多回直流线路紧急功率支援协调优化方法及装置与流程

本发明涉及电力系统自动化技术领域，特别涉及一种多回直流线路紧急功率支援协调优化方法及装置。

背景技术

直流输电系统因在大容量远距离等方面具有一定优势，近年来得到快速发展。随着电网规模的不断扩大和直流技术的持续进步，越来越多的直流线路陆续建成投产，电网结构特征变得更加复杂和多样，同时也给电网系统的安全稳定运行带来了新的问题。直流输电线路可以快速调节有功功率和无功功率，利用该特点进行直流功率紧急支援的潜力巨大。充分发挥其快速调节特性，可实现直流线路对交流系统的紧急功率支援。与其他紧急控制措施如切除发电机、切除负荷、动态电阻制动等相比，紧急直流功率支援具有快速可靠、调节容量大等优点，已成为一种经济可行的紧急控制手段。

直流紧急功率支援一般应用在以下几个方面：(1)在交直流混联系统中，若交流线路出现故障，可利用直流备用容量或短时过负荷能力来承担原交流输送的部分或全部功率；(2)多馈入直流系统中若某条直流因故停运，可利用正常运行的直流备用容量或短时过负荷能力来承担停运直流线路的部分或全部功率；(3)若交流系统中突然出现大量的功率缺额，可利用与其相连的直流来快速补充功率缺额以缓解交流系统中的频率问题。

然而，实际系统中直流功率支援受到各种因素的限制，如换流阀的过负荷能力、冷却系统的工作状态、送受端的无功补偿能力以及电网强度等。目前国内外对于直流紧急功率支援进行了诸多研究，但现有的研究多集中于分析紧急功率支援的影响因素，且多为定性分析。关于直流线路紧急功率支援的参数整定没有系统的分析方法，对于多回直流的紧急功率支援协调配合问题，并没有深入展开。

技术实现要素：

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

由于不同故障对于电力系统的影响不同；直流功率调制的参数不同，对故障稳定后的效果不同；不同直流线路与系统的电气联系不同，调制效果也不同。因此有必要对于多回直流线路紧急功率支援协调控制进行研究。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种多回直流线路紧急功率支援协调优化方法，该方法可以在交流电网发生故障时提供功率支援，快速稳定联络线功率及系统频率，提高电网的稳定运行水平。

本发明的另一个目的在于提出一种多回直流线路紧急功率支援协调优化装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种多回直流线路紧急功率支援协调优化方法，包括以下步骤：建立多回直流线路的紧急功率支援协调优化模型；根据粒子群优化得到直流线路的紧急功率支援参数；根据所述紧急功率支援协调优化模型和所述紧急功率支援参数得到紧急功率支援策略，以在交流电网故障时根据所述紧急功率支援策略提供功率支援。

本发明实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法，根据不同故障情况计算出最优紧急控制策略，并在发生故障时提供功率支援，通过多回直流联络线可快速补充功率，稳定交流联络线的功率波动，保持系统频率稳定，有效解决交流电网系统因故障产生大量功率缺额的情况，通过智能算法对控制参数进行优化，提高多回直流线路的灵活及协调控制，从而可以在交流电网发生故障时提供功率支援，快速稳定联络线功率及系统频率，提高电网的稳定运行水平。

另外，根据本发明上述实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述紧急功率支援协调优化模型为：

其中，t为仿真时间、l为交流联络线个数、δpl为联络线l的有功功率偏差、pl0为联络线l的预设功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据粒子群优化得到直流线路的紧急功率支援参数，进一步包括：根据系统的典型故障得到所述紧急功率支援参数的预设范围；初始化所述粒子群中每个粒子的位置和速度；根据粒子的当前状态更新所述粒子的位置和速度；根据每个粒子的适应值更新粒子的个体最优值与全局最优值；判断所述个体最优值与所述全局最优值是否满足预设条件，并在满足预设条件时，输出所述紧急功率支援参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，粒子的位置和速度更新公式为：

