电力系统的振荡抑制系统及振荡抑制方法

摘要

本申请公开了一种电力系统的振荡抑制系统及振荡抑制方法，该系统包括：装设于电力系统中送端发电单元处的制氢储氢装置，及装设于电力系统中受端发电单元处的发电装置；发电装置的发电燃料来源于制氢储氢装置，制氢储氢装置和发电装置在电力系统发生有功功率振荡时投入运行，保持送端发电单元减少传输的有功功率等于受端发电单元增加传输的有功功率，无需在电力系统发生有功功率振荡时，分轮次切除并网发电单元，可直接通过制氢储氢装置和发电装置进行振荡抑制，从而保持高渗透率风/光消纳。

说明书

技术领域

本申请涉及制氢振荡抑制技术领域，特别涉及一种电力系统的振荡抑制系统及振荡抑制方法。

背景技术

随着高渗透率新能源大规模并网以及其它大容量电力电子设备的广泛投运，尤其在我国西部、北部等地区集中接入程度更高，振荡稳定性问题成为了潜在风险，若不能及时研判振荡态势、快速实时精准控制，则可能会给设备厂商、发电企业、电网公司以及人民群众造成经济损失。

目前，一般通过实时监测电力系统中发电单元的有功功率波动，一旦出现振荡响应，则分轮次切除并网发电单元。

但是，分轮次切除并网发电单元的方式不仅造成系统渗透率降低，不利于可再生能源的消纳，并且，可再生能源发电单元通过变流器接入大电网，多个变流器之间及其同交直流混联电网之间的功率交互频繁，切除部分发电单元之后，可能会进一步加剧振荡。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本申请提供了一种电力系统的振荡抑制系统及振荡抑制方法，以解决现有通过分轮次切除并网发电单元的方式不仅造成系统渗透率降低，不利于可再生能源的消纳，并且，可再生能源发电单元通过变流器接入大电网，多个变流器之间及其同交直流混联电网之间的功率交互频繁，切除部分发电单元之后，可能会进一步加剧振荡的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

本申请第一方面提供了一种电力系统的振荡抑制系统，所述振荡抑制系统包括：装设于所述电力系统中送端发电单元处的制氢储氢装置，以及装设于所述电力系统的受端发电单元处的发电装置；

其中，所述发电装置的发电燃料来源于所述制氢储氢装置，所述制氢储氢装置和所述发电装置在所述电力系统发生有功功率振荡时投入运行，保持所述送端发电单元减少的有功功率等于所述受端发电单元增加的有功功率。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述制氢储氢装置和所述发电装置在所述电力系统未发生有功功率振荡时停止运行。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述送端发电单元是潮流流出所述电力系统中主导联络断面的发电单元，所述受端发电单元是潮流流入所述主导联络断面的发电单元。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述主导联络断面的生成过程，包括：

对所述电力系统进行潮流拓扑分析，得到所述电力系统的割集全集；

基于所述电力系统的预设故障全集和所述割集全集进行计算，得到所述电力系统的主导联络断面。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，基于所述电力系统的预设故障全集和所述割集全集进行计算，得到所述电力系统的主导联络断面，包括：

分别确定出所述预设故障全集中与每个算例对应的临界割集；

分别将每个所述临界割集对应的各个算例的风险值进行叠加，得到各个所述临界割集的风险总和；

在所有所述临界割集的风险总和中，选取与最大风险总和对应的那个临界割集作为所述电力系统的主导联络断面。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，分别确定出与所述预设故障全集中与每个算例对应的临界割集，包括：

分别计算出所述预设故障全集中每个算例在所述割集全集中各个割集的综合指标；

针对每一算例，选取所述割集全集中，与综合指标最大值对应的那个割集作为所述算例对应的临界割集。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述制氢储氢装置包括：电解水制氢装置和氢气存储装置。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述电解水制氢装置为质子交换膜电解池。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述发电装置为氢燃料电池发电装置。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述氢燃料电池发电装置为质子交换膜燃料电池。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制系统中，所述电力系统为风力系统，或者，光伏系统，或者风光混合系统。

