本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種用于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的TCSC緊急控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著大規(guī)模新能源接入、特高壓交直流輸電工程投運(yùn)以及電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)逐漸形成了世界上規(guī)模最大、輸電電壓等級(jí)最高、復(fù)雜程度最高的電網(wǎng)，由于電力系統(tǒng)的非線性以及非自治性不斷增加，傳統(tǒng)的安全穩(wěn)定措施已不能完全滿足現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展與安全，因此電網(wǎng)需要更加安全、合理和智能的運(yùn)行控制手段?？煽卮a(bǔ)裝置(TCSC，Thyristor Controlled Series Compensation)這一電力電子設(shè)備作為柔性交流輸電技術(shù)中重要的一員，將固定串補(bǔ)拓展到一個(gè)全新的階段，它可以連續(xù)、快速和大范圍的改變線路阻抗，從而能夠靈活且經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)潮流、增加線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩，有效提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，應(yīng)用前景十分廣闊。

國(guó)內(nèi)外已有很多關(guān)于利用可控串補(bǔ)裝置提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究，大多數(shù)是以避免機(jī)組失穩(wěn)為目標(biāo)而僅僅對(duì)首擺進(jìn)行強(qiáng)補(bǔ)控制，控制策略以傳統(tǒng)的PID控制居多，在TCSC抑制系統(tǒng)振蕩方面，多為抑制次同步諧振和低頻振蕩的研究。

EEAC應(yīng)用擴(kuò)展等面積準(zhǔn)則方法是電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析中一個(gè)很有效的方法，EEAC等面積法則在量化評(píng)估電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于大電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定量化分析與控制，而以往很少有文章結(jié)合等面積法則研究TCSC抑制后續(xù)功角、功率振蕩的具體優(yōu)化控制策略。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了提高電力系統(tǒng)在擾動(dòng)下的暫態(tài)穩(wěn)定并克服傳統(tǒng)安全穩(wěn)定緊急控制措施精確性和時(shí)效性較差的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種用于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的TCSC緊急控制方法，實(shí)現(xiàn)靈活且經(jīng)濟(jì)地增加線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩，有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種用于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的TCSC緊急控制方法，該方法包括以下步驟：

S1電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，判斷是否啟動(dòng)TCSC緊急控制，若啟動(dòng)，在故障清除后安控給TCSC發(fā)出強(qiáng)補(bǔ)命令，并進(jìn)入步驟S2，否則結(jié)束本方法；

S2基于實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)EEAC方法計(jì)算等值機(jī)轉(zhuǎn)子角度、角速度、慣性時(shí)間常數(shù)、電磁功率和機(jī)械功率，進(jìn)入步驟S3；

S3計(jì)算當(dāng)前等值機(jī)累積的加速能量和減速能量，進(jìn)入步驟S4；

S4根據(jù)等值機(jī)當(dāng)前累積的加速能量和減速能量，確定TCSC緊急控制策略，進(jìn)入步驟S5；

S5判斷是否退出TCSC緊急控制策略，若退出，則恢復(fù)TCSC原有控制策略，結(jié)束本方法；否則返回步驟S2，對(duì)下一振蕩周期繼續(xù)進(jìn)行TCSC緊急控制。

進(jìn)一步地，所述步驟S1包括以下步驟：

S11確定預(yù)想故障集合，根據(jù)離線仿真計(jì)算，確定電力系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下存在的故障，確定預(yù)想故障集合；

S12電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，根據(jù)發(fā)生故障時(shí)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式及故障類(lèi)型，確定發(fā)生故障是否屬于預(yù)想故障集合，如果屬于則啟動(dòng)TCSC緊急控制；如果不屬于，則結(jié)束本方法。

進(jìn)一步地，所述步驟S2包括以下步驟：

S21根據(jù)EEAC方法，將多機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)組動(dòng)態(tài)分為領(lǐng)前群S和余下群A，領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程用公式(1)表示，余下群A系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程用公式(2)表示：

其中，δ_S為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角，ω_S為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，M_S為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，P_mS為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的機(jī)械功率，P_eS為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的電磁功率，δ_A為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角，ω_A為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，M_A為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，P_mA為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的機(jī)械功率，P_eA為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的電磁功率，t為積分時(shí)間，各參數(shù)均通過(guò)測(cè)量直接獲取；

