一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和系统。所述方法和系统以广域量测的网络支路响应为信息源识别关键支路，在确定其垂足电压位置系数取值范围的基础上，依据支路垂足电压大小、支路功率随相位变化的趋势，以及相频响应轨迹凸特征构建预判判据，实施暂态功角稳定紧急控制。所述方法和系统充分利用广域测量技术和高速通信技术，构建基于响应的电力系统广域安全稳定控制系统，实现“实时决策，实时控制”，能够精准预判暂态稳定与否，所述方法和系统不依赖于离线或在线仿真计算、无需预想运行方式和故障集合，不局限于就地信息，可有效避免安全稳定控制措施失效的风险，确保电力系统安全稳定运行和防止大面积停电。停电。停电。

【技术实现步骤摘要】
一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和系统


[0001]本专利技术涉及电力控制领域,并且更具体地，涉及一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法和系统。

技术介绍

[0002]逐年增长的风光新能源场站并网容量，持续改变着电源组成比例；日益增多的特高压直流和柔性直流输电工程，持续推动着电网形态演变；快速发展的电动汽车及变频空调等新型用电设备，持续调整着传统负荷构成。以上因素使交直流混联电网受扰特性发生了深刻变化，电力系统稳定分析与控制面临新的要求与挑战。传统交流电网，系统扰动激发的暂态能量冲击范围较小，现有防控体系可有效应对；特高压交直流混联电网，系统扰动甚至正常设备操作，均可能引发大容量多回直流换相失败或闭锁，导致交直流系统连锁反应，产生巨大暂态能量冲击，波及范围扩大到跨区电网，电网运行安全风险增大。
[0003]暂态功角稳定，是稳定分析与控制领域备受关注的重点方向之一。多年来一直采用的“离线分析、在线匹配”控制模式，以及计算机技术进步推动形成的“在线决策、在线匹配”控制模式，均受仿真能力、仿真精度和仿真效率制约，面对日趋复杂的混联电网，所制定策略的失效风险不断增长，难以满足大电网安全稳定运行的要求。
[0004]近年来，基于响应信息的稳定分析与控制新模式逐渐成为业界研究热点，从信息来源的角度，相关方法可划分为基于机组信息和基于网络信息2类。由于暂态功角稳定对应机组保持同步运行的能力，以机组功率、功角、角速度等响应为信息源进行稳定判别具有直观直接的特点，因此相关研究多聚焦于此，主要方法包括扩展等面积定则EEAC、暂态能量函数TEF等能量分析法，以及基于相轨迹凹凸性、轨迹灵敏度、机群动能—功率曲线变化趋势等轨迹特征分析法。基于机组信息的方法，通常存在机械功率难以测量的现实约束、同调机群难以快速准确划分的技术瓶颈，以及低电压等级机组量测缺失等问题，因此尚未在失稳预判和紧急控制中推广应用。基于网络受扰信息的暂态稳定判别与控制方法目前难以应用于实际电网。例如，支路暂态势能法中的积分计算需要故障后支路稳态潮流，因此方法只适用于预想故障既定的离线分析，对于连锁故障路径不易预测的复杂扰动情景，该方法则难以用于稳定判别与紧急控制；基于母线电压单一电气量跌落特征的方法，难以有效辨别功角稳定与电压稳定两种稳定形态；新近提出的基于交流支路有功峰值特征判别稳定性的方法，则存在过于保守等问题。因此，需要一种技术，通过对电网的响应特征进行及时的分析，从而实现对电网运行状态的精准预判。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中电网控制采用“离线分析、在线匹配”控制模式和“在线决策、在线匹配”控制方式，以及基于响应信息进行分析和控制的方式存在的不足，本专利技术提供一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法，所述方法包括：
[0006]根据设置的采样时间间隔
△
t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参
数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率；
[0007]根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；
[0008]根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U
kv
和垂足电压位置系数ξ
kv
；
[0009]当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ
kv
满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U
kv
与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹；
[0010]当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。
[0011]进一步地，根据设置的采样时间间隔
△
t采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数之前还包括设置采样时间间隔
△
t，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d
t
和曲线拟合多项式的最高阶数R。
[0012]进一步地，所述根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U
kv
和垂足电压位置系数ξ
kv
，其计算公式为：
[0013]U
kv
＝U
kn
*sinγ
[0014][0015][0016][0017][0018][0019]式中，U
km
和U
kn
为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ
k
为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。
[0020]进一步地，所述当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ
kv
满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U
kv
与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其中：
[0021]第一失稳判据的表达式为：
[0022]1＜ξ
kv
＜2
[0023]第二失稳判据的表达式为：
[0024]U
kv
＜U
vth
且
