CN110401208A - 一种交直流***高频切机的智能整定方法 - Google Patents

一种交直流***高频切机的智能整定方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供的一种交直流***高频切机的智能整定方法，是一种实时在线可更改的方案，对不同故障能够给出该情况下的最优切机组合，相比于传统求解方法针对特定运行方式和故障制定，在某些故障和方式下适应下较差，存在切机容量过多或者过少问题，本申请能根据实际线路故障情况智能确定切除机组容量，通过潮流反向追踪反映了不同故障类型与发电机出力的关系从而减少了传统方案无法适应各种故障类型，因此切机容量比较保守，切的过多等问题，并且对于丰大，丰小等各种运行方式的适用性得到了显著的提高。

Description

一种交直流***高频切机的智能整定方法
技术领域
本申请涉及电力***安全稳定运行过程中的高频切机技术领域，具体涉及到一种交直流***高频切机的智能整定方法。
背景技术
电力***频率与有功功率紧密相关，频率变化受发电机出力调整、负荷功率波动等多方面影响。当电源提供有功功率大于负荷功率时，***功率过剩，频率升高，当电源提供功率小于负荷功率时，***功率不足，频率降低。由于负荷功率时刻变化，再加上目前大规模接入的风电和光伏等新能源发电装置出力的不确定性，因此整个电力***功率都处于一个实时动态平衡中。在正常运行时，***频率虽有波动，但变化不大，始终稳定在50Hz左右。
频率稳定是电力***稳定运行的前提。在大规模直流输电工程相继投入运行后，目前电网呈现异步互联的趋势。此时，若直流线路发生故障，将造成较大的功率剩余进而引发一系列频率问题。作为安稳措施的高频切机装置在监测到***频率高于允许频率时，短暂延时后随即切除部分电源机组，从而使整个***频率重新恢复到工频。
高频切机方案需要整定的参数有：切机轮次、动作频率、延时、每轮切机量及切机对象。而一个高频切机方案的好坏主要取决于每轮切机量及切机对象的选择，但对于每轮切机量及切机对象的确定，传统方案限于特定的历史背景，存在以下几个问题：
(1)传统方案根据假想的最大功率富余及运行经验确定每轮切机量及切机对象，缺乏一定的理论基础，且未考虑故障与发电机出力的联系及实际电网的暂态特性。
(2)传统方案切机对象庞大，存在成千上万种组合，每轮切机量及切机对象主要针对某些特定运行方式确定，灵活性较差，在其他运行方式下，存在方案不适应情况。
(3)由于传统方案每轮切机量及切机对象并非最优意义下切机的组合，易造成机组切除容量过多和切除容量不足。
因此，若能根据电网实际运行方式和故障线路情况灵活确定切除机组容量及切机对象，不仅在保证***频率恢复到正常范围内的前提下使得切机量最小即符合最小切机原则，还满足了区域之间大规模纯直流互联的需求。
发明内容
本申请提供了一种交直流***高频切机的智能整定方法，克服了传统求解方法中，由于是针对特定运行方式和故障进行制定的，因此在某些故障和方式下适应下较差，存在切机容量过多或者过少等问题，相比于现有的分析方法，可以根据电网实际运行方式和故障线路情况灵活确定切除机组容量及切机对象，不仅在保证***频率恢复到正常范围内的前提下使得切机量最小即符合最小切机原则，还满足了区域之间大规模纯直流互联的需求。
本申请解决上述技术问题所采取的技术方案如下：
一种交直流***高频切机的智能整定方法，包括如下步骤：
运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度；
将所述电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序；
选取所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化；
根据所述切机比例生成每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，得到累加功率并对此进行校验，若累加功率大于该轮最大切机量Pmax，则将切机量限制为最大切机量，若累加功率小于该轮最大切机量Pmax，则通过校验，该轮切机对象刚好整定到此机组为止；
判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，如果是，则整定结束，否则，重复上述操作，直至切机后的***稳态频率满足稳态频率要求。
可选的，所述运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度之前还包括，
对本区域电网外送线路进行预处理，确定每轮最大切机容量Pmax。
可选的，所述确定每轮最大切机容量Pmax，包括：
