本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種直流功率實時可提升能力的計算方法。
背景技術(shù)：
目前，我國多個地區(qū)已經(jīng)形成了多直流饋入的網(wǎng)架格局，利用直流系統(tǒng)的緊急功率支援(edcps)能力，與交流系統(tǒng)的其他緊急控制措施相比，對改善大功率沖擊擾動下交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，控制代價更小，控制也更快速、可靠。然而對于直流功率的實時可提升能力卻沒有明確的計算方法，一般只能獲得直流輸電的過負(fù)荷能力，長期最大過負(fù)荷電流一般為額定電流的1.1倍；暫態(tài)過負(fù)荷能力可達(dá)1.5倍額定電流，能持續(xù)3s。但是，直流系統(tǒng)是否能夠在任何運(yùn)行方式下都能夠瞬時達(dá)到最大過負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)對緊急控制的效果具有重大的影響，因為不合理的直流功率緊急提升指令，不僅有可能實際提升量達(dá)不到設(shè)定值，甚至有可能破壞系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，造成連鎖故障。
對交流輸電系統(tǒng)而言，尤其是超高壓、特高壓直流，由于直流輸送的容量均較大，因此當(dāng)直流滿功率運(yùn)行時，直流近區(qū)斷面的潮流均較重，直流功率提升后對近區(qū)通道的靜穩(wěn)和暫穩(wěn)裕度均產(chǎn)生一定的影響。在直流功率提升時，首先需要確保的是近區(qū)的斷面潮流均不超過熱穩(wěn)和暫穩(wěn)極限。
對直流輸電系統(tǒng)而言，改變直流輸電系統(tǒng)傳輸電流的大小可以通過調(diào)節(jié)整流側(cè)和逆變側(cè)的觸發(fā)控制角、整流側(cè)和逆變側(cè)的換流變壓器的閥側(cè)空載電壓實現(xiàn)。觸發(fā)角具有極快的響應(yīng)速度，通常在1～4ms之內(nèi)；而閥側(cè)空載電壓由于要通過改變換流變壓器的變比來調(diào)節(jié)，因此其響應(yīng)速度比調(diào)節(jié)觸發(fā)控制角要慢得多，一般需要5～10s。因此，對于利用直流功率緊急支援能力的緊急控制，關(guān)鍵在于短時間內(nèi)直流能夠瞬時提升的功率。在該暫態(tài)過程中，直流系統(tǒng)能夠發(fā)揮作用的控制量一般只有整流側(cè)和逆變側(cè)的觸發(fā)控制角。在降低觸發(fā)角的同時，直流系統(tǒng)有功功率增大，也增加了系統(tǒng)無功功率的消耗，導(dǎo)致交流電壓跌落，為確保直流電流維持不變，則需要進(jìn)一步減小觸發(fā)角。當(dāng)觸發(fā)角降至最小值時，整流站將由原來的定電流控制切換為定αmin控制(αmin為整流站最小的觸發(fā)延遲角)，限制直流有功的提升，此時逆變側(cè)自動轉(zhuǎn)為定電流控制，其整定值比整流側(cè)整定值小0.1p.u.。由于直流緊急提升功率需要大量無功的支撐，不合理的直流提升指令可能會惡化系統(tǒng)電壓，甚至導(dǎo)致直流換相失敗。因此，在交流系統(tǒng)電壓支撐能力不足，無功補(bǔ)償不充足的情況下，需要明確直流功率的實時提升能力，確保直流功率提升能夠準(zhǔn)確跟隨指令有效提升至目標(biāo)值。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直流功率實時可提升能力的計算方法。
具體地說，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的，包括下列步驟：
1)獲得直流能夠短時安全運(yùn)行的最大過負(fù)荷功率pmax.dc，得到受制于直流本身能力約束的最大可提升功率δpmax.dc為：
δpmax.dc＝pmax.dc-p0
其中，p0為當(dāng)前直流有功功率；
2)根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，確定由交流系統(tǒng)斷面潮流輸送能力決定的直流最大可提升功率為δpmax.ac；
