基于EEAC的交直流混联系统暂态稳定性控制方法与流程
本发明涉及电网供电技术领域，尤其涉及一种基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法。
背景技术：
随着电网供电技术的发展，我国特高压运行规模于2016年底就已达到“六交五直”，各大区域电网已通过特高压交直流输电线路实现互联，交直流混联已成为我国电网的典型特征。随着直流规模的增大以及直流落点间电气距离的减小，当受端交流系统故障时，可能会导致多回直流同时或相继换相失败，当多回直流换相失败，容易导致直流功率传输中断，严重的威胁直流系统的安全稳定运行。这种联合电网运行变化大，交直流混联结构复杂以及存在的一些薄弱环节给交直流电力系统的稳定分析、控制和运行带来了一系列挑战。
为了实现对大电网系统更加有效的保护，对于交直流混合大电网的紧急控制包含直流线路闭锁时，采用的现有技术包括：通过其他支路的直流线路对闭锁线路做功率支援；或者利用直流调制的方法，如频率调制，直流有功功率调制在紧急情况下进行功率支援，提高直流两端交流系统的暂态稳定性；或者在大扰动下通过切机控制改变被切节点的惯性、动能和重构系统中的功率分布，维持电力系统暂态功角稳定性，如基于区间联络线能量预测的暂态稳定紧急切机策略和基于控制时刻角速度偏差的切机策略等。以上现有技术的安全稳定控制策略可以在一定程度上保证电力系统的暂态稳定性，但上述现有技术都是从单方面进行分析研究，较少对为保证系统暂态稳定性进行定量分析，很少考虑当系统发生严重故障，出现较大功率缺额，调度正常直流线路对故障线路做功率支援已不能满足功率缺额时，单方面的控制策略已不能维持电力系统的暂态稳定。此时则需在送端切机，直流调制等多资源协同的紧急控制策略来提高交直流系统暂态稳定性。
另一方面,目前针对直流紧急控制和发电机切机的协调控制策略大多是基于时域仿真进行定性分析，存在计算效率低，耗时长等不足，无法从理论上得到直流紧急控制量和发电机的切机量，没有从机理上解决多资源之间如何协调控制的问题。
技术实现要素：
本发明的提供了一种基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法，以提高交直流混合系统的稳定性。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明提供了一种基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法，其特征在于，包括：
通过控制中心接收发生故障后的各台发电机的功角和功率数据；
根据所述的功角数据，对所述各台发电机进行机组群识别；
根据所述的功角数据和功率数据将识别后的机组群采用对应的局部惯量中心等效为一个双机组系统，然后将所述的双机组系统等效为一个单机无穷大系统，并将所述的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功角关系拟合曲线；
根据所述的故障后的功率角关系拟合曲线，利用扩展等面积准则eeac策略进行暂态稳定性判别。
进一步地，利用扩展等面积准则eeac策略进行暂态稳定性判别包括：当加速度区域δac>不采取任何控制策略下的减速面积δred时，系统失稳，采取直流紧急控制策略，计算由直流紧急控制所增加的减速面积δdc否则，当δac＜δred时，系统保持暂态稳定性；当δac>δred+δdc时，系统继续失稳，计算由切机控制所增加的减速面积δgt，并采取切机的控制策略。
进一步地，根据所述的功角数据，对所述各台发电机进行机组群识别，包括：采用eeac根据各发电机功角从小到大排列，通过最大间隙判别，将所述各台发电机分为临界机组群和剩余机组群。
进一步地，根据所述的功角数据和功率数据将所述的临界机组群和剩余机组群采用对应的局部惯量中心等效为一个双机组系统，包括：
根据下述公式(1)将所述的临界机组群等效为失去暂态稳定性的机组系统：
根据下述公式(2)将所述的剩余机组群等效为保持暂态稳定的机组系统：
其中，ms是临界机群的等效惯性时间常数，mi是临界机组群中每台发电机的惯性时间常数，δs是临界机组群的等效功角，δi是临界机群中每台发电机的功角，ma是剩余机组群的等效惯性时间常数，mj是剩余机群中每台发电机的惯性时间常数，δa是剩余机组群的等效功角，δj是剩余机组群集中每台发电机的功角。
进一步地，将所述的两个机组系统等效为一个单机无穷大系统，包括：根据下述公式(3)将所述的两个机组系统等效为一个单机无穷大系统：