首先断开本区域电网外送线路，模拟区域电网孤岛运行，通过逐渐增加本区域电网的切机容量的方式，使得***频率刚好达到第一轮低频减载的动作值，此时切机容量即为每轮次的最大切机容量Pmax。
可选的，所述运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度，包括：
当***正常运行时，节点i到相邻节点q的输送功率为Piq,若i—q线路发生故障，***此时将存在无法外送的剩余功率Piq：
其中，Pi为节点i的流入功率，PGk为节点k上的发电机功率，A为潮流反向追踪系数矩阵，矩阵A中元素aij满足：
其中，Pj为节点j的流入功率，Pji为节点j通过线路向到相邻节点i的输送功率，Di为所有功率流向节点i并与之相连的节点集合，则故障线路第k发电机节点的潮流贡献度为：
其中PFCk为第k发电机节点的潮流贡献度。
可选的，所述将所述电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序，还包括：
计算完各电源节点的潮流贡献度后，首先按照所述潮流贡献度的大小进行排序，再根据步长分成关联度极高[a,1]、关联度一般[b,a)和关联度较低[0,b)3个组别，其中a＝0.2，b＝0.1。
可选的，所述选取所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化，包括：
首先根据本地电网运行情况，生成每轮切机容量，根据每轮切机容量与总容量的比值确定为初始比例c％，所述初始比例为3％-5％；
随后选取排序完后各电源机组的潮流贡献度值序列的中位数作为潮流贡献度的基准值；
最后将每个电源节点潮流贡献度与基准值比较：若潮流贡献度大于基准值，可通过乘以潮流贡献度与基准值的比值来适当加大机组切除比例；若潮流贡献度小于基准值，则切机比例定为所述初始比例c％，即：
其中，PFC为潮流贡献度，PFCref为基准值。
可选的，所述根据所述切机比例生成每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，包括：
根据所述切机比例，采用发电厂的实际装机容量乘以所述切机比例，生成所述每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加。
可选的，所述判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，如果是，则整定结束，否则，重复上述操作，直至切机后的***稳态频率满足稳态频率要求中，所述切机后的***稳态频率要求范围为49.8-50.2Hz。
本申请提供的技术方案包括以下有益技术效果：
本申请提供的一种交直流***高频切机的智能整定方法，首先，通过潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序分组，找到与该线路故障潮流贡献度最高的机组，将其优先切除，从理论上保证了切机容量最优；其次，选取排序分组完各发电厂所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化；最后，切机比例优化完成后，将每轮各机组切机量进行累加，得到累加功率并对此进行校验，若累加功率大于该轮最大切机量Pmax，则将切机量限制为最大切机量，若累加功率小于该轮最大切机量Pmax，则通过校验，该轮切机对象刚好整定到此机组为止，切机完成后，通过判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，最终确定是否完成整定。本方案是一种实时在线可更改的方案，对不同故障能够给出该情况下的最优切机组合，相比于传统求解方法针对特定运行方式和故障制定，在某些故障和方式下适应下较差，存在切机容量过多或者过少问题，本申请能根据实际线路故障情况智能确定切除机组容量，通过潮流反向追踪反映了不同故障类型与发电机出力的关系从而减少了传统方案无法适应各种故障类型，因此切机容量比较保守，切的过多等问题，并且对于丰大，丰小等各种运行方式的适用性得到了显著的提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的交直流***高频切机的智能整定方法的主要流程示意图；
图2为本申请实施例提供的交直流***高频切机的智能整定方法整体流程图；
图3为本申请实施例提供的3发电厂10节点交直流***电气接线图；
图4为本申请实施例提供的确定每轮最大可切容量的***频率变化图；
图5为本申请实施例提供的采取本申请与不采取任何措施***频率变化对比图；
图6为本申请实施例提供的采取本申请与不采取任何措施***频率局部放大图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
请参考附图1，该图示出了本申请实施例中提供的交直流***高频切机的智能整定方法的主要流程示意图，所述方法包括以下步骤：