[0025]式中，U
vth
为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P
k
为所述关键支路k的有功功率，Δθ
k
为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；
[0026]根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹包括：
[0027]按照预先设置的曲线拟合时间窗值d
t
确定曲线拟合时间窗[t
‑
d
t
，t]；
[0028]根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t
‑
d
t
，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：
[0029]Δθ
k
＝θ
km
‑
θ
kn
,Δf
k
＝f
km
‑
f
kn
[0030]式中，θ
km
和θ
kn
分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f
km
和f
kn...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的方法，其特征在于，所述方法包括：根据设置的采样时间间隔Δt采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所述运行参数包括支路首末两端节点的电压幅值和电压相位、支路首末两端节点的频率及支路的有功功率；根据支路首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述交直流混联电网中每个支路的简化支路暂态能力指数sBTTC，并选择sBTTC最小的支路作为所述交直流混联电网的关键支路k；根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U
kv
和垂足电压位置系数ξ
kv
；当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ
kv
满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U
kv
与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹；当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，所述交直流混联电网根据可控资源类型和可控资源的控制量执行紧急控制措施。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据设置的采样时间间隔Δt采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数之前还包括设置采样时间间隔Δt，关键支路垂足电压门槛值，曲线拟合时间窗值d
t
和曲线拟合多项式的最高阶数R。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值和电压相位计算所述关键支路k的垂足电压U
kv
和垂足电压位置系数ξ
kv
，其计算公式为：式中，U
km
和U
kn
为所述关键支路k的首末两端节点的电压幅值，Δθ
k
为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差，γ为所述关键支路k的首末两端节点的电压相量夹角。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述关键支路k的垂足电压位置系数ξ
kv
满足设置的第一失稳判据，且所述关键支路k的垂足电压U
kv
与有功功率满足设置的第二失稳判据时，根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，
采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹，其中：第一失稳判据的表达式为：1＜ξ
kv
＜2第二失稳判据的表达式为：U
kv
＜U
vth
dP
k
／dΔθ
k
＜0式中，U
vth
为预先设置的关键支路垂足电压门槛值，P
k
为所述关键支路k的有功功率，Δθ
k
为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差；根据所述关键支路k的首末两端节点在曲线拟合时间窗的电压相位和频率，采用多项式进行曲线拟合以确定所述关键支路k的相频轨迹包括：按照预先设置的曲线拟合时间窗值d
t
确定曲线拟合时间窗[t
‑
d
t
，t]；根据所述关键支路k的首末两端节点在所述曲线拟合时间窗[t
‑
d
t
，t]的电压相位和频率计算所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差，其计算公式为：Δθ
k
=θ
km
‑
θ
kn
Δf
k
=f
km
‑
f
kn
式中，θ
km
和θ
kn
分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位，f
km
和f
kn
分别为所述关键支路k的首末两端节点的频率，Δθ
k
和Δf
k
分别为所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差；根据所述关键支路k的首末两端节点的电压相位差和频率差滚动利用多项式进行曲线拟合，其中，所述多项式的表达式为：式中，R为预先设置的曲线拟合的多项式最高阶数，R≥2，C
r
为各阶常系数；计算φ(Δθ
k
)的二阶导数，其计算公式为：根据拟合的曲线Δf
k
和二阶导数φ
’’
(Δθ
k
)计算相频轨迹G，其计算公式为：G=Δf
k*
φ
’’
(Δθ
k
)。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述关键支路k的相频轨迹满足设置的第三失稳判据时，确定交直流混联电网存在失稳风险，其中，所述第三失稳判据的表达式为：G>0。6.一种交直流混联电网失稳预判与紧急控制的系统，其特征在于，所述系统包括：数据采集单元，用于根据设置的采样时间间隔Δt采集交直流混联电网中全部支路及节点的运行参数，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑超，孙华东，郭强，吕思卓，赵兵，陈怡君，徐式蕴，李惠玲，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：