本申请第二方面提供了一种电力系统的振荡抑制方法，其特征在于，应用于如第一方面公开的任一项所述的电力系统的振荡抑制系统，所述方法包括：

监测所述电力系统是否发生有功功率振荡；

若监测出所述电力系统发生有功功率振荡，则启动所述电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置和发电装置。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制方法中，若监测出所述电力系统未发生有功功率振荡，则还包括：

判断所述制氢储氢装置和所述发电装置是否处于运行状态；

若判断出所述制氢储氢装置和所述发电装置处于运行状态，则控制所述制氢储氢装置和所述发电装置停机。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制方法中，在启动所述电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置和发电装置之后，还包括：

返回执行监测所述电力系统是否发生有功功率振荡的步骤。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制方法中，监测所述电力系统是否发生有功功率振荡，包括：

判断所述电力系统的振荡幅值是否大于预设振荡幅值；

若判断出所述电力系统的振荡幅值大于预设振荡幅值，则判断振荡持续时间是否大于预设持续时间；

若判断出振荡持续时间大于预设持续时间，则判定所述电力系统发生有功功率振荡；

若判断出振荡持续时间不大于预设持续时间，则判定所述电力系统未发生有功功率振荡。

可选地，在上述的电力系统的振荡抑制方法中，若判断出所述电力系统的振荡幅值不大于预设振荡幅值，则还包括：

判定所述电力系统未发生有功功率振荡。

本申请提供了一种电力系统的振荡抑制系统，包括：装设于电力系统中送端发电单元处的制氢储氢装置，以及装设于电力系统的受端发电单元处的发电装置；其中，发电装置的发电燃料来源于制氢储氢装置，制氢储氢装置和发电装置在电力系统发生有功功率振荡时投入运行，保持送端发电单元减少传输的有功功率等于受端发电单元增加传输的有功功率，无需在电力系统发生振荡时，分轮次切除并网发电单元，可直接通过制氢储氢装置和发电装置进行振荡抑制，保持高渗透率风/光消纳，解决了现有通过分轮次切除并网发电单元的方式不仅造成系统渗透率降低，不利于可再生能源的消纳，并且，可再生能源发电单元通过变流器接入大电网，多个变流器之间及其同交直流混联电网之间的功率交互频繁，切除部分发电单元之后，可能会进一步加剧振荡的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电力系统的主导联络断面的生成流程图；

图2为本申请实施例提供的一种主导联络断面的具体生成流程图；

图3为本申请实施例提供的一种电力系统的振荡抑制方法的流程图；

图4和图5为本申请另一实施例提供的两种有功功率振荡的监测流程图；

图6至图7为本申请实施例提供的两种电力系统的振荡抑制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种电力系统的振荡抑制系统，以解决现有通过分轮次切除并网发电单元的方式不仅造成系统渗透率降低，不利于可再生能源的消纳，并且，可再生能源发电单元通过变流器接入大电网，多个变流器之间及其同交直流混联电网之间的功率交互频繁，切除部分发电单元之后，可能会进一步加剧振荡的问题。

该电力系统的振荡抑制系统主要包括：装设于电力系统中送端发电单元处的制氢储氢装置，以及装设于电力系统的受端发电单元处的发电装置。

其中，发电装置的发电燃料来源于制氢储氢装置，制氢储氢装置和发电装置在电力系统发生有功功率振荡时投入运行，保持送端发电单元减少传输的有功功率等于受端发电单元增加传输的有功功率。

具体的，该制氢储氢装置可以包括：电解水制氢装置和氢气存储装置。实际应用中，该电解水制氢装置可以为质子交换膜电解池；当然，并不仅限于此，还可以为现有的其他电解水制氢装置，本申请对其具体类型不作限定，均在本申请的保护范围之内。

该发电装置可以为氢燃料电池发电装置，具体的，可以是质子交换膜燃料电池；当然，并不仅限于此，还可以是其他现有的氢燃料电池发电装置，本申请对其具体类型不作限定，均在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，制氢储氢装置可以包括：电解水制氢装置和氢气存储装置，发电装置的发电燃料来源于制氢储氢装置中的氢气存储装置。