3)根據(jù)直流當(dāng)前運(yùn)行方式確定實時可運(yùn)行的最大功率pmax.on，得到受制于直流運(yùn)行方式約束的最大可提升功率δpmax.on為：
δpmax.on＝pmax.on-p0
4)綜合多個限制因素的直流功率實時提升能力為：
δpmax＝min(δpmax.ac,δpmax.dc,δpmax.on)
5)基于在線實時數(shù)據(jù)，校核當(dāng)直流功率提升至p＝p0+δpmax時交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，若暫態(tài)穩(wěn)定裕度小于系統(tǒng)允許的運(yùn)行下限時，令δpmax＝δpmax-δp，校核當(dāng)直流功率提升至p＝p0+δpmax時交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，其中δp為逐漸降低校核功率的梯度值，其取值越小，則得到的直流實時可提升功率越精確；否則，當(dāng)δpmax＞0時，說明直流功率實時提升能力為δpmax；當(dāng)δpmax≤0時，說明該直流不具備實時功率提升能力。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟2)中確定由交流系統(tǒng)斷面潮流輸送能力決定的直流最大可提升功率的方法，具體如下。
設(shè)與直流輸送功率存在耦合性的交流斷面為端面j，其傳輸功率的穩(wěn)定極限為pjmax，因此受制于斷面j的穩(wěn)定運(yùn)行極限，直流最大允許提升的功率為
式中，pj0為斷面j當(dāng)前的運(yùn)行潮流；kj為增大單位功率的直流量時斷面j潮流的變化值；
若與直流輸送功率存在耦合性的交流斷面有n個，則受制于n個耦合斷面潮流穩(wěn)定運(yùn)行極限，直流最大允許可提升功率為：
δpmax.ac＝min(δpmax.ac(1),δpmax.ac(j)…δpmax.ac(n))(j＝1,2……n)。
上述技術(shù)方案的進(jìn)一步特征在于，所述步驟3)中根據(jù)直流當(dāng)前運(yùn)行方式確定實時可運(yùn)行的最大功率的方法，具體如下：
3-1)監(jiān)測當(dāng)前直流電流平均值i0，整流站極對地直流電壓ud0，整流器的觸發(fā)角α0，設(shè)整流站每相的換相電抗為xr1，直流回路電阻為r，以及直流允許運(yùn)行的最小觸發(fā)角為αmin；
當(dāng)α0＞αmin時，轉(zhuǎn)至步驟3-2)，否則，直接轉(zhuǎn)至步驟3-7)；
3-2)計算得到換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值u0為：
其中，n1為換流站每極中的6脈動換流器數(shù)；
整流站直流功率為pd0：
pd0＝ud0i0
換流站消耗的無功功率q0為：
3-3)設(shè)電流的增大幅度為δi，則增大的電流i1為：
i1＝i0+δi
計算電流增大后的直流電壓ud1和直流功率pd1為：
ud1＝ud0+rδi
pd1＝ud1i1
3-4)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)下交流側(cè)的雅克比矩陣和整流站換流器消耗的無功變化求取電流增大后的換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值，具體方法如下：
從直流接入點來看，交流系統(tǒng)的端口特性用雅克比矩陣方程表示為
其中，p和q分別為交流電網(wǎng)向直流整流站注入的有功和無功功率；δ為等效的交流單端口網(wǎng)絡(luò)的交流等效電勢與直流接入點交流電壓的相角差；u為直流接入點交流電壓的幅值，δp、δq、δδ、δu分別對應(yīng)的是交流電網(wǎng)注入直流整流站的有功功率的變化量、交流電網(wǎng)注入直流整流站的無功功率的變化量、交流等效電勢與直流接入點交流電壓相角差的變化量和直流接入點交流電壓幅值的變化量；
此時，換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值u1為：
其中，
3-5)計算電流增大后整流器的觸發(fā)角α1為：
3-6)令i0＝i1，ud0＝ud1，α0＝α1，若α0＞αmin，則返回步驟3-2)；否則，轉(zhuǎn)至步驟3-7)；