S22進(jìn)一步作單機(jī)等值，定義單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：

令：δ＝δ_S-δ_A；ω＝ω_S-ω_A；各參數(shù)通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算直接獲??；

其中，δ為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角，ω為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，M為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，P_m為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的機(jī)械功率，P_e為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的電磁功率。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中計(jì)算當(dāng)前等值機(jī)累積的加速能量和減速能量，計(jì)算公式定義如下：

定義在P_m>P_e時(shí)段等值機(jī)為加速狀態(tài)，等值機(jī)累積加速能量E₊計(jì)算公式為：

其中，δ_i1和δ_i2分別表示第i個(gè)P_m>P_e時(shí)段的起始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻，n表示P_m>P_e時(shí)段的累積個(gè)數(shù)；

定義在P_m<P_e時(shí)段等值機(jī)位減速狀態(tài)，等值機(jī)累積減速能量E_{_}計(jì)算公式為：

其中，δ_i1和δ_i2分別表示第i個(gè)P_m<P_e時(shí)段的起始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻，n表示P_m<P_e時(shí)段的累積個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步地，所述步驟S4中，按公式(6)確定TCSC緊急控制策略：

有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明基于EEAC，結(jié)合單擺過(guò)程中能量守恒原理提出了一種新的安全穩(wěn)定緊急控制方法，快速平息功角和功率振蕩；

2、本發(fā)明提高了電力系統(tǒng)在擾動(dòng)下的暫態(tài)穩(wěn)定，克服了傳統(tǒng)安全穩(wěn)定緊急控制措施精確性和時(shí)效性較差的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)靈活且經(jīng)濟(jì)地增加線路傳輸能力、阻尼系統(tǒng)振蕩，有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3、用于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的TCSC緊急控制方法，不僅能夠有效提高暫態(tài)過(guò)程中首擺的穩(wěn)定裕度，還可以實(shí)現(xiàn)后續(xù)振蕩的阻尼控制，快速平息功角和功率振蕩。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明方法步驟流程示意圖。

圖2是系統(tǒng)受擾后等值機(jī)首擺失穩(wěn)功角曲線以及對(duì)輸電線安裝TCSC并實(shí)施補(bǔ)償時(shí)功角曲線示意圖。

圖3是等值機(jī)反擺過(guò)程中TCSC閉鎖或強(qiáng)補(bǔ)時(shí)功角曲線示意圖。

圖4是等值機(jī)正擺過(guò)程中TCSC閉鎖或強(qiáng)補(bǔ)時(shí)功角曲線示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例一電力系統(tǒng)中“雙機(jī)等值”分群示意圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例一中實(shí)施不同控制策略時(shí)TCSC串補(bǔ)量示意圖。

圖7(a)、(b)、(c)、(d)四個(gè)圖分別為T(mén)CSC執(zhí)行原PSD-BPA控制策略、TCSC全程強(qiáng)補(bǔ)、TCSC僅首擺強(qiáng)補(bǔ)以及TCSC執(zhí)行本發(fā)明控制方法這四種策略時(shí)串補(bǔ)量隨時(shí)間的變化曲線圖。

圖8是實(shí)施不同控制策略時(shí)的等值機(jī)功角曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明提出了一種用于提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的TCSC緊急控制方法，圖1中步驟S1：判斷是否啟動(dòng)TCSC緊急控制：首先確定，根據(jù)離線仿真計(jì)算，確定電力系統(tǒng)不同運(yùn)行方式下存在的不安全故障，確定預(yù)想故障集合；電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，根據(jù)發(fā)生故障時(shí)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式及故障類(lèi)型，確定發(fā)生故障是否屬于預(yù)想故障集合，如果屬于則啟動(dòng)TCSC緊急控制，在故障清除后安控給預(yù)想故障集合TCSC發(fā)出強(qiáng)補(bǔ)命令，并進(jìn)入步驟S2；如果不屬于，則結(jié)束本發(fā)明方法；

圖1中步驟S2：基于實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)EEAC方法計(jì)算等值機(jī)轉(zhuǎn)子角度、角速度、慣性時(shí)間常數(shù)、電磁功率和機(jī)械功率；針對(duì)復(fù)雜的多機(jī)系統(tǒng)，不同發(fā)電機(jī)穿越不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的時(shí)刻不同，各自搖擺曲線也不完全吻合，難以直接使用傳統(tǒng)的等面積法則進(jìn)行控制策略量化求解。因此，基于EEAC將多機(jī)系統(tǒng)等值為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)，等值技術(shù)為成熟現(xiàn)有技術(shù)；

