一种考虑频率约束的直流承载能力估算方法与流程

1.本发明属于电网规划技术领域，尤其涉及一种考虑频率约束的直流承载能力估算方法。


背景技术：

2.伴随着我国特高压交直流快速发展，特别是特高压直流输电规模的阶跃式提升，我国送端电网的运行特性发生深刻变化，“强直弱交”矛盾突出，电网安全运行面临新的风险和挑战。对于多直流外送系统，故障扰动冲击下，交流系统与直流系统以及多回直流系统之间的相互作用与影响，对电网受扰行为特性、安全稳定水平、重要断面送受电能力均会产生显著影响。受端电网发生交流故障后可能导致多回直流同时换相失败，巨大的功率冲击可能导致送端电网重要联络线断面功率振荡、频率短时升高。并且随着同送端、同受端直流的不断增加，打破了原有直流隔绝故障的传统观念，功率的变化和涌动大幅提升了送、受端电网间的连锁反应风险，限制了电网承载直流规模。
3.在直流换相失败，尤其是多回直流连续换相失败的扰动下，由于故障冲击时间较短、故障扰动量较大，且系统的一次调频来不及响应，频率的偏差与系统惯量密切相关。新能源机组的替代，不仅减小了系统的惯量，短时间内的瞬时功率冲击可能导致系统频率偏差严重，同时，换相失败期间，由于大容量有功与无功的快速变化，新能源机组存在大规模脱网的风险，进一步恶化系统频率，最大频率偏差与系统的惯量、直流功率和换相失败时间有关。
4.在忽略系统内频率时间、空间分布的差异性时，可通过等值单机模型计算得到系统平均频率，作为整个电网的频率。对于给定的系统频率变化率的承受能力极限，若已知常规机组的开机容量、连续换相失败扰动冲击持续时间，则可以估算出该系统能够瞬时承受的最大功率扰动量，即可得到特定方式下，受制于频率最大变化率约束的直流承载能力。


