一种海上油田群电网的紧急控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及海上油田群电网技术领域，具体地说是一种海上油田群电网的紧急控 制方法。
【背景技术】
[0002] 紧急控制是指系统受到扰动而进入紧急或极端紧急的状态，通过系列的措施，防 止系统稳定性破坏或向更加恶劣的情况发展，避免造成严重停电的情况。在紧急控制中，紧 急控制的措施主要包括切除发电机、切除负荷、汽轮机快关汽门、发电机自动励磁装置、并 联或串联补偿、高压直流调制、解列系统。
[0003] 海上油田群电网发生事故扰动后通过相应的减负荷措施即可使系统恢复稳定。由 于燃气轮机组的快速调节特性，当系统负荷发生变化后，机组可以迅速调节出力，以满足发 电与负荷的平衡。因此在对于目前海上油田群电网的紧急控制系统可以不单独考虑暂态、 电压等动态稳定性，而将这些动态影响在一定程度上包括在稳定裕度中，主要考虑发生故 障后系统的负荷与发电功率的平衡，对应的紧急控制系统的主要措施是切负荷，又称为优 先脱扣系统。由此，海上油田群电网紧急控制策略的核心可以转化为包括潮流约束在内的 多约束切负荷策略优化问题。
[0004] 目前涠西南油田群电网的优先脱扣系统，是在离线的情况下将所有故障对应的安 全稳定控制策略CASE罗列出来，在发生故障后通过故障匹配，找出对应的控制策略。安全 控制策略制定的核心约束是系统的总发电容量与系统总负荷的匹配。
[0005] 随着电网复杂程度的增加，建立罗列所有CASE会带来规模庞大的计算量，且原来 的控制策略中，只满足了总发电功率与总负荷，但其他安全约束条件均未考虑。
[0006] 陆上电网的紧急控制策略是一个非常复杂的过程，包括暂态稳定控制、失步与过 载控制、频率稳定控制、电压稳定控制等。而通过前面的分析可知，海上油田群网的优先脱 扣系统不考虑具体的故障形式（如单一故障、多重故障等），而是主要考虑系统出现发电机 脱网或系统线路断开时，系统具体的切负荷措施。
[0007] 当前的优先脱扣系统主要包含两方面的功能：
[0008] 机组脱网：
[0009] 主要计算当系统一台或几台在线的机组被迫脱网时，系统需要相应切掉的负荷。
[0010] 其计算的原理是：计算系统的出力裕度，即在典型工况下在线机组的最大出力减 掉在线负荷，然后再减掉脱网的机组最大出力并减去修正值。用公式来表示为：
【主权项】
1. 一种海上油田群电网的紧急控制方法，其特征在于：包括运行参数的收集、控制策 略表的生成、执行控制； 所述的运行参数收集包括收集电网当前的运行参数，确定当前的运行方式、接线方式、 确定系统的整体结构，运行参数收集采用周期性的收集，在电网运行方式不发生突变的前 提下，每隔一段时间进行参数收集，更新数据； 所述的控制策略表的生成包括：分析出系统可能存在的故障类型，即N-l、N-2或多机 切机以及不同的系统解列故障；对不同类型的故障进行扫描计算，寻找到对应的最优策略， 生成当前运行参数对应的策略表；并判断收集的运行参数是否有刷新，当检测到数据刷新 的信号后，重新生成策略表； 所述的执行控制包括：当前电网的事故扰动进行判断；根据当前电网的事故扰动类 型，在策略表中搜索匹配的控制策略，指导系统的运行。
2. 根据权利要求1所述的一种海上油田群电网的紧急控制方法，其特征在于，当收到 运行参数刷新的信号后，生成策略表包括以下两大部分内容： (1) 机组脱网故障扫描 机组脱网故障扫描即计算系统N_l、N_2、…N-Nmin故障下对应的最优控制策略，并将 生成的策略表进行存储； (2) 线路断开扫描 线路断开扫描即计算系统可能发生的各种线路断开故障下对应的最优控制策略，并将 生成的策略表进行存储； 将上述两部分计算得到的策略表组合在一起得到最终的控制策略表。
