络线波动情况，受叠加扰动时交流联络线波动方程：

$h(\Delta P_O,{\mathrm{\Delta P}}_T,\mathrm{\Delta T},t)=\Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}(1-\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sin ({\omega }_{d}t+\beta ))+{\mathrm{\Delta P}}_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_n(t-\frac{\mathrm{\Delta T}}{2})}\sin ({\omega }_d(t-\frac{\mathrm{\Delta T}}{2})+\beta -\frac{\pi }{2})$

其中，h(ΔP_O,ΔP_T,ΔT,t)为交流联络线受叠加扰动的波动函数，ω_n为自然振荡频率，且有 ${\omega }_n=\frac{{\omega }_d}{\sqrt{1-{\xi }^2}},$β为初始相角；

由于ΔT远小于振荡周期且ξ小于0.15，近似为1，受叠加扰动时交流联络线波动 方程可化简为：

$\left(\begin{array}{c}h({\mathrm{\Delta P}}_T,\Delta P_O,\mathrm{\Delta T},t)\approx \Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}(1-\frac{1}{\sqrt{{1-\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sin ({\omega }_{d}t+\beta ))+\Delta P_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sin ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2})\\ =\Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}+\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{1-{\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}(\Delta P_T\Delta {\mathrm{T\omega }}_d\sin ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2})-{\mathrm{\Delta P}}_O\cos ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2}))\\ =\Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}+\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}\frac{1}{\sqrt{{1-\xi }^2}}{e}^{-\xi {\omega }_{n}t}\sqrt{{\left(\Delta P_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\right)}^2+{{\mathrm{\Delta P}}_O}^2}\sin ({\omega }_{d}t+\beta -\frac{\pi }{2}-\gamma )\end{array}\right)$

其中，中间量$\gamma ={\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{\Delta P_O}{\Delta P_T\Delta {\mathrm{T\omega }}_d}\right);$

(4-2)根据受叠加扰动时交流联络线波动方程，可得到直流闭锁安控动作下交流联络线 功率波动最大值，有：

$H_{\max }\approx \Delta P_O\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}+\frac{H_{\Sigma 2}}{H_{\Sigma 1}+H_{\Sigma 2}}{e}^{-\xi ·(\frac{\pi }{2}+\gamma )/\sqrt{1-{\xi }^2}}\sqrt{{\left(\Delta P_T\mathrm{\Delta T}{\omega }_d\right)}^2+{{\mathrm{\Delta P}}_O}^2}$

其中，H_max为直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值。

所述步骤5中，根据得到的直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值评估直流闭 锁安控动作对交流联络线的影响，直流闭锁安控动作下交流联络线功率波动最大值越大，直 流闭锁安控动作对交流联络线的影响越大。为防止联络线最大功率达到线路稳定极限，安排 正常运行时联络线输送功率小于线路稳定限额和直流闭锁安控动作情况引发的联络线波动最 大值的差值。为减少交流联络线功率波动大小，可根据本方法合理安排安控切机或切负荷量。

实施例

华中电网和华北电网通过交流联络线长南I线相联。若华中或华北与其他区域电网相联 直流闭锁时，安控动作切机或切负荷，这样将会给交流系统施加一个复杂扰动，在扰动作用 下长南I线功率会发生波动。以某断面若华中送华东特高压直流复奉、宾金同时闭锁且安控 动作时长南I线波动大小验证本方法的正确性。复奉直流、宾金直流输送功率分别为640万 千瓦、800万千瓦。根据安控配置以及机组出力情况，直流闭锁后安控会切除溪洛渡左岸电 厂、向家坝电厂及二滩电厂机组共1417万千瓦。直流闭锁至机组切除时间为0.30秒。

(1)根据小干扰分析时可获得华中华北电网间振荡频率为0.177Hz，阻尼比为0.1432；

(2)根据联络线两侧电网的发电机参数，可获得两电网的惯性常数的比值0.897:1；

(3)根据直流闭锁和安控动作情况，可得直流闭锁至机组切除时间间隔ΔT为0.30秒，切 除机组总出力为ΔP_T为1417万千瓦，系统功率欠切量ΔP_O为23万千瓦；

(4)直流闭锁安控切机对系统扰动可分为一个幅值为1417万千瓦，等效时间为0.30秒的 冲激扰动和一个幅值为23万千瓦的阶跃扰动的叠加，根据本方法可计算联络线最大波动值为 210万千瓦，而根据暂态仿真计算长南I线最大波动值为219万千瓦，误差在5％以内，验证 了本发明提供方法的正确性。

若采用专利“两大区域互联电力系统交流联络线功率波动峰值的计算方法”中方法计算 出最大波动值为1241万千瓦，与仿真计算结果差别非常大。说明本发明专利提供的方法更适 用于计算直流闭锁安控动作情况下联络线波动大小计算，可根据本方法安排电网运行方式。 为提高联络线输送功率，可以根据本结果合理安排切机量，进一步减小联络线波动。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域 的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换， 这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求 保护范围之内。