3-7)由直流當(dāng)前運(yùn)行方式?jīng)Q定的直流最大運(yùn)行功率為δpmax.on為：
pmax.on＝ud0i0。
本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明方法在系統(tǒng)大擾動故障下，利用直流的緊急功率支援能力，快速有效調(diào)節(jié)注入交流系統(tǒng)的直流功率，最大限度彌補(bǔ)送受端電網(wǎng)的暫態(tài)不平衡功率，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。本發(fā)明能夠基于交直流系統(tǒng)的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及交直流電網(wǎng)的固有特性，計算出直流當(dāng)前的功率實時可提升能力，為系統(tǒng)在大擾故障下的緊急控制措施提供明確的可用動作量，一方面確保直流短時最大的緊急支援能力得到充分發(fā)揮，另一方面避免緊急控制指令與直流實際能力的失配，降低或消除緊急功率支援過程中由于交流電壓支撐不足導(dǎo)致的功率提升不達(dá)標(biāo)甚至發(fā)生換相失敗的事故風(fēng)險，提高電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明方法的流程圖；
具體實施方式
下面參照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實施例1：
本實施例的基本原理是：基于直流的當(dāng)前運(yùn)行方式，確定功率實時可提升能力，一方面避免直流功率提升后，直流近區(qū)斷面潮流越過輸送功率極限，破壞交流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，另一方面避免直流緊急功率支援過程中，由于換流站交流電壓過低，不夠維持直流電流跟隨直流功率調(diào)節(jié)裝置輸出的電流整定值，造成直流的實際提升功率不達(dá)標(biāo)，甚至由于電壓的大幅度跌落導(dǎo)致?lián)Q相失敗的問題。該方法在考慮直流過負(fù)荷能力的前提下，綜合考慮交流系統(tǒng)和直流本身運(yùn)行方式的制約，基于準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方程，計算直流功率的實時最大可提升能力。對于交流輸電斷面的約束，在已知網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)潮流轉(zhuǎn)移比和線路穩(wěn)定限額，以及斷面實時運(yùn)行功率可以估算出直流允許提升的最大功率；對于直流本身的制約因素，分析最常采用的整流站定電流，逆變站定電壓控制方式下的直流實時可提升能力，采用攝動法，逐漸增大直流電流，計及直流輸送有功和無功消耗的增大對交流電壓的影響，計算出此時整流器的觸發(fā)角，在此迭代計算過程中，當(dāng)觸發(fā)角剛好降至最小觸發(fā)角時，直流控制方式即將轉(zhuǎn)為最小觸發(fā)角控制，此時的功率即為由直流本身的運(yùn)行方式?jīng)Q定的最大可實時提升功率。其具體實施步驟如圖1所示。
圖1中步驟1描述的是受制于直流本身能力約束的最大可提升功率的計算方法。
首先獲得直流能夠短時(一般為2小時)安全運(yùn)行的最大過負(fù)荷功率pmax.dc，則受制于直流本身能力約束的最大可提升功率δpmax.dc為：
δpmax.dc＝pmax.dc-p0
其中，p0為當(dāng)前直流有功功率。
圖1中步驟2描述的是根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)前的運(yùn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式，確定由交流系統(tǒng)斷面輸送能力決定的直流最大可提升功率為δpmax.ac，具體如下。
設(shè)與直流輸送功率存在耦合性的交流斷面為端面j，其傳輸功率的穩(wěn)定極限為pjmax，因此受制于斷面j的穩(wěn)定運(yùn)行極限，直流最大允許提升的功率為：
