一种多直流输电系统的频率协调控制方法、介质及系统与流程

1.本发明涉及直流输电系统技术领域，尤其涉及一种多直流输电系统的频率协调控制方法、介质及系统。


背景技术：

2.随着“碳达峰，碳中和”双碳目标的推进，近几年以风电、太阳能等为代表的新能源发电得到了大力发展。为实现新能源的大规模送出，在部分新能源发电基地聚集地区，呈现出多条直流输电系统送出的情况。由于新能源发电系统主要通过变流器来实现并网，这导致新能源发电系统对电网的调频贡献几乎为零。随着新能源发电渗透率的提高，将给电网的频率稳定带来巨大挑战。
3.目前，现有技术的新能源发电系统参与电网调频的方法，虽能一定程度改善系统的调频能力，但由于新能源发电系统的调频能力易受天气因素影响，在实际工程中只能为电网提供暂态调频支持，对系统频率特性的改善能力有限。高压、特高压直流输电系统由于具有输送容量大、调节速度快、可以依托直流受端交流电力系统为送端电网提供功率支持等特点，因此，研究直流参与直流送端交流电力系统调频的控制技术，对改善直流送端交流电力系统的频率稳定有着重要意义。
4.目前，常规高压、特高压直流输电系统主要通过下垂控制和惯量控制来参与交流电力系统一次调频和惯性响应，然而当同一区域电网存在多条直流同时送出或馈入时，由于不同直流的运行工况不同，其可调容量不同，当系统发生较大功率扰动时，如果各直流输电系统仍独立参与电网调频控制，则容易出现部分直流输电系统已经达到功率限值无法继续调节，而另一部直流仍未充分发挥其调节能力的情况。为此，如何实现不同直流输电系统之间的协调作用，充分发挥所有直流输电系统的调频能力，从而提高交流电力系统的频率稳定性，值得进一步研究。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种多直流输电系统的频率协调控制方法、介质及系统，以解决现有技术未充分发挥多直流输电系统调频能力的问题。
6.第一方面，提供一种多直流输电系统的频率协调控制方法，包括：
7.基于所述交流电力系统的频率，计算一端接入所述交流电力系统的各所述直流输电系统的调频辅助功率；
8.将各所述直流输电系统的调频辅助功率与各所述直流输电系统的初始功率相加，得到各所述直流输电系统的备选功率；
9.根据各所述直流输电系统的备选功率与各所述直流输电系统的最小运行功率限值和最大运行功率限值的比较结果，确定各所述直流输电系统的实际功率。
10.第二方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述第一方面实施例所述的多
直流输电系统的频率协调控制方法。
11.第三方面，提供一种多直流输电系统的频率协调控制系统，包括：如上述第二方面实施例所述的计算机可读存储介质。
12.这样，本发明实施例，用于高压或特高压直流输电系统中，当交流电力系统出现大负荷扰动时，通过频率协调控制，调节各直流输电系统输送的有功功率，提高交流电力系统的调频能力，降低系统频率波动速率和幅度，提高交流电力系统的频率稳定性，保证交流电力系统安全稳定运行。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
14.图1是本发明实施例的多直流输电系统的频率协调控制方法的流程图；
15.图2是本发明实施例的高压直流输电系统的原理结构图；
16.图3是本发明实施例的特高压直流输电系统的原理结构图；
17.图4是本发明实施例的多直流输电系统的频率协调控制方法的原理框图；
18.图5是本发明实施例的多直流输电系统的频率协调控制系统的结构框图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本发明实施例公开了一种多直流输电系统的频率协调控制方法。该方法适用于高压、特高压直流输电系统，特别是采用电网换相换流阀的常规高压、特高压直流输电系统。常规高压、特高压直流输电系统的原理结构分别如图2和图3所示，高压和特高压直流输电系统均包括如下的结构：送端交流电网11、送端极i系统12、极i直流输电线路13、受端极i系统14、接地极引线15、接地极16、送端极ii系统17、极ii直流输电线路18、受端极ii系统19和受端交流电网20。高压和特高压直流输电系统主要的区别在于高压直流输电系统每极仅包含一个换流器，而特高压直流输电系统每极包含高端和低端两个换流器。实际工程中，直流输电系统的频率协调控制功能通常在双极层控制系统中实现，通过对交流电力系统的频率检测和直流输电系统的输送功率的直接控制，从而保证其响应的快速性。
21.基于此，如图1和4所示，本发明实施例的多直流输电系统的频率协调控制方法包括如下的步骤：
22.步骤s101：基于交流电力系统的频率，计算一端接入所述交流电力系统的各直流输电系统的调频辅助功率。
23.具体的，该步骤包括如下的过程：
24.1、基于交流电力系统的频率，计算所有直流输电系统的总调频辅助功率。
25.具体的，该步骤包括如下的过程：
26.(1)实时获取交流电力系统的频率和各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率。
27.具体的，本发明实施例所述的交流电力系统的频率是经过滤波处理的频率，并且一般采用标幺化处理后的频率。
