考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法与流程

本发明属于电力系统安全稳定控制，具体涉及一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着风光并网规模的不断扩大，其对电力系统的安全稳定运行也带来了不容小觑的威胁；特别是高比例风电接入后，系统惯量降低，暂态稳定特性改变，保证故障后系统的暂态稳定运行尤为重要。

3、实现高比例新能源系统暂态稳定的目标有赖于了解新能源发电的输出特性(至机组级别)。目前规模化风光并网场景下，在电力系统暂态稳定紧急控制中，若采用传统切除火电机组的方式，因火电机组并网容量降低，其可提供的最大切机量随之减少，故而难以保证系统切机后一定可恢复至稳定运行状态，且切除火电机组后，系统惯量进一步降低，会带来较大的切机代价。

4、新能源机组通过电力电子器件实现并网，在脉冲宽度调制变流器的控制下，有功输出的快速控制本身容易实现。光伏使用的逆变器由电力电子器件和微处理器控制回路构成，有功、无功控制灵活、反应速度快。尽管风电机组有功输出突降后，因桨距角调节速度慢，机械输入不能及时下降，累积大量不平衡功率，易导致转子过转速。但在引入储能或卸荷装置后仍具备一定的短期功率支撑能力。即使在紧急时间尺度下直接采取硬切除的方法将新能源机组离网，其响应经济效益也远超现有火电机组的功率调节方式。

5、新能源机组功率上限普遍较低，大规模的风光资源开发将为系统暂态稳定优化问题带来机组维数问题。由于支路势能方法具有物理意义明确、问题建模简单、不受电源类型影响等优点，因此结合新能源机组动作成本的支路暂态势能稳定控制方法成为解决系统高比例新能源功率支撑问题的有效解决途径。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，通过挖掘新能源机组功率快速调节能力，解决了传统紧急控制中因功率波动导致的在线匹配策略失效的难题，在未来高比例新能源特性的场景中具有很强的适应性。

2、根据一些实施例，本发明的方案提供了一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，采用如下技术方案：

3、一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法,包括：

4、获取电力系统的状态参数，计算电力系统的各支路稳定测度函数；

5、基于所得到的各支路稳定测度函数，通过筛选临界割集判断电力系统是否稳定；

6、当系统不稳定时，计算割集支路的灵敏度系数，筛选可控机组，所述可控机组包括火电机组、风电机组和光伏机组；

7、将所筛选出来的可控机组按照灵敏度系数的绝对值排序，确定可控机组的优先级；

8、结合所确定的可控机组的优先级，以切机成本最小为目标函数构建可控机组优化模型；

9、求解所构建的可控机组优化模型，得到各机组的动作量，完成电力系统紧急控制。

10、作为进一步的技术限定，所获取的电力系统的状态参数包括支路相角差、支路有功潮流、支路故障后平衡状态下的相角差和支路故障后平衡状态下的有功潮流。

11、作为进一步的技术限定，任意一条支路的势能为支路有功潮流与支路在故障后平衡状态下的有功潮流之差在故障后平衡状态下的相角差到支路相角差这一区间上的积分值。

12、作为进一步的技术限定，所述电力系统的各支路稳定测度函数反映支路势能未达到极大值时动态监测支路的稳定状况；当系统失去稳定时，其支路稳态测定函数的值趋向于零。

13、作为进一步的技术限定，根据所得到的支路稳定测度函数，确定割集的稳定性指标，通过临界割集的实时稳定指标确定电力系统的暂态稳定性。

14、作为进一步的技术限定，考虑到临界割集中由主导临界失稳支路率先达到临界状态，则电力系统稳定性指标通过临界割集中的主导临界支路判断；移掉稳定性指标最小的支路，直到电力系统形成不连通的网络，所移掉的所有支路的集合为临界割集。

15、进一步的，识别临界割集后，计算临界割集内各支路的灵敏度系数，通过所得到的灵敏度系数的符号判断临界割集稳定度与大电网的关系；若灵敏度系数为正，则在大电网切机后稳定指标降低；若灵敏度系数为负，则在大电网降低出力后改善系统稳定性；结合灵敏度系数判断需要动作的机组。

16、作为进一步的技术限定，针对火电机组和风电机组，只需判别其灵敏度系数为负即可；对于光伏机组，若工作于最大功率跟踪模式下，仅进行切机操作，若运行于限功率模式，即使灵敏度系数为正，也通过快速增发功率改善电力系统的稳定性。

