一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法和系统，其通过建立直流功率和直流故障形态映射模型，以及电网暂态频率预测模型分别实现智能识别电网中发生故障的直流，对直流故障形态进行判断，以及预测电网系统的暂态频率最大值，再根据所述电网暂态频率最大值和设置的暂态频率最大阈值的比较结果，结合电网阻尼系数和惯量系数确定电网控制措施总量，并根据电网中直流的运行情况确定切机量，针对不同的直流故障确定电网控制措施。所述方法和系统对于电网多个直流同时换相失败或其他直流故障形态冲击下系统暂态频率大幅波动问题，可同时兼顾系统暂态频率稳定和稳态频率稳定需求，从而有效保证直流故障冲击后系统的频率稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法和系统
本专利技术涉及电力控制领域,并且更具体地，涉及一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法和系统。
技术介绍
当能源资源与负荷呈逆向分布，为满足清洁能源送出、负荷中心电力供应、节能减排等方面的迫切需求而大力发展适用于远距离、大容量输电的特高压交、直流技术时，随着特高压直流工程的陆续投运，会形成多直流“同送端-同受端”、与“同受端-不同送端”送电格局并存的交直流混联电网格局，从而导致故障对电网运行的影响由局部转为全局。但是由于直流故障形态多样化、复杂化，不同故障时序及其对系统的影响并不相同。尤其是针对“同送端-同受端”直流群，受端电网故障可能触发多回直流故障，对送端电网造成较大冲击，尤其当送端同步电网规模较小时，系统转动惯量水平较低，在不平衡功率冲击下，系统频率变化速率大，频率变化幅度大，频率失稳风险大，需要针对直流故障冲击制定相应的量化控制措施。然而，不同的直流故障形态引起的系统不平衡功率波动特性不同，换相失败和再启动成功故障造成系统功率短时大幅波动，随着故障的消失不平衡功率波动逐渐平息，若针对故障过程中不平衡功率造成的高频/低频问题采取切机/切负荷控制措施，则可能导致故障消失后系统的低频/高频问题；直流闭锁故障则将造成系统长期功率不平衡，此时采取的切机/切负荷控制措施不会对系统造成后续的二次频率冲击问题。因此，如何应对直流不同故障形态下的频率失稳问题并对电网进行控制，从而保持频率稳定就成为一个亟需解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术中同送端-同受端直流群在直流的不同故障形态下的频率失稳无法有效控制的技术问题，本专利技术提供一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法，所述方法包括：实时采集电网中各直流的功率响应数据和电网频率响应数据，并采集电网中各直流的可切机量和最大调制量；基于预先建立的直流功率与直流故障形态映射模型，根据所述电网中各直流的功率响应数据，确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果；基于预先建立的电网暂态频率预测模型，根据所述电网频率响应数据确定电网暂态频率最大值；根据所述电网暂态频率最大值与预先设置的暂态频率最大阈值的比较结果，结合电网阻尼系数和惯量系数计算电网控制措施总量；根据电网中非故障直流的运行功率和最大调制量，以及电网可承受直流调制量，确定非故障直流的直流可调制量；根据所述电网控制措施总量和非故障直流的直流可调制量确定电网的切机总量；当根据电网故障所在直流及直流故障形态判断结果确定电网发生直流故障时，优先切除故障直流配套电源；当所述故障直流配套电源小于切机总量时，基于电网非故障直流的可切机量和剩余切机量确定电网非故障直流的分配切机量，其中，所述剩余切机量为切机总量与故障直流配套电源的差；基于直流故障形态判断结果，对于不导致故障后系统稳态功率不平衡的故障形态，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制。进一步地，实时采集电网中各直流的功率响应数据和电网频率响应数据，并采集电网中各直流的可切机量和最大调制量之前还包括：设置电网暂态频率最大阈值，电网阻尼系数和惯量系数，以及电网可承受直流调制量；基于在不同直流故障形态下采集的直流功率响应曲线样本数据，采用人工智能算法建立直流功率与直流故障形态的映射模型；基于在不同直流故障形态下采集的电网频率响应样本数据，采用人工智能算法建立电网暂态频率预测模型。进一步地，所述基于预先建立的直流功率与直流故障形态映射模型，根据所述电网中各直流的功率响应数据，确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果包括：根据直流DC-1至DC-m的直流功率响应数据，生成直流DC-1至DC-m的实时运行功率曲线PDC-1至PDC-m；将所述实时运行功率曲线PDC-1至PDC-m作为直流功率与直流故障形态映射模型的输入信号进行计算；所述直流功率与直流故障形态映射模型根据所述输入信号确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果，所述直流故障形态包括不导致故障后系统稳态功率不平衡的第一类故障形态和导致故障后系统稳态功率不平衡的第二类故障形态，其中，第一类故障形态包括直流换相失败、直流再启动成功；第二类故障形态包括直流闭锁、直流连续换相失败后闭锁、直流再启动失败后闭锁。进一步地，所述根据所述电网控制措施总量和非故障直流的直流可调制量确定电网的切机总量，其计算公式为：式中，Pcut∑为电网的切机总量，P为电网控制措施总量，PDCmod0-j为电网中第j回非故障直流的直流可调制量，所述电网中一共有m回直流，其中，第i回直流为发生故障的直流，第j回直流为非故障直流，1≤j≤m且j≠i。进一步地，所述当所述故障直流配套电源小于切机总量时，基于电网非故障直流的可切机量和剩余切机量确定电网非故障直流的分配切机量包括：Ps＝PcutΣ-Pi式中，Pcut∑为电网的切机总量，Pi为发生故障的第i回直流的配套电源，Ps为电网剩余切机量，PDCcut0-j为电网中第j回非故障直流的可切机量，PDCcut-j为电网中第j回非故障直流的分配切机量，所述电网一共有m回直流，其中，第i回直流为发生故障的直流，第j回直流为非故障直流，1≤j≤m且j≠i。进一步地，所述基于直流故障形态判断结果，对于不导致故障后系统稳态功率不平衡的故障形态，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制包括：当直流故障形态判断结果为发生故障的第i回直流的故障形态是第二类故障形态时，不校验确定非故障直流的调制功率量，电网控制结束；当直流故障形态判断结果为发生故障的第i回直流的故障形态是第一类故障形态时，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制，以防止系统稳态频率越限，其计算公式为：PDCmod-j＝PDCmod0-j+PDCcut-j式中，PDCmod-j为电网中第j回非故障直流的调制功率量，PDCcut-j为电网中第j回非故障直流的分配切机量，PDCmod0-j为电网中第j回非故障直流的可调制量，所述电网一共有m回直流，其中，第i回直流为发生故障的直流，第j回直流为非故障直流，1≤j≤m且j≠i。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种识别电网直流故障并控制频率稳定的系统，所述系统包括：数据采集单元，其用于实时采集电网中各直流的功率响应数据和电网频率响应数据，并采集电网中各直流的可切机量和最大调制量；故障识别单元，其用于基于预先建立的直流功率与直流故障形态映射模型，根据所述电网中各直流的功率响应数据，确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果；频率预测单元，其用于基于预先建立的电网暂态频率预测模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法，其特征在于，所述方法包括：/n实时采集电网中各直流的功率响应数据和电网频率响应数据，并采集电网中各直流的可切机量和最大调制量；/n基于预先建立的直流功率与直流故障形态映射模型，根据所述电网中各直流的功率响应数据，确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果；/n基于预先建立的电网暂态频率预测模型，根据所述电网频率响应数据确定电网暂态频率最大值；/n根据所述电网暂态频率最大值与预先设置的暂态频率最大阈值的比较结果，结合电网阻尼系数和惯量系数计算电网控制措施总量；根据电网中非故障直流的运行功率和最大调制量，以及电网可承受直流调制量，确定非故障直流的直流可调制量；根据所述电网控制措施总量和非故障直流的直流可调制量确定电网的切机总量；/n当根据电网故障所在直流及直流故障形态判断结果确定电网发生直流故障时，优先切除故障直流配套电源；当所述故障直流配套电源小于切机总量时，基于电网非故障直流的可切机量和剩余切机量确定电网非故障直流的分配切机量，其中，所述剩余切机量为切机总量与故障直流配套电源的差；/n基于直流故障形态判断结果，对于不导致故障后系统稳态功率不平衡的故障形态，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制。/n...