28.以f表示标幺化处理后的频率，f0表示采集的经过滤波处理后的原始的交流电力系统的频率，具体可通过实时采集交流电力系统的电压，然后基于交流电力系统的电压，通过锁相环计算得到交流电力系统的原始的频率f0，滤波器可为一阶惯性滤波器或二阶滤波器，fn表示交流电力系统的频率的额定值，则标幺化处理的计算式为：
29.(2)采用交流电力系统的频率计算交流电力系统的频率的偏差值和变化率。
30.具体的，交流电力系统的频率的偏差值等于交流电力系统的频率减去交流电力系统的频率的额定值得到的差。以δf表示交流电力系统的偏差值，则δf＝f-fn。
31.具体的，交流电力系统的频率的变化率等于交流电力系统的频率对时间的微分，即变化率为
32.(3)根据交流电力系统的频率的偏差值和变化率，以及，各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率，计算所有直流输电系统的总调频辅助功率。
33.具体的，该步骤包括如下的过程：
34.①
将交流电力系统的频率的偏差值乘以比例系数，得到第一总调频辅助功率。
35.具体的，以p
f1_all
表示第一总调频辅助功率，以k
p
表示比例系数，则第一总调频辅助功率的计算式为：
36.p
f1_all
＝k
p
δf。
37.其中，比例系数为各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率之和与所有直流输电系统的等值下垂系数的比值，以p
dcn_i
表示直流输电系统i的当前运行方式下的额定运行功率，以r
vir
表示所有直流输电系统的等值下垂系数，即n表示直流输电系统的数量。
38.其中，以r
vir_i
表示直流输电系统i的下垂系数，则所有直流输电系统的等值下垂系数的计算方法为：
[0039][0040]
这样，整合后，比例系数可用下式表示：
[0041]
[0042]
②
将交流电力系统的频率的变化率乘以微分系数，得到第二总调频辅助功率。
[0043]
具体的，以p
f2_all
表示第二总调频辅助功率，以kd表示微分系数，则第二总调频辅助功率的计算式为：
[0044][0045]
其中，微分系数为各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率之和与所有直流输电系统的等效惯性时间常数的乘积的两倍，以h
vir
表示所有直流输电系统的等效惯性时间常数，即
[0046]
其中，以h
vir_i
表示直流输电系统i的惯性时间常数，则所有直流输电系统的等效惯性时间常数的计算方法为：
[0047][0048]
这样，整合后，微分系数可用下式表示：
[0049][0050]
根据交流电力系统的频率的偏差值的绝对值和变化率的绝对值的大小，有如下两种不同的总调频辅助功率计算方式：
[0051]
③
若交流电力系统的频率的偏差值的绝对值小于预设偏差值阈值，并且交流电力系统的频率的变化率的绝对值小于预设变化率阈值，则确定所有直流输电系统的总调频辅助功率为零。
[0052]
设预设偏差值阈值为offset，预设变化率阈值为rate，即则p
f_all
＝0。
[0053]
④
若交流电力系统的频率的偏差值的绝对值不小于预设偏差值阈值，或者，交流电力系统的频率的变化率的绝对值不小于预设变化率阈值，则确定所有直流输电系统的总调频辅助功率为第一总调频辅助功率和第二总调频辅助功率之和。
[0054]
即则p
f_all
＝p
f1_all
+p
f2_all
。
[0055]
2、计算各直流输电系统的调频能力系数。
[0056]
具体的，根据总调频辅助功率的大小，该步骤包括如下两种情况：
[0057]
(1)若所有直流输电系统的总调频辅助功率大于0，则计算各直流输电系统的最大可提升功率与所有直流输电系统的最大可提升功率之和的比值，得到各直流输电系统的调频能力系数。
[0058]
以k
a_i
表示直流输电系统i的调频能力系数，以p
c_inc_i
表示直流输电系统i的最大
可提升功率，则若p
f_all
》0，
[0059]
(2)若所有直流输电系统的总调频辅助功率不大于0，则计算各直流输电系统的最大可回降功率与所有直流输电系统的最大可回降功率之和的比值，得到各直流输电系统的调频能力系数。
[0060]
以p
c_dec_i
表示直流输电系统i的最大可回降功率，则若p
f_all
≤0，
[0061]
3、计算各直流输电系统的调频能力系数与所有直流输电系统的总调频辅助功率的乘积，得到各直流输电系统的调频辅助功率。
[0062]
以p
f_i
表示直流输电系统i的调频辅助功率，则p
f_i
＝k
a_i
p
f_all
。
[0063]
步骤s102：将各直流输电系统的调频辅助功率与各直流输电系统的初始功率相加，得到各直流输电系统的备选功率。
[0064]
以p
d_ord1_i
表示直流输电系统i的备选频率，p
d_ord0_i
表示直流输电系统i的初始功率，则p
d_ord1_i
＝p
f_i
+p
d_ord0_i
。
[0065]
步骤s103：根据各直流输电系统的备选功率与各直流输电系统的最小运行功率限值和最大运行功率限值的比较结果，确定各直流输电系统的实际功率。