其中，m是单机无穷大系统的惯性时间常数,δ是单机无穷大系统的功角,pm是单机无穷大系统的机械功率,pmi是临界机组群中每台发电机的机械功率,pmj是剩余机组群中每台发电机的机械功率。
进一步地，将所述的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功率角关系拟合曲线，具体包括：根据所述的单机无穷大系统和发电机的电磁功率，得到映像单机无穷大系统中功率角关系拟合曲线如下式(4)所示：
其中，p、b、c为未知参数，pm是单机无穷大系统的机械功率，pe是发电机的电磁功率，
进一步地，当加速度区域面积δac>不采取任何控制策略下的减速面积δred时，系统失稳，采取直流紧急控制策略，计算由直流紧急控制所增加的减速面积δdc否则，当δac＜δred时，系统保持暂态稳定性；当δac>δred+δdc时，系统继续失稳，计算由切机控制所增加的减速面积δgt，并采取切机的控制策略，包括：
根据下述公式(5)计算所述的加速度区域面积δac：
根据下述公式(6)计算所述的不采取任何控制策略下的减速面积：
根据下述公式(7)计算由直流紧急控制所增加的减速面积δdc：
根据下述公式(8)计算由切机控制所增加的减速面积δgt：
其中，
δ0为故障发生时的功角，δc为故障清除时的功角，δq为执行紧急控制策略时的功角，δ’h为实施了直流紧急功率控制后的极限切除角，δ”h是采取进一步实施切机后的极限切除角，δpg为切机量，pi为正常情况下的电磁功率，piii为故障清除后的电磁功率。
由上述本发明的基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法提供的技术方案可以看出，本发明利用直流输电本身特有的快速响应和调节容量大的技术特点，在eeac的基础上推导了直流有功功率调制原理，并基于eeac原理提出紧急直流功率控制与切机相结合的交直流暂态稳定控制策略，在系统中现有的切机措施上辅以直流紧急功率提升，可以在闭锁故障后有效地平衡机械功率和电磁功率之间的不平衡量，减少故障后的切机容量。本发明方法在交直流混联大型网络中具有较大的可实践性，可以应用到在线运算，适应未来电网的发展趋势，能够为电力系统安全稳定运行提供可靠的保障。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些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
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的一种基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法的流程图；
图2是本发明实施例1的一种基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法的流程示意图；
图3是本发明实施例1中直流紧急功率控制和切机控制相配合的原理图；
图4是本发明实施例2中的采用三机系统接无穷大母线拓扑结构示意图；
图5为本发明实施例2的直流功率紧急提升和紧急下降的仿真结果图；
图6为本发明实施例2中临界机组群和剩余机组群的故障后发电机功角曲线图；
图7为本发明实施例2的故障后发电机电磁功率曲线图；
图8为实施例2的等效后的单机无穷大系统的功率角特性曲线图；
图9为本发明实施例2的仿真结果图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，且并不构成对本发明实施例的限定。
实施例1
图1是本发明的基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法的流程图，图2是本发明的基于eeac的交直流混联系统暂态稳定性控制方法的流程示意图，参照图1和图2，该方法包括：
s1通过控制中心接收发生故障后的各台发电机的功角和功率数据。
s2根据功角数据，对各台发电机进行机组群识别。
优选地，采用扩展等面积准则eeac根据各发电机功角从小到大排列，通过最大间隙判别，将各台发电机分为临界机组群s和剩余机组群a。
eeac是利用发电机功角δ的间隙来对临界机组群进行判别的。具体的方法是，当系统收到冲击后，将发生故障后的各台发电机的功角按从小到大排列，从这个排列中前后间隙最大的地方，将发电机分为临界机组s群和剩余机组a群。