【技术特征摘要】
1.一种识别电网直流故障并控制频率稳定的方法，其特征在于，所述方法包括：
实时采集电网中各直流的功率响应数据和电网频率响应数据，并采集电网中各直流的可切机量和最大调制量；
基于预先建立的直流功率与直流故障形态映射模型，根据所述电网中各直流的功率响应数据，确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果；
基于预先建立的电网暂态频率预测模型，根据所述电网频率响应数据确定电网暂态频率最大值；
根据所述电网暂态频率最大值与预先设置的暂态频率最大阈值的比较结果，结合电网阻尼系数和惯量系数计算电网控制措施总量；根据电网中非故障直流的运行功率和最大调制量，以及电网可承受直流调制量，确定非故障直流的直流可调制量；根据所述电网控制措施总量和非故障直流的直流可调制量确定电网的切机总量；
当根据电网故障所在直流及直流故障形态判断结果确定电网发生直流故障时，优先切除故障直流配套电源；当所述故障直流配套电源小于切机总量时，基于电网非故障直流的可切机量和剩余切机量确定电网非故障直流的分配切机量，其中，所述剩余切机量为切机总量与故障直流配套电源的差；
基于直流故障形态判断结果，对于不导致故障后系统稳态功率不平衡的故障形态，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，实时采集电网中各直流的功率响应数据和电网频率响应数据，并采集电网中各直流的可切机量和最大调制量之前还包括：
设置电网暂态频率最大阈值，电网阻尼系数和惯量系数，以及电网可承受直流调制量；
基于在不同直流故障形态下采集的直流功率响应曲线样本数据，采用人工智能算法建立直流功率与直流故障形态的映射模型；
基于在不同直流故障形态下采集的电网频率响应样本数据，采用人工智能算法建立电网暂态频率预测模型。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预先建立的直流功率与直流故障形态映射模型，根据所述电网中各直流的功率响应数据，确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果包括：
根据直流DC-1至DC-m的直流功率响应数据，生成直流DC-1至DC-m的实时运行功率曲线PDC-1至PDC-m；
将所述实时运行功率曲线PDC-1至PDC-m作为直流功率与直流故障形态映射模型的输入信号进行计算；
所述直流功率与直流故障形态映射模型根据所述输入信号确定电网故障所在直流及直流故障形态判断结果，所述直流故障形态包括不导致故障后系统稳态功率不平衡的第一类故障形态和导致故障后系统稳态功率不平衡的第二类故障形态，其中，第一类故障形态包括直流换相失败、直流再启动成功；第二类故障形态包括直流闭锁、直流连续换相失败后闭锁、直流再启动失败后闭锁。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电网控制措施总量和非故障直流的直流可调制量确定电网的切机总量，其计算公式为：