17、作为进一步的技术限定，所述灵敏度系数的数值越大，则可控机组优先级的等级越高。

18、作为进一步的技术限定，所构建的可控机组优化模型为：

19、所构建的可控机组优化模型为：

20、

21、

22、其中，下标d和i代表在可施加动作的机组集合d中的第i台机组，j则代表第j台限功率运行的光伏机组，下标max代表机组的最大可动作量，n代表所有机组的数目，βdi代表不同类型机组在不同调控模式下的动作成本，不同下标的δp代表不同机组动作量；δpdn-j代表除去j台限功率运行的光伏后，其余机组的动作量；δpdj代表限功率运行的光伏机组的动作量；c则代表该不允许停机的机组集合；ps0为机组在故障清除后的功率，为机组最小运行允许功率，则代表选定的第k条支路在预定施加动作时间时的稳定测度值；kdi和kds均代表机组与选定支路的稳定测度函数的拟合斜率。

23、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

24、本发明在规模化并网系统中，依据稳定测度指标可在失稳前精确预测发生系统“撕裂”工况的支路。通过充分挖掘新能源机组功率快速调节能力，可解决传统紧急控制中因功率波动导致的在线匹配策略失效问题。所提方案在未来高比例新能源特性的场景中具有很强的适应性。

25、本发明按照“支路稳定测度计算—临界割集筛选—势能灵敏度计算—控制机组选取-成本因子确定-模型建立-仿真验证”的思路，对紧急控制时间尺度下的新能源功率快速调节问题进行策略构建。通过计算稳定测度从全系统中筛选出临界割集，将系统失稳监测转换为部分支路的状态监测。针对临界割集中的支路计算所有电源的势能灵敏度，进一步将调节对象缩减为有限的势能正向相关的可动作电源，极大的降低了后续模型求解复杂度。依据功率调节类型确定成本因子，构建系统暂态稳定经济优化模型。线性模型的构建极大的减少了计算工作量，为后续维持系统稳定所需的工程操作节省出更多时间。

技术特征：

1.一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，所获取的电力系统的状态参数包括支路相角差、支路有功潮流、支路故障后平衡状态下的相角差和支路故障后平衡状态下的有功潮流。

3.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，任意一条支路的势能为支路有功潮流与支路在故障后平衡状态下的有功潮流之差在故障后平衡状态下的相角差到支路相角差这一区间上的积分值。

4.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，所述电力系统的各支路稳定测度函数反映支路势能未达到极大值时动态监测支路的稳定状况；当系统失去稳定时，其支路稳态测定函数的值趋向于零。

5.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，根据所得到的支路稳定测度函数，确定割集的稳定性指标，通过临界割集的实时稳定指标确定电力系统的暂态稳定性。

6.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，考虑到临界割集中由主导临界失稳支路率先达到临界状态，则电力系统稳定性指标通过临界割集中的主导临界支路判断；移掉稳定性指标最小的支路，直到电力系统形成不连通的网络，所移掉的所有支路的集合为临界割集。

7.如权利要求6中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，识别临界割集后，计算临界割集内各支路的灵敏度系数，通过所得到的灵敏度系数的符号判断临界割集稳定度与大电网的关系；若灵敏度系数为正，则在大电网切机后稳定指标降低；若灵敏度系数为负，则在大电网降低出力后改善系统稳定性；结合灵敏度系数判断需要动作的机组。

8.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，针对火电机组和风电机组，只需判别其灵敏度系数为负即可；对于光伏机组，若工作于最大功率跟踪模式下，仅进行切机操作，若运行于限功率模式，即使灵敏度系数为正，也通过快速增发功率改善电力系统的稳定性。

9.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，所述灵敏度系数的数值越大，则可控机组优先级的等级越高。

10.如权利要求1中所述的一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，其特征在于，所构建的可控机组优化模型为：

技术总结
本发明属于电力系统安全稳定控制技术领域，具体涉及一种考虑风电和光伏主动支撑能力的电力系统紧急控制方法，包括：获取电力系统的状态参数，计算电力系统的各支路稳定测度函数；基于所得到的各支路稳定测度函数，通过筛选临界割集判断电力系统是否稳定；当系统不稳定时，计算割集支路的灵敏度系数，筛选可控机组，所述可控机组包括火电机组、风电机组和光伏机组；将所筛选出来的可控机组按照灵敏度系数的绝对值排序，确定可控机组的优先级；结合所确定的可控机组的优先级，以切机成本最小为目标函数构建可控机组优化模型；求解所构建的可控机组优化模型，得到各机组的动作量，完成电力系统紧急控制。

技术研发人员：王飞,燕树民,封国栋,张焕云,韩立群,于传华,杨帆,石访,刘晓宁,李哲,高文浩,肖红芳,邢晨,陶振峻
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司德州供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13