基于多端直流输电系统频率控制方法、装置与存储介质与流程
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种基于多端直流输电系统频率控制方法、装置与存储介质。
背景技术：
如今世界总电力需求逐年增加，多端高压直流输电系统在实现多点之间的功率传输具有较大的灵活性和较好的经济性。对于交流系统而言，频率是衡量功率平衡的一个重要指标，交流区域的发电机通常根据频率的变化来调整各自的输出功率，这种调节方式通常依赖交流系统的调频备用。
目前，对于多端直流输电系统而言，通过直流输电系统相连的不同交流区域他们彼此相互独立，对其它交流区域发生的功率波动或是频率波动情况不太敏感，当部分交流区域发生电力不平衡，出现功率不平衡的情况时，其它交流区域无法根据直流输电系统对发生电力不平衡的交流区域提供功率进行频率调节，而且当发生电力不平衡的交流区域情况严重时，受影响的交流区域系统可能无法及时恢复因电力不平衡产生的频率偏移，以至于可能出现产生大量甩负荷的情况。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种基于多端直流输电系统频率控制方法与装置，当任意一个交流区域发生电力不平衡，出现功率不平衡的情况时，其它交流区域可以有效地利用直流输电系统对发生电力不平衡的交流区域提供功率支撑，从而实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节。
本发明实施例提供了一种基于多端直流输电系统频率控制方法，包括：
实时采集每个换流站交流侧的电网频率；
根据所述电网频率计算每个换流站的直流侧电压；
根据所述直流侧电压计算每个换流站注入所述直流输电系统的功率；
根据所述电网频率满足的预设第一条件、所述换流站中发电机输出功率满足的预设第二条件构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统；
当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统；
根据所述线性化系统对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节。
优选地，所述根据所述电网频率计算每个换流站的直流侧电压，具体包括：
根据公式
其中，
优选地，所述根据所述直流侧电压计算每个换流站注入所述直流输电系统的功率，具体包括：
根据公式
其中，rik表示第i个与第k个换流站相连的线路电阻值；
优选地，所述根据所述电网频率满足的预设第一条件、所述换流站中发电机输出功率满足的预设第二条件构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统，具体包括：
根据公式
其中，ji为发电机的转动惯量，pmi为发电机的输出功率；
根据公式
其中，tsm,i为伺服电动机的时间常数；
联合所述第一预设条件和所述预设第二条件，构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统。
优选地，所述直流输电系统的非线性系统具体为：
其中，k≠i。
优选地，当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统，具体包括：
在电网稳定运行时对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统，所述线性化系统具体为：
其中，
优选地，所述控制变量还包括满足设定的第三预设条件，具体为：
其中，aα为发电机中调速器控制器的增益，aα＝diag(αi)。
优选地，所述根据所述线性化系统对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节，具体包括：
当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，使所述线性化系统在所述控制变量满足的所述第三预设条件控制下进行功率调节，从而实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节。
本发明实施例还提供了一种基于多端直流输电系统频率控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的基于多端直流输电系统频率控制方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的基于多端直流输电系统频率控制方法。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种基于多端直流输电系统频率控制方法的有益效果在于：所述基于多端直流输电系统频率控制方法，包括：实时采集每个换流站交流侧的电网频率；根据所述电网频率计算每个换流站的直流侧电压；根据所述直流侧电压计算每个换流站注入所述直流输电系统的功率；根据所述电网频率满足的预设第一条件、所述换流站中发电机输出功率满足的预设第二条件构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统；当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统；根据所述线性化系统对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节。该方法通过构建直流输电系统的线性系统，当任意一个交流区域发生电力不平衡，出现功率不平衡的情况时，直流输电系统的线性系统可以合理地进行功率调节，使交流区域有效地利用直流输电系统对发生电力不平衡的交流区域提供功率支撑，从而实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多端直流输电系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于多端直流输电系统频率控制方法的流程图；
图3本发明实施例提供的一种未对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域的频率变化曲线图；
