本發明屬于電力系統安全穩定分析的技術領域，具體涉及一種針對多直流線路送出孤島的頻率協調控制方法。

背景技術：

南方電網區域資源特性及經濟發展不平衡性，決定了南方電網在相當長一段時間內需要進行西電東送與跨區域的資源優化配置。云南水電資源豐富，作為南方電網大型水電外送基地，隨著電力外送規模的不斷擴大，到2016年，魯西直流背靠背工程和±500kV永仁至富寧直流工程建成投運后，云南電網將6回直流輸電系統與南方電網主網實現異步聯網。作為多直流、不同類型直流集中送出的孤島電網，云南電網面臨的安全穩定問題由聯網方式下的功角穩定問題變為孤島運行方式下的頻率穩定問題。

直流輸電系統雖然有諸多優點，但相對交流系統也存在一些問題。當系統發生單回或多回直流閉鎖或雙極閉鎖，由于網內功率過剩，系統頻率將升高，引起的后果比較嚴重。因此在出現直流系統多極閉鎖故障后，系統需要大量切機，切除其配套電源。由于直流系統配套電源的容量都較大，單臺機組的額定容量均在600MW以上，因此若故障后能采取某些措施，在保證系統安全穩定運行的基礎上少切機，將會給電網帶來極大的經濟效益。

技術實現要素：

針對現有技術所存在的上述技術缺陷，為解決直流閉鎖引起的孤島電網頻率問題，本發明提出了一種針對多直流線路送出孤島的頻率協調控制方法。

本發明具體采用以下技術方案。

一種針對多直流線路送出孤島的頻率協調控制方法，其特征在于：

當多直流線路中出現單極、雙極直流閉鎖故障，采用直流功率提升指令、直流頻率限制器、發電機調速器一次調頻、穩控分輪次切機的控制手段，對孤島電網嚴重故障下的頻率進行緊急控制。

一種針對多直流線路送出孤島的頻率協調控制方法，其特征在于，所述頻率協調控制方法包括以下步驟：

(1)獲取每回直流線路實時輸送的實時功率值，根據直流線路的過載能力，計算每回直流線路能夠實時調制的功率大小；

(2)判斷是否有直流線路發生單極閉鎖或雙極閉鎖，若是，則執行步驟(3)，否則，返回步驟(1)；

(3)判斷各回直流線路對應的控制通道是否都正常，若是，則執行步驟(4)，否則，執行步驟(5)；

(4)所有直流線路利用直流功率提升指令提升所有直流線路中的直流功率，減少孤島電網功率不平衡量，然后進入步驟(6)；

(5)控制通道正常的直流線路利用直流功率提升指令提升直流線路中的直流功率，減少孤島電網功率不平衡量，隨后判斷孤島電網頻率變化量Δf是否在直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc內，當孤島電網頻率變化量Δf大于直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc時，則控制通道中斷的直流線路利用直流頻率限制器FLC對孤島電網頻率進行調節，然后進入步驟(6)；當孤島電網頻率變化量Δf小于直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc時，直接進入步驟(6)；

(6)判斷孤島電網的頻率變化量Δf是否大于發電機調速器的動作死區dead_gov，如果是，則利用發電機調速器進行一次調頻，然后進入步驟(7)；否則返回步驟(1)；

(7)判斷孤島電網頻率是否在切機頻率門檻值freq_cut以上，如果是，則啟動安全穩定控制裝置，根據離線仿真制定的控制策略表，分輪次切除發電機組；否則，返回步驟(1)。

本發明進一步包括以下優選方案：

在步驟(1)中，柔性直流輸電線路采用1.0p.u.過負荷作為功率調節上限，常規直流輸電線路采用1.2p.u.過負荷作為功率調節上限，其中，p.u.是指常規直流輸電線路或柔性直流輸電線路額定功率標幺值。

步驟(4)包括以下內容：

4.1根據發生閉鎖的直流線路的故障前功率，得到孤島電網功率不平衡量ΔP；

4.2根據步驟(1)獲取的各直流線路能夠實時調制的功率大小，將需要調整的孤島電網功率不平衡量ΔP平均分配給發生閉鎖的直流線路的正常運行極和其它正常運行的直流線路。

步驟(5)包括以下內容：

5.1根據發生閉鎖的直流線路的故障前功率，得到孤島電網功率不平衡量ΔP；

5.2根據步驟(1)獲取的各直流線路能夠實時調制的功率大小，將需要調整的孤島電網功率不平衡量ΔP平均分配給發生閉鎖的直流的正常運行極和其它控制通道正常且正常運行的直流線路；