示意性地，假设系统在受到故障后采集到一组功角数据：
δk＝[δk1，δk2，…δkn]k＝1，2，3，…，n
系统中第k个发电机组在故障后按δt时间间隔的功角采样值，在故障后的某一时刻，对系统中各发电机组的功角进行排序，结果如下所示：
δ2<δ3<δ1<δ6<δ4<δ5
再对以上排序的间隔进行排序，其结果如下所示：
(δ3-δ2)<(δ6-δ1)<(δ5-δ4)<(δ4-δ6)<(δ1-δ3)
则发电机3和1之间为这一组发电机功角的最大间隔，根据功角大小排序，通过第3个和第1个发电机将发电机组分为由发电机1、6、4、5组成的临界机组，和由发电机2、3组成的剩余机组。
s3根据所述的功角数据和功率数据将识别后的机组群采用对应的局部惯量中心等效为一个双机组系统，然后将所述的双机组系统等效为一个单机无穷大系统，并将所述的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功率角关系拟合曲线。
进一步地，根据所述的功角数据和功率数据将所述的临界机组群和剩余机组群采用对应的局部惯量中心等效为一个双机组系统，包括：
根据下述公式(1)将所述的临界机组群等效为失去暂态稳定性的机组系统：
根据下述公式(2)将所述的剩余机组群等效为保持暂态稳定的机组系统：
其中，ms是临界机群的等效惯性时间常数，mi是临界机组群中每台发电机的惯性时间常数，δs是临界机组群的等效功角，δi是临界机群中每台发电机的功角，ma是剩余机组群的等效惯性时间常数，mj是剩余机群中每台发电机的惯性时间常数，δa是剩余机组群的等效功角，δj是剩余机组群集中每台发电机的功角。
进一步地，将所述的两个机组系统等效为一个单机无穷大系统，包括：根据下述公式(3)将所述的两个机组系统等效为一个单机无穷大系统：
其中，m是单机无穷大系统的惯性时间常数,δ是单机无穷大系统的功角,pm是单机无穷大系统的机械功率,pmi是临界机组群中每台发电机的机械功率,pmj是剩余机组群中每台发电机的机械功率。
进一步地，将所述的单机无穷大系统曲线拟合为故障后的功率角关系拟合曲线，然后利用最小二乘法求解，具体包括：根据所述的单机无穷大系统和发电机的电磁功率，得到映像单机无穷大系统中功率角关系拟合曲线如下式(4)所示：
其中，p、b、c为未知参数，pm是单机无穷大系统的机械功率，pe是发电机的电磁功率，
需要说明的是，控制中心接收发生故障后的各台发电机的功率根据下式计算得到：
其中：
pei为m台发电机中第i台发电机的电磁功率。其中，
s4根据所述的故障后的功率角关系拟合曲线，利用eeac策略进行暂态稳定性判别。
优选地，利用eeac策略进行暂态稳定性判别包括：当加速度区域δac>不采取任何控制策略下的减速面积δred时，系统失稳，采取直流紧急控制策略，计算由直流紧急控制所增加的减速面积，δdc，否则，当δac＜δred时，系统保持暂态稳定性；当δac>δred+δdc时，系统继续失稳，计算由切机控制所增加的减速面积δgt，并采取切机的控制策略。
具体地，图3是本实施例中直流紧急功率控制和切机控制相配合的原理图，参照图3，δ0为故障发生时的功角，δc为故障清除时的功角，δac是加速度区域，δred是不采取任何控制策略下的减速面积，δq为执行紧急控制策略时的功角，从功角δc到δq之间为同时考虑了数据传输时间、计算时间和操作延迟时间，δ’h为实施了直流紧急功率控制后的极限切除角，δ”h是采取进一步实施切机后的极限切除角。其中，直流功率紧急支援相当于降低机械功率,在这种作用下增加减速面积。如果紧急直流功率支援不能使机组的减速面积大于加速面积,则需要执行切机策略。δgt是需要通过切机策略来增加的减速面积。假定直流功率紧急支援量为δpdc，切机量为δpg。
加速面积为图3所示δac的区域的面积，根据下述公式(5)计算所述的加速度区域面积δac：
减速面积为图3所示的δred区域的面积，根据下述公式(6)计算所述的不采取任何控制策略下的减速面积：
当δac＜δred时，系统可以保持暂态稳定性，当δac>δred时系统失稳，此时需要采取直流紧急控制策略，计算由直流紧急控制所增加的减速面积δdc。根据下述公式(7)计算由直流紧急控制所增加的减速面积δdc：
当δac>δred+δdc时系统失稳，此时需要进一步采取切机的控制策略，根据下述公式(8)计算由切机控制所增加的减速面积δgt：
其中，