式中，Pcut∑为电网的切机总量，P为电网控制措施总量，PDCmod0-j为电网中第j回非故障直流的直流可调制量，所述电网中一共有m回直流，其中，第i回直流为发生故障的直流，第j回直流为非故障直流，1≤j≤m且j≠i。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述故障直流配套电源小于切机总量时，基于电网非故障直流的可切机量和剩余切机量确定电网非故障直流的分配切机量包括：
Ps＝PcutΣ-Pi



式中，Pcut∑为电网的切机总量，Pi为发生故障的第i回直流的配套电源，Ps为电网剩余切机量，PDCcut0-j为电网中第j回非故障直流的可切机量，PDCcut-j为电网中第j回非故障直流的分配切机量，所述电网一共有m回直流，其中，第i回直流为发生故障的直流，第j回直流为非故障直流，1≤j≤m且j≠i。


6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于直流故障形态判断结果，对于不导致故障后系统稳态功率不平衡的故障形态，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制包括：
当直流故障形态判断结果为发生故障的第i回直流的故障形态是第二类故障形态时，不校验确定非故障直流的调制功率量，电网控制结束；
当直流故障形态判断结果为发生故障的第i回直流的故障形态是第一类故障形态时，根据非故障直流的直流可调制量和分配切机量校验确定故障直流功率恢复后非故障直流的调制功率量，并根据所述非故障直流的调制功率量进行电网控制，以防止系统稳态频率越限，其计算公式为：
PDCmod-j＝PDCmod0-j+PDCcut-j
式中，PDCmod-j为电网中第j回非故障直流的调制功率量，PDCcut-j为电网中第j回非故障直流的分配切机量，PDCmod0-j为电网中第j回非故障直流的可调制量，所述电网一共有m回直流，其中，第i回直流为发生故障的直流，第j回直流为非故障直流，1≤j≤m且j≠i。


7.一种识别电网直流故障并控制频率稳定的系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴萍，赵兵，黄东敏，习工伟，陈锦辉，常昊，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，国网湖北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11