3. 根据权利要求2所述的一种海上油田群电网的紧急控制方法，其特征在于，所述的 最优控制策略的数学模型为 minf (u，X)
其中，u为控制变量，X为状态变量，f(u, X)为目标函数，h(u, X) = O为等式约束， g(u, X)彡O为不等式约束，umin、Umax为控制变量m上下限，X min、Xmax为状态变量u上下限； 其中，；),吣为采取的第i个措施，Nm为控制措施的个数，x包括表示 系统运行状态的各类变量，定义为1 =化，儿-，％，/^))，其中4和匕分别表示节点1的横 分量和纵分量，Nd为系统节点数； 其中，目标函数为所有负荷操作的不同权重的限行组合，表示为
为采取措施i所需付出的代价； 其中，约束条件具体包括： a) 功率平衡约束 功率平衡约束是指系统内的发电出力应与负荷功率和线路损耗达到平衡，具体为： a-Ι)机组脱网
其中，Pgimax表示发电机i的最大有功出力，P M表示节点i的当前负荷有功功率，ε p表 示修正值（有功出力裕度），Nem表示机组未脱网前在线的发电机机组数，N etHp表示脱网的 发电机机组数，Nd表示系统的节点数； a-2)线路断开
b) 潮流约束
其中，Pei为节点i注入的发电有功功率，P Μ为节点i的负载有功功率，Q ei为节点i注 入的发电无功功率，Qm为节点i的负载无功功率，G u为节点i和节点j直接的互电导，B u为节点i和节点j直接的互电纳； c) 电压约束
其中Vimin、Vimax分别表示节点i电压幅值的下限和上限； d) 支路输送功率约束
其中，队为系统支路数，S iinax为节点i和节点j直接交换功率的最大值； e) 控制变量约束 对于每项控制措施，其对应的限制 M M iMAX i - 1，· · ·，Nm 式 8 MiMIN、MiMAX分别为控制措施M i的最小值和最大值。
4.根据权利要求3所述的一种海上油田群电网的紧急控制方法，其特征在于，所述的 最优控制策略的数学模型简化包括以下步骤： 第一步，判断当前负荷下，系统能否稳定 当系统发生机组脱网后，判断在若不切除负荷，系统能否达到稳定，即在不切除负荷的 情况下，是否可以满足以下约束条件：
若在机组的出力和负荷可以满足该约束方程，则表示系统可以达到稳定，不需要切负 荷的措施；若该约束方程无解，则表示当前机组可能的出力和当前负荷情况存在严重的不 平衡，需要进行下一步的计算； 第二步，计算切负荷量限制 分别考虑机组脱网和线路断开两种情况： 机组脱网 计算式3,由此可得，
其中，
表示切负荷后系统的总有功负荷，由此可得，
其中，PuMd代表在切负荷措施前系统的总有功负荷，APd表示所需切掉的负荷量； 除此以外，定义所有可切负荷及其相应的代价，不可切负荷代价可以设置为无穷大，除 去不可切负荷，设可切负荷的总量为ΡΣ Dmax，则切负荷量所应满足的约束条件为：
线路断开 计算式4,由此可得，
其中，
表示切负荷后系统的总有功负荷。由此可得，
其中，PuMd代表在切负荷措施前系统的总有功负荷，APd表示所需切掉的负荷量； 除此以外，定义所有可切负荷及其相应的代价，不可切负荷代价可以设置为无穷大，除 去不可切负荷，设可切负荷的总量为ΡΣ Dmax，则切负荷量所应满足的约束条件为：
通过以上计算即求得所需切负荷量的约束条件，具体为：