实际应用中，该制氢储氢装置和发电装置在电力系统未发生功率振荡时停止运行。

需要说明的是，实际应用中的电力系统可以为风力系统，或者，光伏系统，或者，风光混合系统；当然，并不仅限于此，也可以是其他现有的电力系统，本申请对电力系统的具体类型不作限定，均在本申请的保护范围之内。

实际应用中，该送端发电单元可以是潮流流出电力系统中主导联络断面的发电单元，受端发电单元可以是潮流流入主导联络断面的发电单元。

需要说明的是，潮流是电力系统中电压(各节点)、功率(有功、无功)(各支路)的稳态分布，可以通过潮流计算得到。潮流计算是通过已知电网的接线方式与参数及运行条件，计算电力系统稳态运行各母线电压、各支路电流、功率及网损。

其中，电力系统中主导联络断面的生成过程可如图1所示，可以包括如下步骤：

S100、对电力系统进行潮流拓扑分析，得到电力系统的割集全集。

实际应用中，可以针对电力系统的大电网进行潮流拓扑分析，得到电力系统的割集全集。其中，割集全集包含电力系统所有可能出现的割集。具体的，电力系统中的割集数量一般大于1。

S102、基于电力系统的预设故障全集和割集全集进行计算，得到电力系统的主导联络断面。

实际应用中，执行步骤S102、基于电力系统的预设故障全集和割集全集进行计算，得到电力系统的主导联络断面的具体过程可如图2所示，主要包括：

S200、分别确定出预设故障全集与每个算例对应的临界割集。

其中，可以先分别计算出预设故障全集中，对应于每个算例的各个割集的综合指标，然后针对每一算例，选取具有最大综合指标值的那个割集作为与该算例对应的临界割集。

具体的，割集的综合指标计算式为：

在计算出对应于预设故障全集中每个算例的各个割集的综合指标之后，可以针对每一算例，选择对应于

实际应用中，预设故障全集可以是电力系统中某一类或多类故障事件的集合，比如，三相永久短路故障、单相永久短路故障、功率振荡故障等。具体的，本发明中，需要预先配置出至少一种故障，然后将所有的故障组成预设故障全集。

S202、分别将与每个临界割集对应的各个算例的风险值进行叠加，得到各个临界割集的风险总和。

实际应用中，预设故障全集中每个算例存在一个与之对应的临界割集，每个临界割集也同样存在至少一个与之对应的算例，因此，针对每一个临界割集，可以将与其对应的各个算例的风险值进行求和，得到与每个临界割集对应的风险总和。

S204、在所有临界割集的风险总和中，选取与最大风险总和对应的那个临界割集作为电力系统的主导联络断面。

实际应用中，可以按照风险总和由大至小对各个临界割集进行排序，选取排序第一的临界割集作为电力系统的主导联络断面；当然，并不仅限于此，还可以通过其他现有选取方式，在所有临界割集的风险总和中，选取与最大风险总和对应的临界割集作为电力系统的主导联络断面，本申请对具体的选取过程不作限定，均在本申请的保护范围之内。

需要说明的是，除了通过上述方式生成电力系统的主导联络断面外，还可以通过现有其他方式，生成电力系统的主导联络断面，本申请对主导联络断面的生成方式不作具体限定，均在本申请的保护范围之内。

此外，除了通过电力系统的主导联络断面的方式，确定出电力系统中送端发电单元和受端发电单元外，还可以根据实际应用环境和用户需求，采用其他方式，确定出电力系统中送端发电单元和受端发电单元，也同样在本申请的保护范围之内。

再者，制氢储氢装置和发电装置布点位置的选取，同样除设置于送端发电单元处和受端发电单元处外，也可根据实际应用情况和用户需求确定，无论制氢储氢装置和发电装置布置于电力系统的何处，均在本申请的保护范围之内。