5.3若控制通道正常的直流線路的有功功率提升，未能將孤島電網頻率控制在直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc內，則利用控制通道中斷的正常運行的直流線路的直流頻率限制器FLC對孤島電網頻率進行調節。

在步驟(6)中，發電機調速器的死區與直流頻率限制器FLC的死區互相配合，令dead_gov>dead_flc，直流頻率限制器FLC在孤島電網的頻率超過其死區dead_flc后啟動。

本發明具有以下有益的技術效果：

本發明針對多直流送出孤島的系統運行特點，提出了一套基于直流功率提升指令、直流頻率限制器(FLC)、發電機調速器一次調頻、穩控分輪次切機的控制手段，對孤島電網嚴重故障下的頻率進行緊急控制。能夠將單極和雙極直流閉鎖故障造成的系統頻率升高控制在合理范圍，避免大量切除直流配套電源，是一種高效的孤島電網頻率控制手段。

附圖說明

圖1所示為本發明針對多直流線路送出孤島的頻率協調控制方法的流程示意圖。

圖2所示為某電網異步聯網電網結構圖。

圖3所示為本發明實施例在發生B直流單極閉鎖，各直流控制通道健全情況下孤島電網頻率的仿真結果。

圖4所示為本發明實施例在發生B直流單極閉鎖，A直流控制通道中斷情況下孤島電網頻率的仿真結果。

圖5所示為本發明實施例在發生B直流雙極閉鎖，各直流控制通道健全情況下孤島電網頻率的仿真結果。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的技術方案進一步詳細表述。

一種針對多直流線路送出孤島的頻率協調控制方法，包括以下步驟：

(1)獲取每回直流線路實時輸送的實時功率值，根據直流線路的過載能力，計算每回直流線路能夠實時調制的功率大小。其中，柔性直流輸電線路采用1.0p.u.過負荷作為功率調節上限，常規直流輸電線路采用1.2p.u.過負荷作為功率調節上限，其中，p.u.是指常規直流輸電線路或柔性直流輸電線路額定功率標幺值；

(2)判斷每回直流線路是否發生單極閉鎖或雙極閉鎖，若是，則執行步驟(3)，否則，返回步驟(1)；

(3)判斷各回直流線路對應的控制通道是否都正常，若是，則執行步驟(4)，否則，執行步驟(5)；

(4)所有直流線路利用直流功率提升指令提升所有直流線路中的直流功率，減少孤島電網功率不平衡量，然后進入步驟(6)；

步驟(4)包括以下內容：

4.1根據發生閉鎖的直流線路的故障前功率，得到孤島電網功率不平衡量ΔP；

4.2根據步驟(1)獲取的各直流線路能夠實時調制的功率大小，將需要調整的孤島電網功率不平衡量ΔP平均分配給發生閉鎖的直流線路的正常運行極和其它正常運行的直流線路。

(5)控制通道正常的直流線路利用直流功率提升指令提升直流線路中的直流功率，減少孤島電網功率不平衡量，隨后判斷孤島電網頻率變化量Δf是否在直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc內，當孤島電網頻率變化量Δf大于直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc時，則控制通道中斷的直流線路利用直流頻率限制器FLC對孤島電網頻率進行調節，然后進入步驟(6)；當孤島電網頻率變化量Δf小于直流頻率限制器FLC的動作死區dead_flc時，直接進入步驟(6)；

其中，dead_flc的取值范圍為(0.0Hz，50.0Hz)。而在本申請實施例中優選取0.1Hz。

步驟(5)包括以下內容：

5.1根據發生閉鎖的直流線路的故障前功率，得到孤島電網功率不平衡量ΔP；

5.2根據步驟(1)獲取的各直流線路能夠實時調制的功率大小，將需要調整的孤島電網功率不平衡量ΔP平均分配給發生閉鎖的直流的正常運行極和其它控制通道正常且正常運行的直流線路；

5.3若控制通道正常的直流線路的有功功率提升，未能將孤島電網頻率控制在直流頻率限制器(FLC)的動作死區dead_flc內，則利用控制通道中斷的正常運行的直流線路的直流頻率限制器FLC對孤島電網頻率進行調節。

(6)判斷孤島電網的頻率變化量Δf是否大于孤島電網內參與調頻機組的調速器的動作死區dead_gov，如果是，則利用發電機調速器進行一次調頻，然后進入步驟(7)；否則返回步驟(1)；

