一种基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法

摘要

本发明公开了一种基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法，根据电网的实时运行情况，连续更新直流紧急功率支援的功率整定值，根据实时电网数据持续进行电网预想故障仿真，根据仿真结果持续优化直流功率支援的参数。本发明的方法可用于电网的实时运行控制，充分利用直流系统高度可控，响应快速的优点，实现了直流功率支援量的精益化控制，保证了电网安全稳定运行。不同于以往的根据离线计算确定直流功率支援量或故障后逐级提升直流功率支援量的控制参数确定方式，本发明可以在事前根据实时电网运行方式滚动优化直流功率支援策略，同时在电网存在隐患时向调度员给出告警和辅助决策信息，提高电网稳定性。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统调度运行领域，具体涉及一种基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法。

背景技术

现有技术随着中国经济快速发展，电力需求、电网规模日益增大。我国幅员辽阔，但经济发展、资源分布并不均衡，为提高电网运行经济效益，实现资源的优化分配，大规模跨区送电成为必然，大规模互联电网的建设势在必行。高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)可以实现异步交流电网的互联，输电功率大，传送效率高，且可以限制交流系统的短路电流水平，在长距离输电方面具有极大的优势。因此，HVDC技术在我国国家电网、南方电网均有广泛的应用。

高压直流输电在提高经济效益的同时，也存在着一定的风险。高压直流系统中设备元件多，一次系统、辅助系统、控保系统复杂，输电线路长度可达上千公里，穿越地形多变、环境复杂，直流输电系统的单极、双极闭锁故障是难以避免的。一旦特高压直流在大功率送电方式下发生单、双极闭锁，送电断面功率将发生大幅度的波动，对送端、受端电网均会形成较大冲击。当受端系统出现较大功率缺额或送端出现较大功率过剩时，特高压联络线功率摇摆值会超过正常潮流很多，并可能造成互联系统第一摇摆失步解列的严重后果，另一方面，联络线功率摇摆上送会造成两端交流母线电压幅值严重下降，甚至造成电压失稳。

HVDC输电系统具有优秀的有功、无功功率快速调节能力，充分利用其高度可控的特性，可以实现多回直流系统间紧急功率支援。受援直流系统发生故障后，输送功率严重跌落，通过改变施援直流系统的换流器触发角，可使得其输送功率在极端的时间内提升到整定值，缓解故障后送端、受端系统的功率不平衡情况。利用HVDC输电系统进行紧急功率支援的主要优点是减少了受扰系统的切机切负荷量，在最大限度上保证了供电的连续性和可靠性。

一般来说，紧急功率支援按照支援功率，可以分为数档，档位变化通过改变直流附加控制装置参数实现。选择合适的直流功率支援档位，是十分重要的。支援功率过小，无法起到改善系统稳定性的作用；支援功率过大，可能对送端、受端电网造成冲击，同时从系统中吸收大量无功，导致系统电压下降到不可接受的水平，引发电压崩溃。

目前，直流功率援助参数整定有两类方法：

一类是传统离线整定方法，基于典型的电网运行方式进行计算，得到的是普适参数而不是最优参数。基于这种方法整定直流功率支援参数，往往不能充分发挥其控制效能。而在某些薄弱的检修方式或故障后方式下，支援量过大反而可能恶化系统稳定性。

另一类方法是针对上述方法存在的问题，采用“阶梯式”功率提升原则，每提升一档功率，根据系统反馈情况，确定是否继续提升直流功率，这种方法可以找到合适的直流功率支援量，但由于需要步进式地提升直流功率，每一步需要根据系统反馈进行计算下一步功率提升量，因此从功率支援开始到最终提升至合适的档位，一般需要5～6秒，而系统的暂态稳定性往往取决于故障后的1～2秒，这种方法不能充分发挥直流输电快速可控的优势。

由于直流功率支援在快速提高输送有功功率的同时，将会大量吸收系统中无功功率，导致系统电压水平下降。因此，如果基态下电网电压水平过低，在此情况下启用故障后直流功率支援，将会导致直流功率达不到整定值，甚至系统因为电压水平过低引起电压崩溃。

发明内容

针对传统直流功率支援参数整定方式的不足，本发明提供了一种基于电网在线仿真的直流紧急功率支援预决策方法，其基于电网实时运行数据开展超前分析，根据实时的电网运行方式滚动更新直流紧急支援参数，保证在任意方式下直流功率支援都能有效提高系统故障后的暂态稳定性，同时在电网存在暂态失稳风险或基态系统电压水平过低的情况下向调度运行人员给出告警和必要的辅助决策。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法，包括以下步骤：

(1)利用基于电力系统状态估计模型得到的电网实时潮流数据和从本地数据库中获取的发电机动态模型参数，形成电网实时断面数据；

(2)基于电网实时潮流数据开展基态潮流计算；

(3)利用基态潮流计算的结果和发电机动态参数模型，将施援直流系统A的功率支援量设置于不同档位，反复多次进行受援直流系统B双极闭锁故障的实时电网暂态仿真分析，得到电网暂态仿真结果；

(4)根据所述的电网暂态仿真结果，判断电网暂态安全性，以能保证系统故障后暂态稳定的最小功率支援量作为施援直流系统的最优功率支援量；

(5)若所述实时电网暂态仿真分析表明在施援直流支援功率达到最大的情况下，系统仍然存在暂态失稳风险，则向调度员推送暂态失稳风险告警，并给出暂稳辅助决策信息；

(6)若所述实时电网暂态仿真分析表明系统基态电压水平过低，导致直流功率支援达不到整定值或系统存在电压崩溃风险，则向调度员推送低电压风险告警，并给出电压辅 助决策信息。

