一种多直流送端电网的故障后功率缺额优化分摊方法与流程
本发明涉及一种多直流送端电网的故障后功率缺额优化分摊方法，属于电网调度技术领域。
背景技术
随着我国直流工程规模不断扩大，直流输电运行方式对交流系统的稳定影响不断加深，与受端负荷中心系统相比，送端能源基地的交流系统普遍具有规模小、装机规模大、网架结构薄弱等特点，系统发生扰动后送端交流系统频率问题更加突出。
我国直流送端电网多为水电等清洁能源高占比系统，水电机组因抑制水锤效应产生的超低频振荡而改造调速器参数，引起水电机组一次调频能力大幅降低；部分主力调频水电厂送出通道长期满载，一旦发生直流闭锁等大功率缺额故障后，部分省级控制区可调出自动发电控制(automaticgenerationcontrol，agc)机组备用受限，不利于扰动后全网频率和功率的快速恢复；电网配置了交安控切机、直流频率控制(frequencycontrol，fc)等系统投运后，多类控制措施缺乏协调优化，欠调过调将对电网运行产生不利影响；电网频率恢复后各区域备用及联络线计划主要由调度员凭借经验制定和修改，电网运行效率较低。
文献一《华东电网动态区域控制误差应用分析》(电力系统自动化2010年底34卷第8期第106页)披露了一种考虑大功率区外来电失去或大功率机组跳闸时的备用共享方法，是利用控制区之间联络线功率控制责任的转移，实现控制区之间的故障支援、外部扰动发生时的协调控制等任务，并着重探讨了各省市的分配原则以及与评价考虑标准的配合方式。
文献二《特高压直流闭锁后省间紧急功率支援的协调优化调度策略》(中国电机工程学报2015年第35卷第11期第2695页)披露了一种适应于特高压直流闭锁后的省间紧急功率支援优化调度策略，考虑了各区域间可用输电能力和区域内各类机组调节性能和控制方式，建立了两级调度机组的电量分配方法，通过网省两级协调控制结构实现省间紧急功率支援。
文献三《基于修正区域控制偏差的多区域协同控制应用技术(二)问题建模与改进方法》(电力系统自动化2017年第41卷第2期第121页)披露了一种考虑省内实际可用备用容量的分配方案，建立了备用计算优化模型，该模型计及agc机组备用容量和运行约束，获取可调出备用容量，并在故障恢复过程中利用安全约束调度技术提高电网运行可靠性。
文献一提出了动态区域控制误差(ace)技术建立在电网发电资源满足预先配置原则的基础上，当受端电网内资源状态发生变化时缺乏适时调整方案，当某些省市的备用容量不足时，可能导致频率长时间无法恢复；动态ace策略启动时间较长，难以快速支撑频率恢复；调整后采用人工复归方式，由于电网运行情况不断变化，对调度人员的相关操作要求较高。
文献二和文献三针对受端电网提出了考虑断面约束的多区域备用共享方案，在计算可用输电容量和区域内可调备用时都建立了优化模型，在线计算时需要优化算法计算最优解，计算效率较慢，难以适用故障后电网运行情况的快速变化；未考虑控制完成后的复归方式，难以在实际电网运行中实用化。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多直流送端电网的故障后功率缺额优化分摊方法，解决现有技术中故障后电网难以快速支撑频率恢复的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种多直流送端电网的故障后功率缺额优化分摊方法，所述方法包括如下步骤：
a、实时采集电网频率数据，当电网频率达到判定故障发生门槛时，电力调度控制分中心对各省级控制区进行故障判别和定位，并计算全网实际功率缺额量；
b、计算各省级控制区的功率缺额分摊量；
c、判断各省级控制区之间联络线断面潮流是否满足安全约束：
若满足安全约束条件，则通过转发遥调的方式直接将功率缺额分摊量下发至各省级控制区；若不满足安全约束条件，则计算相应省级控制区等效发电灵敏度，进一步对所述功率缺额分摊量进行修正，再通过转发遥调的方式将修正后的功率缺额分摊量下发至各省级控制区；
d、判断转发至省级控制区的遥调值与省级控制区的返回值二者间的偏差是否大于预设安全门槛值，若偏差不大于预设安全门槛值，则返回步骤a，重新采集电网频率数据；否则，立即停止功率缺额分摊控制过程；
e、选取功率缺额分摊量复归方式，将分摊至各省级控制区的功率缺额分摊量复归至0。
进一步的，所述电力调度控制分中心根据反映省级控制区有功功率平衡偏差量的区域控制偏差数据和电网频率偏差对各省级控制区进行故障判别，发生故障的省级控制区满足如下判据：
其中：
acei＝k(fa-fs)+(pa-ps)(2)