[0066]
具体的，根据比较结果的不同，有如下几种情况：
[0067]
(1)对于各直流输电系统，若该直流输电系统的备选功率小于该直流输电系统的最小运行功率限值，则确定该直流输电系统的实际功率为该直流输电系统的最小运行功率限值。
[0068]
以p
dmin_i
表示直流输电系统i的最小运行功率限值，p
d_ord_i
表示直流输电系统i的实际功率，即p
d_ord1_i
《p
dmin_i
，则进行限幅处理，p
d_ord_i
＝p
dmin_i
。
[0069]
(2)对于各直流输电系统，若该直流输电系统的备选功率大于该直流输电系统的最大运行功率限值，则确定该直流输电系统的实际功率为该直流输电系统的最大运行功率限值。
[0070]
以p
dmax_i
表示直流输电系统i的最大运行功率限值，即p
d_ord1_i
》p
dmax_i
，则进行限幅处理，p
d_ord_i
＝p
dmax_i
。
[0071]
(3)对于各直流输电系统，若该直流输电系统的备选功率不小于该直流输电系统的最小运行功率限值且不大于该直流输电系统的最大运行功率限值，则确定该直流输电系统的实际功率为该直流输电系统的备选功率。
[0072]
即p
dmin_i
≤p
d_ord1_i
≤p
dmax_i
，则p
d_ord_i
＝p
d_ord1_i
。
[0073]
上述的最大运行功率限值和最小运行功率限值可根据经验确定。例如，本发明具体实施例中，最大运行功率限值为1.0p.u.，最小运行功率限值为0.1p.u.；当直流输电系统具备过负荷运行能力时，直流输电系统的最大运行功率限值还可为直流输电系统的2h过负荷定值。
[0074]
通过上述的限幅处理，可将直流输电系统的实际功率限定在最大运行功率限值和最小运行功率限值之间。
[0075]
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令；所述计算机程序指令被处理器执行时实现如上述实施例所述的多直
流输电系统的频率协调控制方法。
[0076]
本发明实施例还公开了一种多直流输电系统的频率协调控制系统，包括：如上述实施例所述的计算机可读存储介质。
[0077]
具体的，如图5所示，该系统包括：检测模块501和控制模块502。
[0078]
检测模块501，用于实时获取交流电力系统的频率和各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率。
[0079]
具体的，检测模块501包括：交流电力系统的频率滤波、标幺化处理单元和直流系统运行状态获取单元。
[0080]
交流电力系统的频率滤波、标幺化处理单元用于进行前述方法中所述的滤波和标幺化处理，在此不再赘述。
[0081]
直流系统运行状态获取单元用于接收各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率，还用于接收各直流输电系统的最大可提升功率和最大可回降功率，为比例系数、微分系数、调频能力系数的计算提供基础。
[0082]
控制模块502包括：频率偏差值和变化率计算单元、比例系数和微分系数计算单元、总调频辅助功率计算单元、直流输电系统调频能力系数计算单元、单直流输电系统的调频辅助功率计算、直流输电系统实际功率计算单元。
[0083]
频率的偏差值和变化率计算单元，用于采用交流电力系统的频率计算交流电力系统的频率的偏差值和变化率。
[0084]
比例系数和微分系数计算单元，用于计算比例系数为各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率之和与所有直流输电系统的等值下垂系数的比值，以及，计算微分系数为各直流输电系统的当前运行方式下的额定运行功率之和与所有直流输电系统的等效惯性时间常数的乘积的两倍。
[0085]
总调频辅助功率计算单元，用于基于交流电力系统的频率，计算所有直流输电系统的总调频辅助功率。
[0086]
直流系统调频能力系数计算单元，用于计算各直流输电系统的调频能力系数。
[0087]
单直流系统的调频辅助功率计算，用于计算各直流输电系统的调频能力系数与所有直流输电系统的总调频辅助功率的乘积，得到各直流输电系统的调频辅助功率。
[0088]
直流输电系统实际功率计算单元，用于将各直流输电系统的调频辅助功率与各直流输电系统的初始功率相加，得到各直流输电系统的备选功率；根据各直流输电系统的备选功率与各直流输电系统的最小运行功率限值和最大运行功率限值的比较结果，确定各直流输电系统的实际功率。
[0089]
综上，本发明实施例，用于高压或特高压直流输电系统中，当交流电力系统出现大负荷扰动时，通过频率协调控制，调节各直流输电系统输送的有功功率，提高交流电力系统的调频能力，降低系统频率波动速率和幅度，提高交流电力系统的频率稳定性，保证交流电力系统安全稳定运行。
[0090]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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以权利要求的保护范围为准。