S1：运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度。
潮流贡献度PFC范围介于0到1之间，其大小衡量了不同发电机节点注入功率在线路潮流中所占比例，当某个发电机节点的PFC越大，说明该发电机对此条线路的潮流贡献程度越大，越应该被切除，本申请实施例中采用潮流反向追踪技术，对各发电厂电源机组节点的潮流贡献度进行计算，能够根据实际线路故障情况智能确定切除机组容量。
S2：将所述电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序。
在实际操作中，可能出现多个电源节点PFC相近情形，若按照PFC大小逐次切除无疑会增加切机复杂度，因此，可采用排序的方法简化切机过程。
S3：选取所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化。
电源节点的PFC越大，说明电源节点与过剩功率的关联度越大，应切除的容量就越大，因此，本申请采用对每轮切机容量占机组总容量比例优化的方法来进一步提高机组切除速度，从而有效抑制***频率继续升高和加快***频率恢复。
S4：根据所述切机比例生成每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，得到累加功率并对此进行校验，若累加功率大于该轮最大切机量Pmax，则将切机量限制为最大可切容量，若累加功率小于该轮最大切机量Pmax，则通过校验，该轮切机对象刚好整定到此机组为止。
S5：判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，如果是，则整定结束，否则，重复上述操作，直至切机后的***稳态频率满足稳态频率要求。
本申请实施例提供的是一种实时在线可更改的方案，对不同故障能够给出该情况下的最优切机组合，相比于传统求解方法针对特定运行方式和故障制定，在某些故障和方式下适应下较差，存在切机容量过多或者过少问题，本申请能根据实际线路故障情况智能确定切除机组容量，通过潮流反向追踪反映了不同故障类型与发电机出力的关系从而减少了传统方案无法适应各种故障类型，因此切机容量比较保守，切的过多等问题，并且对于丰大，丰小等各种运行方式的适用性得到了显著的提高。
可选的，所述运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度之前还包括，
对本区域电网外送线路进行预处理，确定每轮最大切机容量Pmax。
可选的，所述确定每轮最大切机容量Pmax，包括：
首先断开本区域电网外送线路，模拟区域电网孤岛运行，通过逐渐增加本区域电网的切机容量的方式，使得***频率刚好达到第一轮低频减载的动作值，此时切机容量即为每轮次的最大切机容量Pmax。
为了确定每轮最大切机容量Pmax，首先可以人为的断开本区域电网外送线路，从而模拟区域电网孤岛运行，在这种情况下，逐渐增加本区域电网的切机容量，使得***频率刚好达到第一轮低频减载的动作值，此时切机容量即为每轮次的最大切机容量Pmax。
可选的，所述运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度，包括：
当***正常运行时，节点i到相邻节点q的输送功率为Piq,若i—q线路发生故障，***此时将存在无法外送的剩余功率Piq：
其中，Pi为节点i的流入功率，PGk为节点k上的发电机功率，A为潮流反向追踪系数矩阵，矩阵A中元素aij满足：
其中，Pj为节点j的流入功率，Pji为节点j通过线路向到相邻节点i的输送功率，Di为所有功率流向节点i并与之相连的节点集合，则故障线路第k发电机节点的潮流贡献度为：
其中PFCk为第k发电机节点的潮流贡献度。
可选的，所述将所述电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序，还包括：
计算完各电源节点的潮流贡献度后，首先按照所述潮流贡献度的大小进行排序，再根据步长分成关联度极高[a,1]、关联度一般[b,a)和关联度较低[0,b)3个组别，其中a＝0.2，b＝0.1。
按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序分组，找到与该线路故障潮流贡献度最高的机组，可以将其优先切除，从理论上保证了切机容量最优。
可选的，所述选取所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化，包括：
首先根据本地电网运行情况，生成每轮切机容量，根据每轮切机容量与总容量的比值确定为初始比例c％，所述初始比例为3％-5％；
随后选取排序完后各电源机组的潮流贡献度值序列的中位数作为潮流贡献度的基准值；