其中，i为第i个粒子、d为第d个维度、ω为惯性权重、c1和c2为学习因子、r1和r2为随机数，r1和r2取值范围为[0，1]。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种多回直流线路紧急功率支援协调优化装置，包括：建模模块，用于建立多回直流线路的紧急功率支援协调优化模型；优化模块，用于根据粒子群优化得到直流线路的紧急功率支援参数；支援模块，用于根据所述紧急功率支援协调优化模型和所述紧急功率支援参数得到紧急功率支援策略，以在交流电网故障时根据所述紧急功率支援策略提供功率支援。

本发明实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置，根据不同故障情况计算出最优紧急控制策略，并在发生故障时提供功率支援，通过多回直流联络线可快速补充功率，稳定交流联络线的功率波动，保持系统频率稳定，有效解决交流电网系统因故障产生大量功率缺额的情况，通过智能算法对控制参数进行优化，提高多回直流线路的灵活及协调控制，从而可以在交流电网发生故障时提供功率支援，快速稳定联络线功率及系统频率，提高电网的稳定运行水平。

另外，根据本发明上述实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，所述紧急功率支援协调优化模型为：

其中，t为仿真时间、l为交流联络线个数、δpl为联络线l的有功功率偏差、pl0为联络线l的预设功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述优化模块包括：确定单元，用于根据系统的典型故障得到所述紧急功率支援参数的预设范围；初始化单元，用于初始化所述粒子群中每个粒子的位置和速度；第一更新单元，用于根据粒子的当前状态更新所述粒子的位置和速度；第二更新单元，用于根据每个粒子的适应值更新粒子的个体最优值与全局最优值；判断单元，用于判断所述个体最优值与所述全局最优值是否满足预设条件，并在满足预设条件时，输出所述紧急功率支援参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，粒子的位置和速度更新公式为：

其中，i为第i个粒子、d为第d个维度、ω为惯性权重、c1和c2为学习因子、r1和r2为随机数，r1和r2取值范围为[0，1]。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的三区域互联系统示意图；

图3为根据本发明一个实施例的粒子群算法流程图；

图4为根据本发明一个实施例的优化结果对比图；

图5为根据本发明一个实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法。

图1是本发明一个实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法的流程图。

如图1所示，该多回直流线路紧急功率支援协调优化方法包括以下步骤：

在步骤s101中，建立多回直流线路的紧急功率支援协调优化模型。

在本发明的一个实施例中，其中，紧急功率支援协调优化模型为：

其中，t为仿真时间、l为交流联络线个数、δpl为联络线l的有功功率偏差、pl0为联络线l的预设功率。

具体而言，如图2所示，区域a与区域b通过多回交流线路互联，区域a与区域c通过多回直流线路互联。若直流联络线运行在定功率模式，当区域a或区域b发生交流线路故障产生功率缺额时，会引起交流联络线功率波动以及区域a和区域b的系统频率变化。若联络线功率波动过大，超过线路热稳极限，则有可能引起系统稳定问题。当区域c的系统容量比较大时，通过直流功率调制对区域c频率的影响在可接受的范围内，则可通过直流联络线紧急功率支援来调节交流联络线的功率波动以及区域a与区域b的频率。

优化目标：

交流联络线有功功率偏差最小：

式中，t为仿真时间；l为交流联络线个数；δpl为联络线l的有功功率偏差；pl0为联络线l的计划功率。

约束条件：

式中，第一项约束为各个直流线路功率调制的上下限约束；第二项约束保证任意两台发电机功角差小于180°；第三项约束保证任意母线电压小于0.75p.u.的时间小于1s；第四项约束保证系统频率小于45hz的时间小于1s。