其中，dead_gov取值范圍為(0.0Hz，50.0Hz)，本申請實施例優選0.15Hz。

在步驟(6)中，發電機調速器的死區與直流頻率限制器FLC的死區互相配合，令dead_gov>dead_flc，直流頻率限制器FLC在孤島電網的頻率超過其死區dead_flc后啟動。

(7)判斷孤島電網頻率是否在切機頻率門檻值freq_cut以上，如果是，則啟動安全穩定控制裝置，根據離線仿真制定的控制策略表，分輪次切除發電機組；否則，返回步驟(1)。

其中，freq_cut取值范圍為(0.0Hz，50.0Hz)，本申請實施例優選0.5Hz。

下面結合圖2～圖5說明根據本發明實施例的上述方法。

圖2示出某電網異步聯網電網結構圖。建立包含A直流、B直流、C直流和D直流在內的仿真模型。A直流為±500kV的雙回四極常規直流，額定有功功率4*1600MW＝6400MW；B直流為±800kV的雙極常規直流，額定有功功率2*2500MW＝5000MW；C直流為±800kV的雙極常規直流，額定有功功率2*2500MW＝5000MW；D直流為柔直與常規直流各一回，額定電壓320kV，額定有功功率2000MW；四條直流在整流側都具有了直流頻率限制器和功率提升/回降功能，直流頻率限制器死區為0.1Hz。A直流配套機組A1水電廠9臺機，裝機容量為9*770＝6930MW；B直流配套機組B1水電廠4臺機，裝機容量為4*600＝2400MW，B2水電廠6臺機，裝機容量為6*700＝4200MW；C直流配套機組C1水電廠9臺機，裝機容量為9*650MW＝5850MW；送端電網側火電機組模型，總裝機容量為12*600MW＝7200MW。火電機組和水電機組的頻率死區設置為0.15Hz。

圖3示出了B直流功率5000MW時發生單極閉鎖故障，各直流控制通道健全情況下孤島電網頻率的仿真結果。B直流發生單極閉鎖后，孤島電網功率不平衡量ΔP＝2500MW。根據柔性直流輸電線路采用1.0p.u.過負荷作為功率調節上限，常規直流輸電線路采用1.2p.u.過負荷作為功率調節上限，計算出此時A直流、C直流、D直流、B直流非故障極的可調功率，利用直流線路的功率提升指令提升所有直流線路中的直流功率。采用上述措施后，孤島電網頻率變化量Δf小于調頻機組的動作死區0.15Hz，機組一次調頻未動作。最終電網頻率恢復到49.95Hz。

圖4示出了B直流功率5000MW時發生單極閉鎖故障，A直流控制通道中斷情況下孤島電網頻率的仿真結果。B直流發生單極閉鎖，孤島電網功率不平衡量ΔP＝2500MW。根據柔性直流輸電線路采用1.0p.u.過負荷作為功率調節上限，常規直流輸電線路采用1.2p.u.過負荷作為功率調節上限，計算出此時C直流、D直流、B直流非故障極的可調功率，利用直流線路的功率提升指令提升上述直流線路中的直流功率。但是以上措施未能將孤島電網頻率變化量Δf限制在直流頻率限制器(FLC)的動作死區0.1Hz內，利用A直流頻率限制器FLC對孤島電網頻率進行調節。采用上述措施后，孤島電網頻率變化量Δf小于調頻機組的動作死區0.15Hz，機組一次調頻未動作。最終電網頻率恢復到50.1Hz。

圖5示出了B直流功率5000MW時發生雙極閉鎖故障，各直流控制通道健全情況下孤島電網頻率的仿真結果。B直流發生雙極閉鎖，孤島電網功率不平衡量ΔP＝5000MW。根據柔性直流輸電線路采用1.0p.u.過負荷作為功率調節上限，常規直流輸電線路采用1.2p.u.過負荷作為功率調節上限，計算出此時A直流、C直流、D直流的可調功率，利用直流線路的功率提升指令提升所有直流線路中的直流功率。采用上述措施后，孤島電網頻率變化量Δf仍然大于調頻機組的動作死區0.15Hz，利用發電機調速器進行一次調頻。采用上述措施后，孤島電網頻率變化量Δf仍然大于切機門檻值0.5Hz，切除B2電廠3臺發電機。最終電網頻率恢復到50.1Hz。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。