所述步骤(3)中所述的基态潮流计算结果，包括全网各支路潮流，各母线电压和各直流系统的初始输送功率。

所述步骤(4)中所述的判断电网暂态安全性，结果分为暂态安全和暂态失稳。

所述步骤(4)中，当在仿真全过程中任意时刻全网任意两台发电机功角差均不大于180°，则电网暂态安全，反正电网暂态失稳。

所述步骤(5)中所述的暂稳辅助决策信息包括第一调整手段，第一调整手段包括调节网内发电机有功、调整电网接线方式、控制负荷。

所述步骤(6)中所述的电压辅助决策信息包括第二调整手段，第二调整手段包括变电站无功补偿电容、电抗器投退、调节网内发电机无功、调整电网接线方式、控制负荷。

本发明的有益效果：

本发明的基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法，。

本发明的基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法，根据电网的实时运行情况，连续更新直流紧急功率支援的功率整定值，根据实时电网数据持续进行电网预想故障仿真，根据仿真结果持续优化直流功率支援的参数。本发明的方法可用于电网的实时运行控制，充分利用直流系统高度可控，响应快速的优点，实现了直流功率支援量的精益化控制，保证了电网安全稳定运行。不同于以往的根据离线计算确定直流功率支援量或故障后逐级提升直流功率支援量的控制参数确定方式，本发明可以在事前根据实时电网运行方式滚动优化直流功率支援策略，同时在电网存在隐患时向调度员给出告警和辅助决策信息，提高电网稳定性。

附图说明

图1为本发明所述的基于电网在线仿真的直流紧急功率支援预决策方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

一种基于电网在线仿真的直流功率支援预决策方法，包括以下步骤：

(1)利用基于电力系统状态估计模型得到的电网实时潮流数据和从本地数据库中获取的发电机动态模型参数，形成电网实时断面数据；

(2)应用商用电力系统计算软件，基于电网实时潮流数据开展基态潮流计算；

(3)利用基态潮流计算的结果和发电机动态参数模型，应用现有的商用电力系统计算软件，将施援直流系统A的功率支援量设置于不同档位，反复多次进行受援直流系统B双极闭锁故障的实时电网暂态仿真分析，得到电网暂态仿真结果；优选地，商用电力系统计算软件暂态仿真策略是：建立全电网的等值代数-微分方程组，通过二阶龙格库塔法近期逐步求解。

(4)根据所述的电网暂态仿真结果，判断电网暂态安全性，以能保证系统故障后暂态稳定的最小功率支援量作为施援直流系统的最优功率支援量；

(5)若所述实时电网暂态仿真分析表明在施援直流支援功率达到最大的情况下，系统仍然存在暂态失稳风险，则向调度员推送暂态失稳风险告警，并给出暂稳辅助决策信息；

(6)若所述实时电网暂态仿真分析表明系统基态电压水平过低，导致直流功率支援达不到整定值或系统存在电压崩溃风险，则向调度员推送低电压风险告警，并给出电压辅助决策信息。

所述步骤(3)中所述的基态潮流计算结果，包括全网各支路潮流，各母线电压和各直流系统的初始输送功率。

所述步骤(4)中所述的判断电网暂态安全性，结果分为暂态安全和暂态失稳。

所述步骤(4)中，当在仿真全过程中任意时刻全网任意两台发电机功角差均不大于180°，则电网暂态安全，反正电网暂态失稳。

所述步骤(5)中所述的暂稳辅助决策信息包括第一调整手段，第一调整手段包括调节网内发电机有功、调整电网接线方式、控制负荷。

所述步骤(6)中所述的电压辅助决策信息包括第二调整手段，第二调整手段包括变电站无功补偿电容、电抗器投退、调节网内发电机无功、调整电网接线方式、控制负荷。

如图1所示，所述预决策方法以状态估计模型得到的系统潮流数据和本地设备库中的发电机动态参数为基础数据，在此基础上反复调整待整定直流系统A的紧急功率支援参数，进行受援直流系统B的双极闭锁故障暂态仿真，确定直流系统A的最佳功率支援量，在系统存在故障后失稳风险，或系统基态电压过低的情况下，向调度运行人员给出告警及辅助决策信息。具体过程如下：

步骤1：从电力系统状态估计程序中获得电网当前潮流数据，从本地数据库中获取发电机动态模型参数，形成实时断面数据；并应用商用电力系统计算软件，基于当前潮流数据开展基态潮流计算；

步骤2：应用商用电力系统计算软件开展电网仿真，在软件中将参数待整定的施援直流系统A的功率支援量设置于最低档位；

步骤3：利用基态潮流计算的结果，结合发电机动态模型参数，进行被支援直流系统B双极闭锁故障的电网暂态仿真，得到仿真结果，包括全网发电机功角，母线电压，支路潮流等随时间的变化情况；

步骤4：根据仿真结果判断系统暂态稳定性，如果系统暂态失稳，转步骤5，如果暂态稳定，则转步骤7；

步骤5：判断施援直流系统A的功率支援是否已在最高档位，若不在最高档位，则转步骤6，若已在最高档位，则转步骤8；

步骤6：将施援直流系统A的功率支援提升一档，并转步骤3；

步骤7：判断系统是否存在基态电压过低问题，若存在系统基态电压过低导致施援直流功率达不到整定值或仿真表面电网存在电压崩溃风险，转步骤9，若不存在上述风险，则转步骤10；

步骤8：向调度员推送电网故障后暂态失稳告警信息，并提供暂态稳定辅助决策信息；

步骤9：向调度员给出基态电压过低告警，并提供电压辅助决策信息；

步骤10：输出施援直流系统A的功率支援量整定值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。