基于广域测量信息的机组强励与直流紧急功率支援协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统安全稳定控制领域，具体设及基于广域测量信息的机组强励 与直流紧急功率支援协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 我国地域广阔，一次能源分布与生产力发展很不平衡，需要大规模远距离输送、大 范围消纳，决定了我国需要采用远距离大容量输电方式。近年来，随着我国"西电东送"计 划的实施，互联电网送电规模增大，电网建设步伐加快，到2020年，我国将建成世界上罕见 的跨区域和远距离传输巨大功率的超高压交、直流混合输电系统，其运行的复杂性和难度 在国际上也是少见的。截至到2014年年底，我国已累计建成交四直"特高压输电工程。 根据国家大气污染防治行动计划实施方案，至2017年底将建成锡盟-泰州、宁东-绍兴、上 海庙-临巧、晋北-南京等4回特高压直流输电工程，W及淮南-南京-上海、锡盟-山东、 蒙西-天津南、愉横-潍坊等4回特高压交流输电工程。随着规模庞大、结构复杂、运行方 式多变的交直流混联大电网的发展，电网的运行特性正在发生重大的变化，由机网协调控 制过渡到机一网一直流S者的协调控制。
[0003] 互联电网系统的结构和运行方式越来越复杂多变，其稳定性一旦遭到破坏，必将 造成巨大的经济损失和灾难性的后果。利用大容量高压直流快速可控性，在电网遭受大扰 动后通过直流紧急功率支援减少临界群机组的加速能量可有效改善互联电网大扰动后的 暂态稳定性，减少切机切负荷控制代价。目前，直流紧急功率支援在改善系统暂态稳定性方 面已有深入研究并得到工程应用。但上述研究仍未解决两个问题：
[0004] 1)没有考虑大容量直流紧急功率支援导致直流近区交流线路功率激增，继而可能 引发的线路过载或沿线电压降低，进而影响直流紧急功率支援效果。
[0005] 2)目前直流紧急功率支援通常作为电网大扰动后的单一控制措施，缺乏与传统切 机切负荷控制的协调；而且，控制措施基本依赖于离线策略，大功率潮流转移可能严重的过 控。
[0006] 文献《基于广域测量系统的发电机强励控制方案》（电力系统保护与控制，2013年 3月，第41卷，第6期）提出通过提高故障后临界群机组励磁电压来改变系统等值电磁功 率，从而影响系统暂态稳定性。运为解决上述第一类问题提供了思路。
[0007] 广域测量系统给电力系统的监测、分析和控制提供了新的手段。目前实用的相量 测量单元PMU可在广域范围内同步采集多类电网运行状态信息，包括母线电压相位、发电 机内电势、功角等并能W较小的延时传递到数据中屯、站并完成同步处理。而扩展等面积准 则巧EAC)可对系统动态轨迹进行量化分析评估，提供详细的稳定裕度、分群及等值单机系 统的功角、加速功率等信息。运为解决上述第二类问题提供了思路。
[0008] 专利号为化200910026801. 4、专利名称为"电力系统暂态安全稳定模式中元件参 与因子识别方法"中披露了一种暂态功角稳定发电机分群模式中发电机参与因子的识别方 法。该方法可W为本发明所利用，通过计算获取临界群中各发电机的暂态功角稳定发电机 分群模式中的参与因子。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的是：基于广域测量系统提供的广域测量信息，通过同步电源强励、常 规切机切负荷及直流紧急功率支援实现源-网-直流的协调控制，并优先发挥直流紧急功 率支援来降低切机切负荷控制代价；同时，利用与直流功率波动灵敏度较大的同步机组强 励来稳定直流近区电压，从而提高直流紧急功率支援控制效果和系统暂态稳定裕度。
[0010] 具体地说，本发明是采用W下的技术方案来实现的，包括下列步骤：
[0011] 1)离线潮流计算机组与直流的相关系数W及交流线路与直流的相关系数，根据广 域测量信息生成的系统实时运行工况，执行步骤2)~6)，所述广域测量信息包括发电机功 角、线路实时输送功率和直流输送功率；
[0012] 2)根据直流控制系统提供的直流实时运行状态信息，确定可参与紧急功率支援的 直流集合D ;
[0013] 3)对预想故障集中各个预想故障进行时域仿真，利用扩展等面积准则对仿真结果 进行量化分析，获取发电机分群和稳定裕度信息，并针对其中稳定裕度为负的预想故障F， 执行步骤3-1)~3-3)，所述发电机分群信息包括临界群信息和余下群信息：