式中，fa为电网频率数据；fs为电网频率基准值；ftrg为电网频率偏差的故障判定门槛值；acei为省级控制区i的区域控制偏差数据；acetrg为区域控制偏差的故障判定门槛值；k为电网的频率偏差系数；pa为联络线功率数据，向省级控制区外部输出为正；ps为从电力调度控制分中心获得的联络线功率计划数据。
进一步的，计算全网实际功率缺额量考虑直流频率控制动作的回退过程，在计算中将直流频率控制调整量额外增加到功率缺额量计算中，全网实际功率缺额量的计算公式如下：
δp＝ball×(fa-fs)+(preg-psche)(3)
其中，δp为全网实际功率缺额量；ball为预先设定的全网频率偏差系数；fa为电网频率数据；fs为电网频率基准值；preg为直流频率控制动作后多条直流功率总加；psche为当前直流功率计划值。
进一步的，计算各省级控制区的功率缺额分摊量的具体方法如下：
计算发生故障的省级控制区的可用机组备用总量：
其中，
计算各省级控制区的功率缺额分摊比例：
其中，
省级控制区的功率缺额分摊量δpm的计算公式如下：
进一步的，对所述功率缺额分摊量进行修正的具体方法如下：
计算省级控制区等效发电灵敏度：
式中：gm,l为省级控制区内机组总加的等效发电灵敏度；n为省级控制区内机组个数；gg,l为机组g的等效发电灵敏度；
根据修正前的功率缺额分摊量
其中：minf为求最小值函数；m为参与分摊的省级控制区个数；n为所需修正的省级控制区的个数；
进一步的，功率缺额分摊量复归方式包括如下几种：
(1)立即定时间斜线恢复：调度员手动启动恢复后，在预设时间尺度内功率缺额分摊量按照斜线复归至零，所述斜线斜率为
其中，ksettime为功率缺额分摊量复归的斜线斜率；δpm为实际下发至省级控制区的功率缺额分摊量；tset为预设恢复时间；
(2)到达计划值修改点，再定时间斜线恢复：调度员手动启动恢复后，根据当前电力系统时间自动延时到最近的一个发电计划值修改点(整点开始，每隔15分钟修改一次)才开始正式进入恢复过程，然后在预设时间内将功率缺额分摊量按照斜线复归至零；
(3)立即恢复：调度员手动启动立即恢复后，功率缺额分摊量立即跳0，故障后功率缺额分摊过程立即结束。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：在电力调度控制分中心向省级控制区转发数据中加入安全返校逻辑，并实现了大功率缺额分摊量的自动复归，实现了故障后的大功率缺额多区域协调优化分摊，确保了扰动后多直流送端电网频率快速恢复和安全高效运行。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是三种复归方式控制原理图；
图中：δps'为大功率缺额分摊量；t为延迟复归时间，可人工设置。
具体实施方式
本发明提供的多直流送端电网的故障后功率缺额优化分摊方法，包括：读取电网相关数据并对数据进行分析和处理；计算省级控制区的功率变化量，对故障省级控制区进行判定和定位；计算多种控制措施工作后的全网实际功率缺额量；计算各省级控制区功率缺额分摊量并进行安全返校：如果违反安全约束，通过区域等效发电灵敏度计算各省级控制区缺额功率分摊修正量；通过转发遥调的方式将功率缺额分摊量下发至各省级控制区，复归至零。该方法通过考虑多直流送端电网故障后多级调度多类控制措施动作情况，实现了故障后的大功率缺额多区域协调优化分摊，确保了扰动后多直流送端电网频率快速恢复和安全高效运行。
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供的多直流送端电网的故障后功率缺额优化分摊方法，包括如下步骤：
步骤一：在电力调度控制分中心(以下简称分中心)自动发电控制(automaticgenerationcontrol，agc)应用中读取直属控制区域内部的电网频率数据；
步骤二：在分中心下属的省级控制区的agc应用中读取本地的电网频率数据、省级控制区对外的联络线功率数据和接收分中心转发获得的联络线计划数据。
步骤三：计算能够反映省级控制区有功功率平衡偏差量的区域控制偏差(areacontrolerror，ace)数据。ace数据需要agc应用通过对电网频率数据、联络线功率数据和联络线计划数据进行计算后获得，计算方法为：
acei＝k(fa-fs)+(pa-ps)(1)
其中，acei为省级控制区i的ace数据；k为电网的频率偏差系数；fa为电网频率数据；fs为电网频率基准值，一般为取50hz；pa为联络线功率数据，向区域外部输出为正；ps为从分中心获得的联络线功率计划数据。
步骤四：分中心监视电网频率数据变化，当电网频率偏差超过0.1hz时，分中心根据省级控制区ace数据和电网频率偏差量的实时数据变化，根据ace和电网频率偏差的正负号，结合ace数值等形成的综合判据定位到扰动源；若分中心未能根据综合判据找到发生故障的省级控制区，则判定为是分中心管辖区域内部故障，并保存在agc应用的历史记录中。