第三步，寻找可能的控制策略 通过上一步得出的切负荷量的限制，寻找可能的切负荷的组合，在寻找可能的切负荷 组合前，需要用户提供对各个负荷等级的描述信息，即切掉负荷所带来的代价，若代价为无 穷大，则该负荷不应在切负荷的范围内，由此得到可切负荷的范围； 求解满足切负荷量约束条件的最小代价组合，由此可以得到满足切负荷量约束的最小 代价的切负荷组合，该组合可能是一种，也可能是多种，除此之外，求得的负荷不一定满足 式9的约束条件，因此需要给出多种可能的组合： 求出最优代价fmin以及对应的切负荷组合； 计算代价为fmin的所有切负荷组合的ΔΡβ，找出其中的最大值APllmax;
若 找出所有满足以下约束条件的切负荷组合： .，
若
直接转至第四步； 由此可以得到nl种满足切负荷量约束条件的组合，将所有组合按照代价由小到大进 行排序，其中代价最小为fmin，把结果提供给下一步计算； 无论离线生成负荷表，还是在线生成负荷表，若最终可以求出一种或多种组合，则置负 荷表的标识flag = 1，若没有切除任何满足切负荷量约束条件的切负荷组合，则置负荷表 的标识flag = O ; 第四步，搜索最优控制策略 在进行进一步的计算前，首先对第三步求得的结果进行判断，若flag = 0,则表示不存 在使系统恢复稳定的可切负荷组合，需要对用户输出报警信息；若flag = 1，则继续进行计 算； 无论是离线生成负荷表，还是在线生成负荷表，通过第三步得到的满足切负荷量约束 限制的组合已经按照代价的大小从低到高进行排序，这些组合不一定可以满足式9的约束 条件，因此需要进行验证，同一代价下可能存在多种切负荷组合，因此需要从中选取一种最 优的控制策略； 根据得到的切负荷组合，从代价最低的一种组合开始，调用潮流优化程序，若程序存在 最优解，则表示该种切机组合可以满足式9的约束条件，且代价最低，因此该种切负荷的组 合方式就是最优的控制策略；若程序不存在最优解，表示该种切机组合方式不可以满足式 9的约束条件，则验证下一种切负荷组合，直到搜索到最优解为止；对于同一种代价的切负 荷组合，调用潮流优化程序，比较两者的目标函数值，将目标函数值小的组合作为最优控 制策略； 若将上一步求得的切负荷组合全部验证仍未得到最优解，则判断是否还有可切负荷， 即判断下式， APDmax+PDmin< P SDmax 式 18 其中，Ptlmin为可切负荷的最小值； 若该式不成立，则表示系统内不存在其他可切负荷，目前所有的可切负荷的组合都无 法使系统恢复稳定，需要对用户输出报警信息； 若该式成立，则置切负荷量约束为： A PDmax+PDmin< A P P SDmax 式 19 重新返回第三步，寻找可能的切负荷组合表。
【专利摘要】本发明提供了一种海上油田群电网的紧急控制方法，包括运行参数的收集、控制策略表的生成、执行控制，运行参数收集包括收集电网当前的运行参数，确定当前的运行方式、接线方式、确定系统的整体结构，运行参数收集采用周期性的收集，控制策略表的生成包括以下步骤：分析出系统可能存在的故障类型，对不同类型的故障进行扫描计算，寻找到对应的最优策略，生成当前运行参数对应的策略表；并判断收集的运行参数是否有刷新，当检测到数据刷新的信号后，重新生成策略表；执行控制包括以下步骤：当前电网的事故扰动进行判断；根据事故扰动类型，在策略表中搜索匹配的控制策略，指导系统的运行，减少计算量，增加灵活性，进一步保证系统的安全稳定运行。
【IPC分类】H02J3-14
【公开号】CN104852383
【申请号】CN201510294297
【发明人】劳新力, 李卫团, 熊永功, 谢玉洪, 柯吕雄, 唐广荣, 崔嵘, 姚平, 刘策, 宁有智, 刘平, 熊永卫
【申请人】中国海洋石油总公司, 中海石油(中国)有限公司湛江分公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年6月2日