[0014] 3-1)计算直流集合D中各个直流的紧急功率支援优先级指标和功率支援方向；
[0015] 3-2)根据交流线路输送功率水平和交流线路与直流的相关系数确定当前工况下 直流集合D中各个直流的紧急支援功率最大值，再对直流集合D进行求和得到允许的直流 紧急支援功率最大值A Dm。、；
[0016] 3-3)利用扩展等面积准则计算针对预想故障F的直流紧急支援目标功率AD，并 对该预想故障的离线切机切负荷策略进行修正；
[0017] 4)当监测到预想故障F发生后，执行修正后的离线切机切负荷控制措施，并令直 流集合D中按直流紧急功率支援优先级指标由大到小排序的前L个直流执行紧急功率支 援，其中L的数值根据运L个直流系统的紧急支援功率最大值总和不小于直流紧 i=l. 急支援目标功率A D为目标来确定；
[001引 5)利用扩展等面积准则计算得到的发电机分群信息，根据机组与直流的相关系数 从临界群机组中提取直流相关机组，并发送强励启动命令，所述直流相关机组是与实施紧 急功率支援直流相关的机组；
[0019] 6)根据广域测量系统提供的机组实时功角信息，利用扩展等面积准则计算系统等 值单机的功角，当等值单机的功角开始反摆时，向临界群中的直流相关机组发送强励退出 命令，向余下群中的直流相关机组发送强励启动命令。
[0020] 上述技术特征的进一步特征在于，所述步骤1)中离线潮流计算机组与直流的相 关系数W及交流线路与直流的相关系数的方法如下：
[0021] 设第i个直流的输送功率摄动为APdi,保持第i个直流两侧换流站交流母线电压 恒定，通过离线潮流计算全网交流线路的有功功率变化和机组无功功率变化，依线路有功 功率变化绝对值由大到小次序取前N条交流线路，依机组无功功率变化绝对值由大到小次 序取M台机组，利用公式（I)计算各机组与第i个直流的相关系数W及各交流线路与第i 个直流的相关系数：
[002引式中，町.，1为第j个交流线路与第i个直流的相关系数，r 为第k个机组与第 i个直流的相关系数，其中j = 1，2，…，N，k = 1，2，…，M ;APl.为第j个交流线路的有 功功率变化，A Qc k为第k个机组的无功功率变化，A Q C m为第m个机组的无功功率变化。 [0024] 上述技术特征的进一步特征在于，步骤3-1)中直流集合D中各个直流的直流紧急 功率支援优先级指标和功率支援方向的确定方法如下； 阳0巧]1)利用专利号为化200910026801. 4、专利名称为"电力系统暂态安全稳定模式中 元件参与因子识别方法"中的暂态功角稳定发电机分群模式中发电机参与因子的识别方 法，获取临界群中各发电机的暂态功角稳定发电机分群模式中的参与因子，利用公式（2) 进行计算：
[0027] 上述式中，；C.,为第i个直流的整流侧换流站与临界群之间的综合电气距离和， 为第i个宜流自勺逆变侧换流站?与临界群之1'司自勺综合电气距离和，知临界群中第J个 发电机的暂态功角稳定发电机分群模式中的参与因子，为临界群中第j个发电机与第 i个直流的整流侧换流站交流母线之间的电气距离、记,,，为临界群中第j个发电机与第i 个直流的逆变侧换流站交流母线之间的电气距离，S为临界群中发电机台数；
[00測。若柏乂1,.，则对预想故障F而言，第i个直流的功率紧急支援方向为提升功 率、直流紧急功率支援优先级指标等于;;反之，第i个直流的功率紧急支援方向为回 降功率，直流紧急功率支援优先级指标等于1/Z。^,,,.。
[0029] 上述技术特征的进一步特征在于，步骤3-2)中直流集合D中各个直流的紧急支援 功率最大值的计算方法如下：
[0030] 首先基于直流紧急功率支援优先级指标对直流集合D中的各个直流排序，利用公 式（3)确定各个直流的紧急支援功率最大值： 阳的1 ] ADmax.1= min (a1?Prate. l-Pac。，ADACLim.1)做
[0032] 其中，A Dmgti为第i个直流的紧急支援功率最大值，a 1为第i个直流允许的紧急 调制倍数，Prate. 1为第i个直流的额定容量，P。。1. 1为第i个直流的当前输送功率，A D ACUm. 1为 受N个交流线路输电能力限制的第i个直流的紧急支援功率上