图4本发明实施例提供的一种未对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域对应的换流站发电机的输出功率变化曲线图；
图5本发明实施例提供的一种对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域的频率变化曲线图；
图6本发明实施例提供的一种对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域对应的换流站发电机的输出功率变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其是本发明实施例提供的一种多端直流输电系统的结构示意图，所述多端直流输电系统包括n个交流区域、n个换流站及一个直流输电系统；其中所述n个交流区域主要通过所述直流输电系统实现相连，当部分交流区域发生电力不平衡时，所述直流输电系统通过调节每个交流区域经换流站输入到所述直流输电系统的功率来调节交流区域的频率，使得其它交流区域可以参与发生电力不平衡交流区域的频率调节。
请参阅图2，其是本发明实施例提供的一种基于多端直流输电系统频率控制方法的流程图，所述基于多端直流输电系统频率控制方法，包括：
s100：实时采集每个换流站交流侧的电网频率；
s200：根据所述电网频率计算每个换流站的直流侧电压；
s300：根据所述直流侧电压计算每个换流站注入所述直流输电系统的功率；
s400：根据所述电网频率满足的预设第一条件、所述换流站中发电机输出功率满足的预设第二条件构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统；
s500：当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统；
s600：根据所述线性化系统对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节。
在本发明实施例中，对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节主要是进行一次调频，因此所述电网频率需要满足预设第一条件；其中，一次调频控制主要是通过发电机利用调速器控制器调节发电机的输出功率，因此在对所述发电机的输出功率进行条件设置时可以实现对发生电力不平衡的交流区域的频率调节。
在一种可选的实施例中，s200：根据所述电网频率计算每个换流站的直流侧电压，具体包括：
根据公式
其中，
在本实施例中，当所有的交流区域无扰动的情况下，也就是所有的交流区域没有发生电力不平衡时，任意一个换流站的直流侧电压vi与其稳定运行时的直流侧电压
在一种可选的实施例中，s300：根据所述直流侧电压计算每个换流站注入所述直流输电系统的功率，具体包括：
根据公式
其中，rik表示第i个与第k个换流站相连的线路电阻值；
在本实施例中，
在一种可选的实施例中，s400：根据所述电网频率满足的预设第一条件、所述换流站中发电机输出功率满足的预设第二条件构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统，具体包括：
根据公式
其中，ji为发电机的转动惯量，pmi为发电机的输出功率；
根据公式
其中，tsm,i为伺服电动机的时间常数；
联合所述第一预设条件和所述预设第二条件，构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统。
在本实施例中，为了有效地利用直流输电系统对发生电力不平衡的交流区域提供功率支撑，实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节，需要对所述直流输电系统构建一个非线性系统，也就是所述直流输电系统对应的状态空间方程，同时为了更好地对发生电力不平衡交流区域进行频率调节，需要对所述直流输电系统中的一些参数进行控制，从而得到相应的状态空间方程；其中，在一次调频控制下，发电机的输出功率参考值
在一种可选的实施例中，所述直流输电系统的非线性系统具体为：
其中，k≠i。
在本实施例中，对于包含n个由对应换流站相连的交流系统而言，共包含2n个状态变量，fi及pmi；n个控制变量，vi。从非线性系统中可以看出，可以通过调节直流输电系统直流侧电压调节直流输电系统的频率以及发电机的输出功率。其中所述非线性系统中的两个方程在控制理论中叫做状态空间方程statespaceequation,fi和pmi叫做状态空间方程的状态变量，statevariable，vi叫做状态空间方程的控制变量，controlvariable或是controlinput，对于控制系统来说，controlinput可以用来调节statevariable的动态行为。
当所有的交流区域无扰动的情况下，也就是所有的交流区域没有发生电力不平衡时，所述直流输电系统通常会运行在一个稳定状态，在稳定状态下，所述直流输电系统的非线性系统满足下列式子：
其中通过在物理符号的上方加一横来标识该稳定状态下各物理量的值；当所述直流输电系统运行在额定状态时，即：
fi＝fnom,i
很显然，额定运行状态是系统稳定状态的一种。
在一种可选的实施例中，s500：当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统，具体包括：
在电网稳定运行时对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统，所述线性化系统具体为：
其中，
在本实施例中，在某一时刻，第i个交流区域负载受到扰动，即pli变为一个新的值pli*时，需要对所述非线性系统进行线性化处理，得到线性系统；其中，当i＝k，
在一种可选的实施例中，所述控制变量还包括满足设定的第三预设条件，具体为：
其中，aα为发电机中调速器控制器的增益，aα＝diag(αi)。
在本实施例中，为了更好地对发生电力不平衡交流区域进行频率调节，需要对线性系统中的控制变量进行设定一定的条件以使对所述线性系统进行合理地频率调节。
其中，发电机中调速器控制器的增益aα可通过李雅普诺夫理论的控制方法进行求解，得到其可行解区域，例如：设计一个李雅普诺夫方程w，