基于上述原理，本实施例提供的电力系统的振荡抑制系统，包括：装设于电力系统中送端发电单元处的制氢储氢装置，以及装设于电力系统的受端发电单元处的发电装置；其中，发电装置的发电燃料来源于所述制氢储氢装置，制氢储氢装置和发电装置在电力系统发生有功功率振荡时投入运行，保持送端发电单元减少传输的有功功率等于受端发电单元增加传输的有功功率，无需在电力系统发生振荡时，分轮次切除并网发电单元，可直接通过制氢储氢装置和发电装置进行振荡抑制，保持高渗透率风/光消纳，解决了现有通过分轮次切除并网发电单元的方式不仅造成系统渗透率降低，不利于可再生能源的消纳，并且，可再生能源发电单元通过变流器接入大电网，多个变流器之间及其同交直流混联电网之间的功率交互频繁，切除部分发电单元之后，可能会进一步加剧振荡的问题。

此外，本申请通过应用制氢储氢装置和发电装置实现电力系统的振荡抑制，填充了制氢、储氢及氢燃料电池环节未应用于电力系统有功功率振荡抑制研究的空白；并且，对于各暂态稳定算例，从动势能转化的观点来寻找其主导联络断面；另外，对于预设故障全集，可以按各算例的风险观点来统计高渗透率大电网主导联络断面；最后，采用制氢储氢装置和发电装置进行有功功率振荡抑制时，可不改变风电、光伏的运行状态，保持电力系统的风/光渗透率。

基于上述实施例提供的电力系统的振荡抑制系统，相应的，本申请另一实施例还提供了一种电力系统的振荡抑制方法，应用于如上述任一实施例所述的电力系统的振荡抑制系统，请参见图3，该电力系统的振荡抑制方法主要包括如下步骤：

S300、监测电力系统是否发生有功功率振荡。

实际应用中，执行步骤S300、监测电力系统是否发生有功功率振荡的具体过程可如图4所示，主要包括如下步骤：

S400、判断电力系统的振荡幅值是否大于预设振荡幅值。

其中，预设振荡幅值的具体取值可视具体应用环境和用户需求而定，本申请不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

在一些实施例中，预设振荡幅值可以通过离线仿真试探得到。

实际应用中，在执行步骤S400、判断电力系统的振荡幅值是否大于预设振荡幅值之后，如图5所示，若判断电力系统的振荡幅值不大于预设振荡幅值，则可以直接判定电力系统未发生有功功率振荡，也即步骤S500。

若判断出电力系统的振荡幅值大于预设振荡幅值，也即判断结果为是，则执行步骤S402。

S402、判断振荡持续时间是否大于预设持续时间。

其中，预设持续时间的具体取值也可视具体应用环境和用户需求确定，本申请不作具体限定，均在本申请的保护范围内。

在一些实施例中，预设持续时间同样可以通过离线仿真试探得到。

若判断出振荡持续时间大于预设持续时间，则执行步骤S404；若判断出振荡持续时间不大于预设持续时间，则执行步骤S406。

S404、判定电力系统发生有功功率振荡。

实际应用中，当判断出电力系统的振荡幅值大于预设振荡幅值，且振荡持续时间大于预设持续时间之后，则说明电力系统存在较高概率的有功功率振荡，可以判定电力系统发生有功功率振荡。

S406、判定电力系统未发生有功功率振荡。

实际应用中，当判断出电力系统的振荡幅值大于预设振荡幅值，但是振荡持续时间未大于预设持续时间之后，则可以说明电力系统只是短暂时出现振荡，振荡很快就能消除，存在有功功率振荡的概率较小，可以判定电力系统未发生有功功率振荡。

若监测出电力系统发生有功功率振荡，则可以执行步骤S302。若检测出电力系统未发生有功功率振荡，则可以不执行任何动作。

需要说明的是，在一些实施例中，还可以通过电力系统中自带的广域监测系统，监测出电力系统是否发生有功功率振荡。并且，在监测出电力系统发生有功功率振荡之后，还可以及时进行预警。

