一种电网紧急控制方法及系统与流程

本发明涉及一种电网紧急控制方法及系统，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术：

中国一次能源与负荷呈逆向分布，为满足清洁能源送出、负荷中心电力供应、节能减排等方面的迫切需求，国家电网公司大力发展适用于远距离、大容量输电的特高压直流技术。

目前电网紧急控制措施以切机、切负荷等粗犷式的控制手段，主要以有功控制总量或机组切除台数为控制依据，未实现有功功率和无功的精细化控制，在新能源设备占比较高、电网稳定特性复杂的电网中难以实现稳定控制；另外，电网故障后新能源设备可能大量脱网，电网紧急控制系统虽能通过设定严格的边界条件在一定程度上保证不发生大规模新能源设备脱网，但是这种处理方式限定了控制策略的制定，极端情况下可能无法制定控制措施，而且由于电网模型和仿真精度等因素的限制，仍有可能出现大规模新能源设备脱网，安全稳定运行水平较低。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电网紧急控制方法及系统，有助于提高电网的安全性和稳定性。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种电网紧急控制方法，所述方法包括如下步骤：

响应电网故障，接收新能源设备发送的运行状态信息及设备信息；

利用所接收的新能源设备信息和/或运行状态信息计算新能源设备有功控制量和就地无功控制量；

将新能源设备有功控制量和就地无功控制量下发至各新能源设备。

进一步地，所述方法还包括：实时监控各新能源设备的脱网状态，响应新能源设备发送的脱网信息，计算新能源设备脱网后的有功控制量和无功控制量，并将所计算的新能源设备脱网后的有功控制量和无功控制量下发至未脱网新能源设备。

进一步地，所述运行状态信息包括新能源设备的并网有功功率、并网无功功率和并网电压；

所述设备信息包括新能源设备的最大耐受电流、最小运行有功功率和新能源设备与直流线路的电气距离。

进一步地，若电网发生直流闭锁故障，新能源设备i的有功控制量的计算方法包括如下步骤：

依据新能源设备与直流线路的电气距离从小到大排序，并对排序后的各新能源设备从1至m顺次编号；其中，m表示新能源设备总数量；

根据新能源设备i并网有功功率pi及新能源设备i最小运行有功功率pmini计算新能源设备i可调有功功率pai；

根据直流线路运行有功功率pd及新能源设备i有功控制量pci计算电网紧急控制系统有功调节剩余量psui：

式中：i表示新能源设备序号，i＝1,2,……,m；

选择新能源设备i可调有功功率pai与电网紧急控制系统有功调节剩余量psui中的较小者作为新能源设备i的有功控制量pci；

新能源设备i的就地无功控制量qci通过下述公式计算获取：

qci＝kq×(1-ui)

式中：kq为无功下垂控制系数，ui为新能源设备i的并网电压。

进一步地，若电网发生直流换相失败故障，将新能源设备i的有功控制量pci置为0；

新能源设备i的就地无功控制量qci通过下述公式计算获取：

式中，fq为无功控制比例，imaxi为新能源设备i的最大耐受电流；ui为新能源设备i的并网电压；pd为直流线路运行有功功率；pi为新能源设备i的并网有功功率。

进一步地，若电网发生交流线路n-2故障，将新能源设备i的有功控制量pci置为0；

新能源设备i的就地无功控制量qci通过下述公式计算获取：

qci＝gq×(ui-1)

式中：gq为无功低电压控制系数；ui为新能源设备i的并网电压。

进一步地，所述新能源设备脱网后的有功控制量和无功控制量的计算方法包括如下步骤：

计算新能源设备总脱网有功功率和新能源设备总脱网无功功率：

式中：pe为新能源设备总脱网有功功率；qe为新能源设备总脱网无功功率；pej为新能源设备j脱网前的并网有功功率；e为脱网新能源设备的集合；qej为新能源设备j脱网前的并网无功功率；j＝1,2,3，……,n’；n’为脱网新能源设备的数量；

根据未脱网新能源设备计算未脱网新能源设备并网有功功率和未脱网新能源设备并网无功功率；

依据新能源设备总脱网有功功率、未脱网新能源设备并网有功功率计算新能源设备脱网后的有功控制量：

式中：pctk为新能源设备脱网后的有功控制量；pok为未脱网新能源设备k的并网有功功率；pmaxok为未脱网新能源设备的最大并网有功功率；o为未脱网新能源设备的集合；

依据新能源设备总脱网无功功率、未脱网新能源设备并网无功功率计算新能源设备脱网后的无功控制量：

式中：qctk为新能源设备脱网后的无功控制量；qok为未脱网新能源设备k的并网无功功率；qmaxok为未脱网新能源设备的最大并网无功功率。

第二方面，本发明提供了一种电网紧急控制系统，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第一方面任一项所述方法的步骤。

第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面任一项所述方法的步骤。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：将新能源设备的有功和无功解耦控制能力纳入到电网紧急控制，能够提高电网控制的精细化水平，更适用于故障后电网频率和电压交织的场景，提高电网的安全、稳定水平。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新能源设备参与电网紧急控制系统的架构图；

图2是本发明实施例提供的一种电网紧急控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，是本发明实施例提供的新能源设备参与电网紧急控制系统的架构图，包括电网紧急控制系统及多个新能源设备，各新能源设备可以采用传统电网紧急控制系统的通信规约和通信接口与电网紧急控制系统通信；电网紧急控制系统根据新能源设备发送的信息下发对应的控制策略至各新能源设备，由各新能源设备执行，从而实现电网紧急控制。