电力调度控制分中心根据反映省级控制区有功功率平衡偏差量的区域控制偏差数据和电网频率偏差对各省级控制区进行故障判别，发生故障的省级控制区满足如下判据：
式中，ftrg为电网频率偏差的故障判定门槛值；acetrg为区域控制偏差的故障判定门槛值；
步骤五：当电网频率偏差超过0.1hz时，分中心开始计算故障后全网实际功率缺额量。
考虑到故障后安控切机会引起电网频率发生变化：频率升高切除部分机组后，功率缺额减小，实际功率缺额将小于故障瞬间的功率缺额，反映到电网频率的变化，因此在计算功率缺额时需要结合电网频率数据；除此以外，直流频率控制(fc)根据频率偏差情况自动增减输送功率，频率恢复至一定门槛值后将会自动复归，复归过程将原来填补的功率缺额将在频率恢复至一定范围内时释放出来，逐步回吐至电网，这部分最终仍然需要agc机组承担，需要在分摊量中体现出来，因此需要额外增加。
全网实际功率缺额量δp的计算公式如下：
δp＝ball×(fa-fs)+(preg-psche)(3)
其中，ball为预先设定的全网频率偏差系数；fa为电网频率数据；fs为电网频率基准值；preg为直流频率控制动作后多条直流功率总加；psche为当前直流功率计划值。
步骤六：分中心判断故障发生后，根据固定时间段内各省级控制区内部机组已投入和未投入数量、备用容量等因素在线计算发生故障后使用的功率缺额分配比例，主要考虑的因素为：
(61)考虑主力调频水电厂动作过程对其送出断面潮流的影响
其中，tl,t为主要水电输送断面安全约束下限；fa,t为主力水电输送断面时间潮流值；na为在线承担调节的机组的个数；ri,t为承担调节的机组备用容量；
(62)考虑承担调节的agc机组在一定时间内的爬坡速率计算可爬坡容量，作为机组的约束条件进行计算：
其中，
计算省级控制区的功率缺额分摊量的方法具体如下：
计算发生故障的省级控制区的可用机组备用总量：
其中，
其中，
省级控制区的功率缺额分摊量δpm的计算公式如下：
步骤七：监视省级控制区间主要联络线断面潮流是否满足安全约束，计算区域的等效发电灵敏度，对出现违反安全约束的情况对下发的功率缺额分摊量进行修正。
对所述功率缺额分摊量进行修正的具体方法如下：
计算省级控制区等效发电灵敏度：
式中：gm,l为省级控制区内机组总加的等效发电灵敏度；n为省级控制区内机组个数；gg,l为机组g的等效发电灵敏度；
根据修正前的功率缺额分摊量
其中：minf为求最小值函数；m为参与分摊的省级控制区个数；n为所需修正的省级控制区的个数；
步骤八：分中心将计算的各省级控制区功率缺额分摊量通过转发遥调的方式发送至各省级控制区agc应用中，并监视转发至省级控制区的遥调值和省级控制区返回值偏差是否大于预设安全门槛值，当偏差超过安全门槛值立即停止大功率缺额分摊控制过程。
转发过程中采用安全返校逻辑，分中心采用遥调转发省级控制区功率缺额分摊量实时发送至各省级控制区，省级控制区接收到分中心转发的遥调值以后将该值再采用遥调转发至分中心控制区，增加了转发遥调过程中的返校功能，防止因传输数据错误导致误控现象发生。
步骤九：当频率恢复后调度员可采取多种缺额分摊量自动复归方式，根据联络线计划修改进度和各省级控制区内部机组备用置换速度，将分摊至各省级控制区的功率缺额量自动复归至零。如图2所示，实例电网中省级控制区将分中心转发的功率缺额分摊量直接替换省级控制区ace，因此取名为动态ace。动态ace的复归过程主要有以下几种方式：
(1)立即定时间斜线恢复：调度员手动启动恢复后，在预设时间尺度内功率缺额分摊量按照斜线复归至零，所述斜线斜率为
其中，ksettime为功率缺额分摊量复归过程的斜线斜率；δpm为实际下发至省级控制区的功率缺额分摊量；tset为预设恢复时间；
(2)到达计划值修改点再定时间斜线恢复：调度员手动启动恢复后，根据当前电力系统时间自动延时到最近的一个发电计划值修改点(整点开始，每隔15分钟修改一次)才开始正式进入恢复过程，然后在预设时间内将功率缺额分摊量按照斜线复归至零，复归过程的斜线斜率计算方法如公式(13)，为ksettime；
(3)立即恢复：调度员手动启动立即恢复后，功率缺额分摊量立即跳0，故障后功率缺额分摊过程立即结束。
根据实例电网的计划修改时间尺度和调度员的操作习惯，选择立即定时间斜线恢复，并设置定时间长度tset为15min。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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