式中，pj0為斷面j當(dāng)前的運(yùn)行潮流；kj為增大單位功率的直流量時斷面j潮流的變化值。
若與直流輸送功率存在耦合性的交流斷面有n個，則受制于n個耦合斷面潮流穩(wěn)定運(yùn)行極限，直流最大允許可提升功率為：
δpmax.ac＝min(δpmax.ac(1),δpmax.ac(j)…δpmax.ac(n))(j＝1,2……n)。
圖1中步驟3描述的是根據(jù)直流當(dāng)前運(yùn)行方式確定實時可運(yùn)行的最大功率pmax.on。則受制于直流運(yùn)行方式約束的最大可提升功率δpmax.on為：
δpmax.on＝pmax.on-p0
根據(jù)直流當(dāng)前運(yùn)行方式確定實時可運(yùn)行的最大功率的方法，具體如下：
3-1)監(jiān)測當(dāng)前直流電流平均值i0，整流站極對地直流電壓ud0，整流器的觸發(fā)角α0，設(shè)整流站每相的換相電抗為xr1，直流回路電阻為r，以及直流允許運(yùn)行的最小觸發(fā)角為αmin(一般為5°)。
當(dāng)α0＞αmin時，轉(zhuǎn)至步驟3-2)，否則，直接轉(zhuǎn)至步驟3-7)。
3-2)計算得到換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值u0為：
其中，n1為換流站每極中的6脈動換流器數(shù)。
整流站直流功率pd0為：
pd0＝ud0i0
換流站消耗的無功功率q0為：
3-3)設(shè)電流的增大幅度為δi，則增大的電流i1為：
i1＝i0+δi
計算電流增大后的直流電壓ud1和直流功率pd1為：
ud1＝ud0+rδi
pd1＝ud1i1
3-4)根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)下交流側(cè)的雅克比矩陣和整流站換流器消耗的無功變化求取電流增大后的換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值，具體方法如下。
從直流接入點來看，交流系統(tǒng)的端口特性可以用雅克比矩陣方程表示為
其中，p和q分別為交流電網(wǎng)向直流整流站注入的有功和無功功率；δ為等效的交流單端口網(wǎng)絡(luò)的交流等效電勢與直流接入點交流電壓的相角差；u為直流接入點交流電壓的幅值，δp、δq、δδ、δu分別對應(yīng)的是交流電網(wǎng)注入直流整流站的有功功率的變化量、交流電網(wǎng)注入直流整流站的無功功率的變化量、交流等效電勢與直流接入點交流電壓相角差的變化量和直流接入點交流電壓幅值的變化量。
此時，換流變壓器閥側(cè)空載線電壓有效值u1為：
其中，
3-5)計算電流增大后整流器的觸發(fā)角α1為：
3-6)令i0＝i1，ud0＝ud1，α0＝α1，若α0＞αmin，則返回步驟3-2)。否則，轉(zhuǎn)至步驟3-7)。
3-7)由直流當(dāng)前運(yùn)行方式?jīng)Q定的直流最大運(yùn)行功率為：
pmax.on＝ud0i0
圖1中步驟4描述的是綜合多個限制因素的直流功率實時提升能力的計算方法，具體為：
δpmax＝min(δpmax.ac,δpmax.dc,δpmax.on)
圖1中步驟5描述的是在線暫態(tài)穩(wěn)定校核過程，具體為：基于在線實時數(shù)據(jù)，校核當(dāng)直流功率提升至p＝p0+δpmax時交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，若暫態(tài)穩(wěn)定裕度小于系統(tǒng)允許的運(yùn)行下限時，令δpmax＝δpmax-δp，重新校核當(dāng)直流功率提升至p＝p0+δpmax時交流系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，其中δp為逐漸降低校核功率的梯度值，其取值越小，則得到的直流實時可提升功率越精確；否則，當(dāng)δpmax＞0時，說明直流功率實時提升能力為δpmax；當(dāng)δpmax≤0時，說明該直流不具備實時功率提升能力。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本申請的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。