实施例一：

本发明实施例提供的电网紧急控制方法是基于如图1所示的架构实现的，利用新能源设备的有功和无功快速、连续和解耦控制能力，实现新能源设备有功功率和和无功功率协调控制。

如图2所示，本发明实施例所提供的电网紧急控制方法由电网紧急控制系统执行，具体包括如下步骤：

步骤一：响应电网故障，接收新能源设备上送的运行状态及设备信息；

步骤二：利用所接收的新能源设备信息和/或运行状态信息计算新能源设备有功控制量和就地无功控制量；

步骤三：将新能源设备有功控制量和就地无功控制量下发至各新能源设备。

由于电网故障后新能源设备能大量脱网，因此，本发明实施例提供的电网紧急控制方法还包括如下步骤：

在电网故障期间，实时监控各新能源设备的脱网状态，响应新能源设备发送的脱网信息，计算新能源设备脱网后的有功控制量和无功控制量，并将所计算的新能源设备脱网后的有功控制量和无功控制量下发至未脱网新能源设备。

综上，本发明实施例所提供的电网紧急控制方法将新能源设备的有功和无功解耦控制能力纳入电网紧急控制系统，能够有效应对频率、电压耦合的电网稳定特性，提高电网安全稳定运行水平。

在本发明实施例中，新能源设备i的运行状态包括并网有功功率pi、并网无功功率qi和并网电压ui。

所述并网有功功率pi的计算方法为：

其中：t为每周波采样点数，ui(α)为新能源设备i实时采集的电压数据，ii(α)为新能源设备i实时采集的电流数据，α为采样点序号；

并网无功功率qi的计算方法为：

新能源设备i的并网电压ui的计算方法为：

所述设备信息包括新能源设备的最大耐受电流imaxi、新能源设备的最小运行有功功率pmini和新能源设备i与直流线路的电气距离zi。其中，新能源设备的最大耐受电流imaxi、新能源设备的最小运行有功功率pmini可通过新能源设备本身运行参数获取。新能源设备i与直流线路的电气距离zi可离线输入，离线计算方法可通过bpa软件进行计算。

所述运行状态和设备信息全部采用标幺值进行计算。

在本发明实施例中，电网故障类型包括直流闭锁故障、直流换相失败故障和交流线路n-2故障，对于不同的电网故障类型，新能源设备有功控制量和就地无功控制量不完全相同，具体如下：

4-1)如果电网发生直流闭锁故障，电网紧急控制系统依据新能源设备i电气距离zi由小较大进行排序，并从1至m顺次对各新能源设备进行编号，电气距离zi最小的优先全部控制，电气距离最大的最后控制。其中，m为新能源设备总数量；

4-2)计算新能源设备i的可调功率pai，pai＝pi-pmini。

4-3)电网紧急控制系统有功调节剩余量psui的计算方法为。

其中，pd为直流线路运行有功功率；pci为新能源设备i的有功控制量。

4-4)新能源设备i的有功控制量pci的计算方法为：

4-5)新能源设备i的就地无功控制量qci的计算方法为：

qci＝kq×(1-ui)(6)

其中，kq为无功下垂控制系数，一般取值范围为2～10。

5-1)如果电网发生直流换相失败故障，新能源设备i的有功控制量pci设置为0。

5-2)新能源设备i的就地无功控制量qci的计算方法为：

其中，fq为无功控制比例，一般取值范围是0.0002～0.0008。

6-1)如果发生交流线路n-2故障，新能源设备i的有功控制量pci设置为0。

6-2)新能源设备i的就地无功控制量qci的计算方法为：

qci＝gq×(ui-1)(8)

其中，gq为无功低电压控制系数，一般取值范围为6～12。

需要说明的是，如果pci＞0，新能源设备i下降有功控制量pci；如果pci＜0，新能源设备i增加有功控制量pci；如果qi＞qci，新能源设备i下降无功控制量qci；如果qi＜qci，新能源设备i吸收无功控制量qci-qi。

针对电网故障期间，新能源设备脱网的情况，本发明实施例通过第二轮控制进行二次协调控制，具体步骤如下：

在电网故障期间，如果新能源设备j脱网，新能源设备j将脱网前的并网有功功率pej和并网无功功率qej发送至电网紧急控制系统；

电网紧急控制系统接收到n’个新能源设备脱网信息，其中n’≤m，脱网新能源设备的集合为e，电网紧急控制系统计算总脱网有功功率pe和总脱网无功功率qe。

总脱网有功功率pe计算方法为：

总脱网无功功率qe计算方法为：

电网紧急控制系统接收到m-n’个未脱网新能源设备信息，未脱网新能源设备集合为o，包括并网有功功率pok和并网无功功率qok。电网紧急控制系统计算新能源k(k∈o)的第二轮有功控制量pctk和第二轮无功控制量qctk。

新能源k(k∈o)的第二轮有功控制量pctk的计算方法为：

其中，最大有功并网功率pmaxok的计算方法为：

pmaxok＝max(pok(k∈o))(12)

新能源k(k∈o)的第二轮无功控制量qctk的计算方法为：

其中最大无功并网功率qmaxok的计算方法为：

qmaxok＝max(qok(k∈o))(14)

电网紧急控制系统将第二轮控制措施下发至各未脱网新能源设备，由未脱网新能源设备执行控制策略，具体的：

1)未脱网新能源设备k(k∈o)增发有功功率pctk；

2)如果qok≥0，未脱网新能源设备k(k∈o)增发无功功率qctk。如果qok＜0，未脱网新能源设备k(k∈o)降低吸收无功功率qctk。

本发明实施例利用新能源设备连续、快速和解耦的调节控制能力，为电网提供更多精细化调控手段，在电网发生故障频率、电压稳定问题交织出现时，精细化的控制手段能够增加电网安全稳定特性。

实施例二：

本发明实施例还提供了一种电网紧急控制系统，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令实现实施例一所述的方法步骤。

实施例三：

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现实施例一所述的方法步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。