在步骤s102中，根据粒子群优化得到直流线路的紧急功率支援参数。

可以理解的是，本发明实施例利用粒子群智能优化算法求解直流线路紧急功率支援参数。由于交直流电力系统结构复杂，数学建模困难，因此，本发明实施例采用粒子群算法进行目标优化和参数选取。

具体而言，pso(particleswarmoptimization，粒子群算法)，它的基本概念源于对鸟群觅食行为的研究。属于进化算法的一种，它不需求方针函数的梯度信息，只依托函数值。从随机解出发，通过迭代寻找最优解，通过适应度来评价解的品质，通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。粒子群算法具有实现容易、精度高、收敛快等优点，并且在解决实际问题中展示了其很好的适应性和优越性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据粒子群优化得到直流线路的紧急功率支援参数，进一步包括：根据系统的典型故障得到紧急功率支援参数的预设范围；初始化粒子群中每个粒子的位置和速度；根据粒子的当前状态更新粒子的位置和速度；根据每个粒子的适应值更新粒子的个体最优值与全局最优值；判断个体最优值与全局最优值是否满足预设条件，并在满足预设条件时，输出紧急功率支援参数。

其中，在本发明的一个实施例中，其中，粒子的位置和速度更新公式为：

其中，i为第i个粒子、d为第d个维度、ω为惯性权重、c1和c2为学习因子、r1和r2为随机数，r1和r2取值范围为[0，1]。

具体而言，粒子群算法通过设计一种无质量的粒子来模拟鸟群中的鸟，在d维空间里，粒子仅具有两个属性：速度vi＝(vi1,vi2,…vid)和位置xi＝(xi1,xi2,…xid)，速度代表移动的快慢，位置代表移动的方向。每个粒子在搜索空间中单独的搜寻最优解，并将其记为当前个体极值pi＝(pi1,pi2,…pid)，并将个体极值与整个粒子群里的其他粒子共享，找到最优的那个个体极值作为整个粒子群的当前全局最优解pg＝(pg1,pg2,…pgd)，粒子群中的所有粒子根据自己找到的当前个体极值和整个粒子群共享的当前全局最优解来调整自己的速度和位置。其速度与位置更新公式如下：

其中，i为第i个粒子、d为第d个维度、ω为惯性权重、c1和c2为学习因子、r1和r2为随机数，r1和r2取值范围为[0，1]。

粒子群算法主要分为以下几个步骤：

1、初始化粒子群，包括种群规模，最大迭代次数，每个粒子的初始位置和速度；2、评价粒子，即计算适应值；3、寻找个体极值；4、寻找全局最优解；5、修改粒子的速度和位置。其算法流程图如附图3所示，具体优化步骤：

步骤s1，确定系统的典型故障，确定直流线路紧急功率支援参数的初始范围；

步骤s2，初始化粒子群，随机初始化粒子的位置和速度，设置算法基本参数，如惯性权重、学习因子、最大迭代次数、粒子速度范围等；

步骤s3，粒子状态更新，计算粒子的速度与位置；

步骤s4，仿真计算每个粒子的适应值，更新粒子的个体最优值与全局最优值；

步骤s5，检验是否达到终止条件，满足精度要求、达到最大迭代次数则输出最优解，否则转入步骤s3。

在步骤s103中，根据紧急功率支援协调优化模型和紧急功率支援参数得到紧急功率支援策略，以在交流电网故障时根据紧急功率支援策略提供功率支援。

下面将通过具体实施例对多回直流线路紧急功率支援协调优化方法进行进一步阐述。

本发明实施例通过算例来说明该方法的有效性，如图2所示，区域a与区域b间通过三回交流线路互联，区域b与区域c间通过两回直流线路互联。故障为区域b内p电厂在1s时跳机，产生功率缺额1750wm。采取以下控制方法稳定区域a与区域b的联络线功率及系统频率，优化参数为直流调制起始时间、结束时间、调制功率。