fα为正定的，则所述线性系统在所述第三预设条件控制作用下可以渐进稳定；aα满足的条件是一个典型的lmi(linearmatrixinequality)问题,通过lmi求解可得到aα可行解区域。
在一种可选的实施例中，s600：根据所述线性化系统对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节，具体包括：
当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，使所述线性化系统在所述控制变量满足的所述第三预设条件控制下进行功率调节，从而实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节。
在本实施例中，通过调节每个交流区域经换流站输入到直流输电系统的功率来调节交流区域的频率，使得其它交流区域可以参与发生电力不平衡的交流区域频率调节。
下面以一个连接5个交流区域的多端直流输电系统为例，其中，第2个交流区域发生电力不平衡，对本发明提供的基于多端直流输电系统频率控制方法的可行性进行验证说明：
各个交流区域的具体参数如表1所示：
表1
直流输电系统初始状态稳定运行在其额定状态，t＝2s时，第2个交流区域的负载增加30％，请参阅图3和图4，分别为本发明实施例提供的一种未对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域的频率变化曲线图和本发明实施例提供的一种未对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域对应的换流站发电机的输出功率变化曲线图，由图3和图4可知，若没有发生电力不平衡的交流区域不通过直流输电系统向发生电力不平衡的交流区域提供任何帮助，发生电力不平衡的第2交流区域的交流频率在暂态过程中最低降到约48.8hz,超过了交流系统安全稳定运行区域50±1hz的范围；发生电力不平衡的第2交流区域在暂态过程中的调频备用需求超过了100mw的要求，这对第2交流区域对应的交流系统来说，需要很大的调频能力。
请参阅图5和图6，分别为本发明实施例提供的一种对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域的频率变化曲线图和本发明实施例提供的一种对发生电力不平衡交流区域进行频率调节时各交流区域对应的换流站发电机的输出功率变化曲线图，由图5和图6可知，没有发生电力不平衡的交流区域通过直流输电系统向发生电力不平衡的交流区域提供调频帮助，发生电力不平衡的第2交流区域在暂态过程中最低降到约49.45hz,维持在交流系统安全稳定运行区域50±1hz的范围内；发生电力不平衡的第2交流区域在暂态过程中的调频备用需求降低了10mw的要求，这对第2交流区域对应的交流系统来说，减轻了它的调频压力。
通过实验数据对比可以看出，当任意一个交流区域发生电力不平衡，出现功率不平衡的情况时，本发明所提方法可以使没有发生电力不平衡的交流区域有效地利用直流输电系统对发生电力不平衡的交流区域提供功率支撑，从而实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节。
本发明实施例还提供了一种基于多端直流输电系统频率控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的基于多端直流输电系统频率控制方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述基于多端直流输电系统频率控制装置中的执行过程。
所述基于多端直流输电系统频率控制装置可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于多端直流输电系统频率控制装置可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
所称处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于多端直流输电系统频率控制装置的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于多端直流输电系统频率控制装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于多端直流输电系统频率控制装置的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(smartmediacard,smc)，安全数字(securedigital,sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于多端直流输电系统频率控制装置集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的基于多端直流输电系统频率控制方法。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种基于多端直流输电系统频率控制方法的有益效果在于：所述基于多端直流输电系统频率控制方法，包括：实时采集每个换流站交流侧的电网频率；根据所述电网频率计算每个换流站的直流侧电压；根据所述直流侧电压计算每个换流站注入所述直流输电系统的功率；根据所述电网频率满足的预设第一条件、所述换流站中发电机输出功率满足的预设第二条件构建所述直流输电系统的状态空间方程，得到非线性系统；当换流站对应的交流区域发生电力不平衡时，对所述状态空间方程进行线性化处理，得到相应的线性化系统；根据所述线性化系统对发生电力不平衡的交流区域进行频率调节。该方法通过构建直流输电系统的线性系统，当任意一个交流区域发生电力不平衡，出现功率不平衡的情况时，直流输电系统的线性系统可以合理地进行功率调节，使交流区域有效地利用直流输电系统对发生电力不平衡的交流区域提供功率支撑，从而实现对发生电力不平衡交流区域的频率调节。
以上所述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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！