等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式通過(guò)以下步驟得到：

根據(jù)EEAC方法，將多機(jī)系統(tǒng)中各機(jī)組動(dòng)態(tài)分為領(lǐng)前群S和余下群A，領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程用公式(1)表示，余下群A系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程用公式(2)表示：

其中，δ_S為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角，ω_S為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，M_s為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，P_mS為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的機(jī)械功率，P_es為領(lǐng)前群S系統(tǒng)等值機(jī)的電磁功率，δ_A為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角，ω_A為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，M_A為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，P_mA為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的機(jī)械功率，P_eA為余下群A系統(tǒng)等值機(jī)的電磁功率，t為積分時(shí)間，各參數(shù)均通過(guò)測(cè)量直接獲?。?/p>

進(jìn)一步作單機(jī)等值，定義單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程：

令：δ＝δ_S-δ_A；ω＝ω_s-ω_A；各參數(shù)通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算直接獲??；

其中，δ為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角，ω為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的轉(zhuǎn)子角速度，M為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的慣性時(shí)間常數(shù)，P_m為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的機(jī)械功率，P_e為單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)的電磁功率；

從而得到等值機(jī)運(yùn)動(dòng)方程公式(3)，接著進(jìn)入圖1中步驟S3；

圖1中步驟S3：根據(jù)步驟S2得到的等值機(jī)各參數(shù)，計(jì)算等值機(jī)起始時(shí)刻到結(jié)束時(shí)刻過(guò)程中累積的加速能量和減速能量，累積的加速能量和減速能量共同組成能量總和；

步驟S3中計(jì)算當(dāng)前等值機(jī)累積的加速能量和減速能量，計(jì)算公式定義如下：

定義在P_m>P_e時(shí)段等值機(jī)為加速狀態(tài)，等值機(jī)累積加速能量E₊計(jì)算公式為：

其中，δ_i1和δ_i2分別表示第i個(gè)P_m>P_e時(shí)段的起始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻，n表示P_m>P_e時(shí)段的累積個(gè)數(shù)；

定義在P_m<P_e時(shí)段等值機(jī)位減速狀態(tài)，等值機(jī)累積減速能量E_{_}計(jì)算公式為：

其中，δ_i1和δ_i2分別表示第i個(gè)P_m<P_e時(shí)段的起始時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻，n表示P_m<P_e時(shí)段的累積個(gè)數(shù)；通過(guò)公式(4)和公式(5)計(jì)算得到累積的加速能量和減速能量；

另外在穩(wěn)態(tài)時(shí)恒有：E₊＝E_{_}＝0；

進(jìn)入圖1中步驟S4；

圖1中步驟S4：根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算得到的等值機(jī)當(dāng)前累積的加速能量和減速能量，確定TCSC緊急控制策略，安控給可控串補(bǔ)模塊下發(fā)強(qiáng)補(bǔ)和閉鎖指令，其中可控串補(bǔ)模塊強(qiáng)補(bǔ)或閉鎖狀態(tài)的選擇依據(jù)如下：

由EEAC理論可知，當(dāng)系統(tǒng)受擾后首擺失穩(wěn)，其功角曲線如圖2所示中虛線所示，則故障后首擺任意時(shí)刻恒有：E₊>E_{_}；若對(duì)輸電線安裝TCSC并實(shí)施補(bǔ)償，增加了輸電功率，等值機(jī)電磁功率P_e增大，此時(shí)功角曲線如圖2實(shí)線所示，此時(shí)加速能量減少，加速能量增加有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，因此在故障發(fā)生后就應(yīng)該立即下發(fā)TCSC強(qiáng)補(bǔ)命令。

若首擺穩(wěn)定，當(dāng)達(dá)到E₊＝E_{_}時(shí)刻時(shí)，功角曲線回?cái)[，該回?cái)[稱為反擺過(guò)程，如圖3所示，反擺期間有：E₊<E_{_}；若反擺期間TCSC繼續(xù)強(qiáng)補(bǔ)，等值機(jī)電磁功率如圖3虛線所示，若此期間TCSC閉鎖，則等值機(jī)功率曲線如圖3實(shí)現(xiàn)所示，則反擺加速能量增加，減速能量減少，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此在此期間應(yīng)下發(fā)TCSC閉鎖指令；