根据式(7)-(13),可求得切机量δpg，pi为正常情况下的电磁功率，piii为故障清除后的电磁功率。
实施例2
图8为实施例2的等效后的单机无穷大系统的功率角特性曲线图；
图9为本发明实施例2的仿真结果图
图4是本发明实施例2中的采用三机系统接无穷大母线拓扑结构示意图，参照图4，包括三个火电机组。其中，发电机励磁模型采用ieee-ac1a，调速器模型采用ieee-gov4，负载用恒定阻抗建模。直流系统电压等级为500kv，在正常情况下，直流系统的控制方式是：整流侧采用定电流控制和逆变侧采用定熄弧角控制。10s时，在b2和b3之间的交流线路上发生了三相短路。10.55s时，故障被清除，基准功率为100mva。采用基于eeac理论的直流紧急控制措施，以提高交直流系统的暂态稳定性。具体控制过程包括：
对直流紧急控制能力测试。
在如图4所示的系统中，首先对直流的紧急控制做出测试。由于直流紧急功率控制具有速度快，调控容量大的优点，是保证系统安全稳定运行的重要的控制措施，所以当相邻交流线路发生故障时，首先利用直流紧急控制对故障线路进行功率支援。图5为本发明实施例2的直流功率紧急提升和紧急下降的仿真结果图，根据图5，为在该500kv直流系统5s时模拟直流功率的紧急提升和下降，图9分别从0.5pu.提升到0.7pu.，0.5下降到0.3pu.，在pscad中实现对直流紧急控制的仿真，功率提升或下降结果较为准确。
进行机组群识别。在如图4所示的系统，10s时b2和b3间的一条交流线发生三相短路，eeac利用各发电机功角从小到大排列后的最大间隙来判别临界机组。表1是采集的系统发生故障后各发电机功角数据。
表1：发电机功角数据
表1中功角数据为相对与故障发生前稳态功角的数据。根据表1，取故障发生后较短的一个时间，0.2s时机组功角已经有分开的趋势，所以选0.2s进行机组群识别，可得在故障发生后0.2s时，发电机相对功角由小到大排列为：δ1＜δ3＜δ2,最大间隙在δ3和δ1之间，最大的间隔为2.7°。因为δ3和δ1之间的间隔最大，所以将所有机组从1和机组3之间分开。δ3的功角比δ1大，更有可能失稳，所以将所有大于δ1的机组分为临界机群，小于等于δ1的机组分为剩余机群。因此可以判别g2、g3为临界机组群，g1为剩余机组群。
进一步等效为单机无穷大系统。图6为本发明实施例2中临界机组群和剩余机组群的故障后发电机功角曲线图，图7为本发明实施例2的故障后发电机电磁功率曲线图，参照图6和图7，故障在10s时刻开始，10.55s结束并断开线路两侧开关。
将临界机组群和剩余机组群用各自的中心惯量机等效为一个双机系统，再将双机系统等效为无穷大单机系统。等效后的单机无穷大系统的功率角特性曲线如图8所示。
图8中的拟合曲线为通过图6和图7中10.55～10.7s测得的功角和电磁功率拟合得到的火电机组功角关系曲线。测量曲线为实际火电机组的功角关系曲线。可见二者存在微小差异，但不影响控制策略的实施。
根据eeac计算其加速面积δac＝86.15，减速面积δred＝62.68，由于δac>δred，系统不能保持暂态稳定性，为了使系统稳定，需要采取相应的控制措施。
首先进行直流紧急控制，发挥直流快速响应的特点提升100mw，增加的减速面积δdc＝9.388，由于δac>δred+δdc，加速面积仍大于减速面积，不能使得系统稳定。
由于直流紧急控制后系统仍不能保持暂态稳定性，因此采用切机策略，计算δgt＝14.08，计算得到切机量为68mw。因此,在10.55s时切除1台100mw的火电机。图9为实施例2的仿真结果图，如图9所示，可以看出仅依靠直流调制或者切机策略对发电机组功角飞摆有一定抑制作用，但不足以使系统恢复稳定。采用直流调制与切机相结合的控制策略有效地抑制了火电机组的功角飞摆，使系统恢复了稳定。
综上所述，本发明实施例通过从电力系统实际受扰轨迹中直接提取系统稳定性的定性信息和定量信息，保证了信息的完整性和精确性；同时该方法没有对数学模型的复杂程度和动态过程的多群特性提出太多的限制，计算速度快，效率高，能从理论上得到控制量，具有一定的工程应用价值。
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的流程并不一定是实施本发明所必须的。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
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