技术实现要素：

5.本发明的目的是：对存在多回直流连续换相失败扰动下系统高频风险限制直流送出能力的情况，基于给定规划网架多种运行工况下的小负荷工况，在已知常规机组开机容量、连续换相失败扰动冲击持续时间的前提下，通过发电机转子运动方程，在系统惯量的支撑下估算频率最大变化率下的直流承受能力极限，避免了反复试探仿真求取直流承载能力极限，能够指导送端电网直流的合理规划及运行。
6.具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，用于评估送端电网受直流连续换相失败后高频约束的直流承载能力，包括如下步骤：
7.步骤1：获取规划周期内送端电网所有可能的运行工况，选取小负荷工况进行为研究对象，统计小负荷工况中送端电网发电机总惯量，记为e
mws
；其中单台机组最大出力和相应的惯量为p
g
、e
g
；
8.小负荷中同送同受直流总功率为p
dc0
；
9.从电网调度运行部门获取可承受的最高频率限制，记为δf
max
；
10.校核故障为同送同受多回直流同时换相失败，一般而言，校核标准为同送同受直流同时换相失败连续2次，即换相失败持续时间δt＝0.4s。
11.步骤2：基于小负荷工况，采用机电仿真软件时域仿真同送同受多回直流同时换相失败后系统频率响应；
12.步骤3：根据系统频率响应结果，估算送端电网直流最大可承载能力；
13.上述技术方案的进一步特征在于：步骤2中，由于频率特性的空间分布差异性，时域仿真同送同受直流换相失败后直流近区发电机频率偏差，以最大频率偏差δf
g
作为系统的频率响应。
14.上述技术方案的进一步特征在于：步骤3中，送端电网直流最大可承载能力计算过程：
15.a1)若δf
g
＜δf
max
或δf
g
＞δf
max
，则直流最大可承载能力大于或小于当前方式同送同受直流总功率，设定为p
dc1
，则增加或减少的直流功率为|p
dc1
‑
p
dc0
|，根据理论估算，考虑新增或减少的直流外送功率均由与单台机组最大出力的相同参数的配套电源提供，则增加或减少的机组惯量为由发电机转子运动方程，倒推p
dc1
可表达为：
[0016][0017]
其中k为换相失败频率时间偏差系数：
[0018][0019]
根据计算结果，若p
dc1
＜p
dc0
，则直流最大可承载能力小于当前方式同送同受直流总功率，若p
dc1
＞p
dc0
，则直流最大可承载能力大于当前方式同送同受直流总功率。
[0020]
a2)若δf
g
＝δf
max
，则当前安排的同送同受直流总功率即为直流最大可承载能力。
[0021]
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：对存在多回直流连续换相失败扰动下系统高频风险限制直流送出能力的情况，基于给定规划网架多种运行工况下的小负荷工况，在已知常规机组开机容量、连续换相失败扰动冲击持续时间的前提下，通过发电机转子运动方程，在系统惯量的支撑下估算频率最大变化率下的直流承受能力极限，避免了反复试探仿真求取直流承载能力极限，能够指导送端电网直流的合理规划及运行。
附图说明
[0022]
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0023]
图1是本发明方法的流程图。
[0024]
图2是所估算的直流总极限功率下发生2次换相失败后系统频率曲线。
具体实施方式
[0025]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例
中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0026]
在本技术实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0027]
下面结合图1对本发明作详细说明。
[0028]
实施例1：
[0029]
本发明的一个实施例，公开了一种考虑频率约束的直流承载能力估算方法，用于评估受多回直流连续换相失败扰动下系统高频风险限制的直流承载能力。通过发电机转子运动方程，基于给定规划网架多种运行工况下的小负荷工况，在已知常规机组开机容量、连续换相失败扰动冲击持续时间的前提下估算直流承受能力极限。其主要步骤如图1所示。
[0030]
步骤1：获取规划周期内送端电网所有可能的运行工况，选取小负荷工况进行为研究对象，统计小负荷工况中送端电网发电机总惯量，记为e
mws
；其中单台机组最大出力和相应的惯量为p
g
、e
g
；
[0031]
小负荷中同送同受直流总功率为p
dc0
；
[0032]
从电网调度运行部门获取可承受的最高频率限制，记为δf
max
；
[0033]
校核故障为同送同受多回直流同时换相失败，一般而言，校核标准为同送同受直流同时换相失败连续2次，即换相失败持续时间δt＝0.4s。
[0034]
步骤2：基于小负荷工况，采用机电仿真软件时域仿真同送同受多回直流同时换相失败后系统频率响应；
[0035]
由于频率特性的空间分布差异性，时域仿真同送同受直流换相失败后直流近区发电机频率偏差，以最大频率偏差δf
g
作为系统的频率响应。
[0036]
步骤3：根据系统频率响应结果，估算送端电网直流最大可承载能力；
[0037]
送端电网直流最大可承载能力计算过程：
[0038]
a1)若δf
g
＜δf
max
或δf
g
＞δf
max
，则直流最大可承载能力大于或小于当前方式同送同受直流总功率，设定为p
dc1
，则增加或减少的直流功率为|p
dc1
‑
p
dc0
|，根据理论估算，考虑新增或减少的直流外送功率均由与单台机组最大出力的相同参数的配套电源提供，则增加或减少的机组惯量为由发电机转子运动方程，倒推p
dc1
可表达为：
[0039]
[0040]
其中k为换相失败频率时间偏差系数：
[0041][0042]
根据计算结果，若p
dc1
＜p
dc0
，则直流最大可承载能力小于当前方式同送同受直流总功率，若p
dc1
＞p
dc0
，则直流最大可承载能力大于当前方式同送同受直流总功率。
[0043]
a2)若δf
g
＝δf
max
，则当前安排的同送同受直流总功率即为直流最大可承载能力。
[0044]
实施例2
[0045]
本实施例基于实施例1，对考虑多回直流同时换相失败后频率约束的直流承载能力估算方法进行详细描述。
[0046]
本实施例的具体实施过程参考图1所示：
[0047]
2023年丰小典型方式，西南电网总惯量e
mws
为372027mw.s，存在5回特高压直流属于同送同受直流，均落点在华东电网，同送同受的五回特高压常规直流总量p
dc0
为33600mw，同时连续换相失败后西南电网频率超过高周切机动作门槛。由于连续换相失败后系统频率偏差与系统惯量密切相关，可估算受同送同受直流连续2次换相失败(δt＝0.4s)、系统最大频率δf
max
不超过50.5hz、50.8hz、51hz的直流最大承载能力。
[0048]
根据理论估算，考虑新增直流外送功率均由与白鹤滩机组相同参数的配套电源提供，即单台机组的最大出力p
g
为1000mw，动能e
g
为4675.6mw.s，在丰水期小负荷运行方式下，系统能够承受的最大直流同时换相失败容量为：
[0049] 最高频率50.5hz最高频率50.8hz最高频率51.0hz连续两次换相失败14000mw27400mw40300mw
[0050]
参考图2为按照估算的直流最大承载能力调整运行工况后，发生连续换相失败2次后系统频率响应曲线，由图2可知，当直流总容量分别为140000mw、27400mw、40300mw时，系统最高频率分别为50.51hz、50.77hz、50.97hz，可以看出，理论估算的直流最大承载能力值与实际仿真结果差距不大。
[0051]
以上所述实施例仅表达了本技术的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。