S302、启动电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置和发电装置。

实际应用中，当监测出电力系统发生有功功率振荡，则可以通过下发控制指令的方式，启动电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置，使制氢储氢装置投入运行，利用制氢储氢装置进行制氢、储氢，同时吸收电力系统的无功功率，使电力系统中送端发电单元的端电压降低，减少送端发电单元发出的有功功率；以及启动发电装置，使发电装置投入运行，进行氢能向电能的转化，同时利用氢燃料电池逆变器向电力系统输送无功功率，使受端发电单元的端电压升高，增大受端发电单元发出的有功功率，从而保持制氢储氢装置制氢功率和发电装置发电功率的一致性，保持电力系统中送端发电单元减少的功率和受端发电单元增发的功率的一致性，满足大电网有功功率的实时平衡。

基于上述原理，本实施例提供的电力系统的振荡抑制方法能够在监测出电力系统发生有功功率振荡之后，通过启动电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置和发电装置，分别利用制氢储氢装置进行制氢、储氢，并吸收电力系统的无功功率，使电力系统中送端发电单元的端电压降低，减少送端发电单元发出的有功功率；以及利用氢燃料电池逆变器进行氢能向电能的转化，并向电力系统输送无功功率，使受端发电单元的端电压升高，增大受端发电单元发出的有功功率，从而保持制氢储氢装置制氢功率和发电装置发电功率的一致性，以及保持电力系统中送端发电单元减少的功率和受端发电单元增发的功率的一致性，满足大电网有功功率的实时平衡，解决了现有通过分轮次切除并网发电单元的方式不仅造成系统渗透率降低，不利于可再生能源的消纳，并且，可再生能源发电单元通过变流器接入大电网，多个变流器之间及其同交直流混联电网之间的功率交互频繁，切除部分发电单元之后，可能会进一步加剧振荡的问题。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，在执行步骤S300、监测电力系统是否发生有功功率振荡之后，若监测出电力系统未发生有功功率振荡，则请参见图6，该电力系统的振荡抑制方法还包括：

S600、判断制氢储氢装置和发电装置是否处于运行状态。

实际应用中，可以通过获取制氢储氢装置和发电装置的运行参数，判断制氢储氢装置和发电装置是否处于运行状态；当然，并不仅限于此，还可以通过现有其他方式，判断制氢储氢装置和发电装置是否处于运行状态，均在本申请的保护范围之内。

若判断出制氢储氢装置和发电装置处于运行状态，则可以执行步骤S602。若判断出制氢储氢装置和发电装置不处于运行状态，则可以不执行任何动作。

S602、控制制氢储氢装置和发电装置停机。

实际应用中，由于监测出电力系统未发生有功功率振荡，则说明电力系统当前处于正常运行状态，可以在判断出制氢储氢装置和发电装置处于运行状态之后，同时控制制氢储氢装置和发电装置停机，也即同时闭锁电解水制氢装置和氢燃料电池发电装置，恢复由电力系统供电模式，以免制氢储氢装置和发电装置持续运行对电力系统干扰，导致电力系统出现有功功率振荡。

可选地，在本申请提供的另一实施例中，在执行步骤S302、启动电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置和发电装置之后，请参见图7，该电力系统的振荡抑制方法还包括：

返回执行监测电力系统是否发生有功功率振荡的步骤，也即返回执行步骤S300。

实际应用中，在启动电力系统的振荡抑制系统中的制氢储氢装置和发电装置之后，可以返回执行监测电力系统是否发生有功功率振荡的步骤，从而对电力系统进行周期性监测，以在监测出电力系统未发生有功功率振荡时，及时控制制氢储氢装置和发电装置，进一步保证了电力系统的振荡抑制方法的可靠性。

基于上述实施例示出的电力系统的振荡抑制系统和电力系统的振荡抑制方法，假设电力系统为高渗透率风光系统，制氢储氢装置包括电解水制氢装置和氢气存储装置，发电装置为氢燃料电池发电装置，则该电力系统的振荡抑制方法具有如下实施过程：

当系统振荡幅值A＞ε

需要说明的是，上述实例仅仅是本发明提供的一个具体应用实例，但实际应用中的应用实例并不仅限于上述，还可以根据应用环境和用户需求进行变形，只要实现方式与本申请提供的原理、思路相同，均在本申请的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。