最后将每个电源节点潮流贡献度与基准值比较：若潮流贡献度大于基准值，可通过乘以潮流贡献度与基准值的比值来适当加大机组切除比例；若潮流贡献度小于基准值，则切机比例定为所述初始比例c％，即：
其中，PFC为潮流贡献度，PFCref为基准值。
在不同故障下切某些机组的最终效果也不相同，本申请中根据不同故障逆流追踪到每个发电厂，确定每个发电厂对这条线路的贡献比例，若c％取值不合理，可通过贡献度放大系数即潮流贡献度与基准值的比值和最后的过切校验来保证最后方案的合理，若c％过小，说明初始切机量偏小，但通过乘以贡献度放大系数，那些和故障联系密切的发电厂的切机比例会增加，最后切机量增加，如果c％过大，说明初始切机量偏大，但通过最后的过切校验，会将切机量限制到最大可切容量附近，最后切机量减小。
可选的，所述根据所述切机比例生成每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，包括：
根据所述切机比例，采用发电厂的实际装机容量乘以所述切机比例，生成所述每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加。
可选的，所述判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，如果是，则整定结束，否则，重复上述操作，直至切机后的***稳态频率满足稳态频率要求中，所述切机后的***稳态频率要求范围为49.8-50.2Hz。
如图2所示为以上实施例给出的交直流***高频切机的智能整定方法整体流程图。
本申请实施例以一个3机10节点的交直流电网作为实施算例进行分析，如图3所示为本申请实施例提供的3发电厂10节点交直流***电气接线图，该***的电气接线图如图3所示，以母线C到母线L的外送直流线路发生故障为例，借助中国电力科学研究院PSD-BPA(电磁暂态智能建模软件)暂态仿真软件验证上述算法的可行性。
将50.5Hz设定为高频切机第一轮动作频率，49.2Hz为第一轮低频减载频率，5％作为每轮基础切机容量即c＝5％，按照本申请中提供的方法进行整定，整体操作步骤如下：
(1)首先人为断开本区域电网外送线路，模拟区域电网孤岛运行，逐渐增加本区域电网的切机容量，使得***频率刚好达到第一轮低频减载的动作值49.2Hz；如图4所示，为本申请实施例提供的确定每轮最大可切容量的***频率变化图，当切除容量在67MW左右时，***最小频率达到49.19Hz，这时低频减载刚好动作，因此考虑一定裕度，每轮次的最大切机容量Pmax取为60MW。
(2)基于故障前***潮流，利用潮流反向追踪技术，计算出故障直流线路对应各机组的潮流贡献度PFC：计算结果为，发电厂1的PFC1为0.2380，发电厂2的PFC2为0.2661，发电厂3的PFC3为0.001。
(3)按照PFC值由大到小进行排序，顺序依次为发电厂2，发电厂1和发电厂3，并将发电厂1，2划为关联度极高一组，发电厂3划为关联度较低一组。
(4)选取排序完各发电厂PFC值的中位数0.2380作为基准值PFCref，并将各发电厂的PFC与其比较进行切机比例优化：发电厂1的切机比例为Pcut1％为5％，发电厂2的切机比例为Pcut2％为5.59％，发电厂3的切机比例为Pcut3％为5％。
(5)采用发电厂的实际装机容量乘以切机比例就是这个发电厂要切的近似发电机容量，然后按照该厂实际各机组的出力去凑到这个容量附近，如切该厂的一些机组后刚好切除总量在这个值附近，那么这些被切机组的实际出力之和就是该发电厂的最后切机容量。对于有很多台发电机的大型发电厂，两者相差不大；采用发电厂的实际装机容量乘以3个发电厂的上述切机比例，得出每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，共计18.61MW，小于最大切机容量60Mw，因此通过校验。
(6)采取本轮切机措施之后，***稳态频率约为50.03Hz，介于49.8Hz到50.2Hz之间，满足终止条件，整定结束。
采取本申请的***频率变化和不采取任何措施的***频率变化如图5所示，其中，标号1的线为不采取任何措施的***频率变化曲线，标号2的线为采取本申请的***频率变化曲线；图6则选取图5的高频切机动作部分进行了放大，其中，标号3的线为不采取任何措施的***频率变化曲线，标号4的线为采取本申请的***频率变化曲线，由图可以看出，若不采取任何措施，不仅***频率在10.92s左右时(第576个周波)上升到50.86Hz，并且此时***频率大于50.5Hz的时间多达18.2s(910个周波)，并且***最终稳态频率在50.13Hz左右。而采取本申请后，在故障过程中，***最高频率只是在50.57Hz左右，可见***暂态最高频率有所下降，避免了***频率继续恶化趋势，并且***频率最终稳定在50.03Hz左右，与工频50Hz极为接近，从而说明了本申请的有效性。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (8)