方法一：不采取措施；

方法二：两条直流线路平均分摊功率缺额；

方法三：上文提出的优化方法进行功率分配和参数优化。

不同方法的直流调制参数如表1所示。其中，表1为直流功率调制参数表。

表1

仿真结果如附图4所示，可以看出，不采取紧急控制措施时系统频率持续下降，三条交流联络线有功功率迅速攀升。而采取直流紧急功率控制后，系统频率可以快速稳定下来，三条交流联络线的功率变化幅度更小。相比方法二的平均分配功率来说，本发明实施例提出的优化方法使交流联络线功率偏差更小并快速稳定，同时系统频率相对于初始稳态偏差更小。

综上，本发明实施例的方法具有以下有益效果：

(1)建立了多回直流线路紧急功率支援协调优化方法，交流系统中突然出现大量的功率缺额时，利用直流调制来快速弥补功率缺额及稳定系统频率，多回直流协调控制可提升系统的稳定性和灵活性。

(2)采用了粒子群智能算法，对于直流线路紧急功率支援的参数进行了整定，可预先生成控制策略表。

根据本发明实施例提出的多回直流线路紧急功率支援协调优化方法，根据不同故障情况计算出最优紧急控制策略，并在发生故障时提供功率支援，通过多回直流联络线可快速补充功率，稳定交流联络线的功率波动，保持系统频率稳定，有效解决交流电网系统因故障产生大量功率缺额的情况，通过智能算法对控制参数进行优化，提高多回直流线路的灵活及协调控制，从而可以在交流电网发生故障时提供功率支援，快速稳定联络线功率及系统频率，提高电网的稳定运行水平。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置。

图5是本发明一个实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置的结构示意图。

如图5所示，该多回直流线路紧急功率支援协调优化装置10包括：建模模块100、优化模块200和支援模块300。

其中，建模模块100用于建立多回直流线路的紧急功率支援协调优化模型。优化模块200用于根据粒子群优化得到直流线路的紧急功率支援参数。支援模块300用于根据紧急功率支援协调优化模型和紧急功率支援参数得到紧急功率支援策略，以在交流电网故障时根据紧急功率支援策略提供功率支援。本发明实施例的装置10根据不同故障情况计算出最优紧急控制策略，并在发生故障时提供功率支援，从而可以在交流电网发生故障时提供功率支援，快速稳定联络线功率及系统频率，提高电网的稳定运行水平。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，紧急功率支援协调优化模型为：

其中，t为仿真时间、l为交流联络线个数、δpl为联络线l的有功功率偏差、pl0为联络线l的预设功率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，优化模块200包括：确定单元、初始化单元、第一更新单元、第二更新单元和判断单元。

其中，确定单元，用于根据系统的典型故障得到紧急功率支援参数的预设范围；初始化单元，用于初始化粒子群中每个粒子的位置和速度；第一更新单元，用于根据粒子的当前状态更新粒子的位置和速度；第二更新单元，用于根据每个粒子的适应值更新粒子的个体最优值与全局最优值；判断单元，用于判断个体最优值与全局最优值是否满足预设条件，并在满足预设条件时，输出紧急功率支援参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，其中，粒子的位置和速度更新公式为：

其中，i为第i个粒子、d为第d个维度、ω为惯性权重、c1和c2为学习因子、r1和r2为随机数，r1和r2取值范围为[0，1]。

需要说明的是，前述对多回直流线路紧急功率支援协调优化方法实施例的解释说明也适用于该实施例的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的多回直流线路紧急功率支援协调优化装置，根据不同故障情况计算出最优紧急控制策略，并在发生故障时提供功率支援，通过多回直流联络线可快速补充功率，稳定交流联络线的功率波动，保持系统频率稳定，有效解决交流电网系统因故障产生大量功率缺额的情况，通过智能算法对控制参数进行优化，提高多回直流线路的灵活及协调控制，从而可以在交流电网发生故障时提供功率支援，快速稳定联络线功率及系统频率，提高电网的稳定运行水平。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。