當(dāng)再次達(dá)到E₊＝E_{_}＝0時(shí)刻時(shí)，功角曲線再次回?cái)[到如圖4所示，稱為正擺過(guò)程，分析過(guò)程與結(jié)論與首擺類(lèi)似，需下發(fā)TCSC強(qiáng)補(bǔ)命令；

綜上所述，故障后TCSC只需要在強(qiáng)補(bǔ)或閉鎖兩種極端狀態(tài)間切換，就可以實(shí)現(xiàn)首擺暫態(tài)穩(wěn)定裕度提高和后續(xù)振蕩的阻尼控制，具體控制策略如下：

圖1中步驟S5：判斷是否退出TCSC緊急控制策略，若退出，則恢復(fù)TCSC原有控制策略，結(jié)束本方法；否則返回步驟S2，對(duì)下一振蕩周期繼續(xù)進(jìn)行TCSC緊急控制。

本發(fā)明方法將振蕩過(guò)程中的正擺和反擺視為一個(gè)周期，理論上這一時(shí)間段內(nèi)包含了完整的振蕩特性，因此每次只需計(jì)算單個(gè)周期內(nèi)可控串補(bǔ)的最優(yōu)控制策略，再由安控下發(fā)調(diào)節(jié)指令，之后每個(gè)周期都重復(fù)此控制策略，即可在整個(gè)抑制振蕩過(guò)程中達(dá)到最優(yōu)效果，使系統(tǒng)后續(xù)振蕩快速平息，達(dá)到提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的目的。至于結(jié)束此控制策略的條件可由實(shí)際系統(tǒng)復(fù)雜程度以及擾動(dòng)大小而定，一般設(shè)定一個(gè)固定控制擺數(shù)或時(shí)間。

實(shí)施例一：

如圖5所示的電力系統(tǒng)，G1～G8為同步發(fā)電機(jī)，G1～G6每臺(tái)有功280MW，G9～G11為風(fēng)力發(fā)電機(jī)每臺(tái)風(fēng)機(jī)有功出力為280MW；母線5和母線6通過(guò)直流輸電直接連接；TCSC模塊安裝在母線1至母線2之間第二回線路上，該段線路的電抗標(biāo)幺值為0.0475，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)設(shè)置固定串補(bǔ)為該段線路電抗值的20％，最大串補(bǔ)上限為60％；0s時(shí)刻母線1至母線2之間第一回線路靠近母線2的地方發(fā)生三相短路故障，0.1s斷開(kāi)該線路故障消除；

針對(duì)上述故障，參照?qǐng)D6，按前述方法的步驟S2可將發(fā)電機(jī)組分為臨界群G1～G6和余下群G7、G8，進(jìn)一步進(jìn)行單機(jī)等值易計(jì)算得到單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)等值機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程；

按前述方法的步驟S3可計(jì)算得到不同串補(bǔ)策略下的暫態(tài)能量函數(shù)；

參照?qǐng)D7，按前述方法的步驟S4根據(jù)等值機(jī)累積的能量函數(shù)確定可控串補(bǔ)的具體控制策略，另設(shè)三個(gè)對(duì)照組以作為參考，圖7中(a)、(b)、(c)、(d)四個(gè)圖分別為T(mén)CSC執(zhí)行原PSD-BPA控制策略、TCSC全程強(qiáng)補(bǔ)、TCSC僅首擺強(qiáng)補(bǔ)以及TCSC執(zhí)行本文控制方法這四種策略時(shí)串補(bǔ)量隨時(shí)間的變化曲線。

參照?qǐng)D8，按前述方法的步驟S5，為保證設(shè)備的可靠性，退出控制的條件設(shè)定為暫態(tài)過(guò)程中5秒內(nèi)的前四個(gè)周期，之后便退出此緊急控制措施，切換回為原控制策略。由圖5中策略4曲線可見(jiàn)，相比較其他幾種控制策略，功角振蕩明顯得到較快抑制；可見(jiàn)，本發(fā)明計(jì)算得到的緊急控制策略與理論分析效果基本一致，說(shuō)明了本發(fā)明的有效性和優(yōu)越性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。