1.一种交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，包括如下步骤：
运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度；
将所述电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序；
选取所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化；
根据所述切机比例生成每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，得到累加功率并对此进行校验，若累加功率大于该轮最大切机量Pmax，则将切机量限制为最大切机量，若累加功率小于该轮最大切机量Pmax，则通过校验，该轮切机对象刚好整定到此机组为止；
判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，如果是，则整定结束，否则，重复上述操作，直至切机后的***稳态频率满足稳态频率要求。
2.根据权利要求1所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度之前还包括，
对本区域电网外送线路进行预处理，确定每轮最大切机容量Pmax。
3.根据权利要求2所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述确定每轮最大切机容量Pmax，包括：
首先断开本区域电网外送线路，模拟区域电网孤岛运行，通过逐渐增加本区域电网的切机容量的方式，使得***频率刚好达到第一轮低频减载的动作值，此时切机容量即为每轮次的最大切机容量Pmax。
4.根据权利要求1所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述运用潮流反向追踪技术，计算线路故障后各发电厂电源机组节点的潮流贡献度，包括：
当***正常运行时，节点i到相邻节点q的输送功率为Piq,若i—q线路发生故障，***此时将存在无法外送的剩余功率Piq：
其中，Pi为节点i的流入功率，PGk为节点k上的发电机功率，A为潮流反向追踪系数矩阵，矩阵A中元素aij满足：
其中，Pj为节点j的流入功率，Pji为节点j通过线路向到相邻节点i的输送功率，Di为所有功率流向节点i并与之相连的节点集合，则故障线路第k发电机节点的潮流贡献度为：
其中PFCk为第k发电机节点的潮流贡献度。
5.根据权利要求1所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述将所述电源机组节点的潮流贡献度，按照所述潮流贡献度的值由大到小进行排序，还包括：
计算完各电源节点的潮流贡献度后，首先按照所述潮流贡献度的大小进行排序，再根据步长分成关联度极高[a,1]、关联度一般[b,a)和关联度较低[0,b)3个组别，其中a＝0.2，b＝0.1。
6.根据权利要求1所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述选取所述潮流贡献度值的中位数作为基准值，进行切机比例优化，包括：
首先根据本地电网运行情况，生成每轮切机容量，根据每轮切机容量与总容量的比值确定为初始比例c％，所述初始比例为3％-5％；
随后选取排序完后各电源机组的潮流贡献度值序列的中位数作为潮流贡献度的基准值；
最后将每个电源节点潮流贡献度与基准值比较：若潮流贡献度大于基准值，可通过乘以潮流贡献度与基准值的比值来适当加大机组切除比例；若潮流贡献度小于基准值，则切机比例定为所述初始比例c％，即：
其中，PFC为潮流贡献度，PFCref为基准值。
7.根据权利要求1所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述根据所述切机比例生成每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加，包括：
根据所述切机比例，采用发电厂的实际装机容量乘以所述切机比例，生成所述每轮各机组的切机量，将所述切机量进行累加。
8.根据权利要求1所述的交直流***高频切机的智能整定方法，其特征在于，所述判断切机后的***稳态频率是否满足稳态频率要求，如果是，则整定结束，否则，重复上述操作，直至切机后的***稳态频率满足稳态频率要求中，所述切机后的***稳态频率要求范围为49.8-50.2Hz。
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