《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》是國家電網公司和中國電力科學研究院於2014年10月13日申請的發明專利，該專利的申請號為2014105385316，公布號為CN104253442A，公布日為2014年12月31日，發明人是郭劍波、卜廣全、趙兵、胡濤、李文峰、李尹。
《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》包括以下步驟：建立交直流協調控制平台；確定直流功率調製量P′mod；對直流功率調製量P′mod進行分配；抑制交流聯絡線頭擺功率衝擊。該發明基於電網安全穩定控制裝置構建交直流協調控制平台，將採用校正邏輯控制輸出的以交流聯絡線功率為輸入量的直流功率調製技術套用於交直流協調控制平台中，並通過對多回直流輸電系統輸送功率的調製實現對跨大區聯絡線頭擺功率衝擊的抑制。
2018年12月20日，《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》獲得第二十屆中國專利銀獎。
（概述圖為《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法
- 公布號：CN104253442A
- 公布日：2014年12月31日
- 申請號：2014105385316
- 申請日：2014年10月13日
- 申請人：國家電網公司、中國電力科學研究院
- 地址：北京市西城區西長安街86號
- 發明人：郭劍波、卜廣全、趙兵、胡濤、李文峰、李尹
- 分類號：H02J3/24（2006.01）I
- 代理機構：北京安博達智慧財產權代理有限公司
- 類別：發明專利
- 代理人：徐國文
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
對於大區電網之間通過單一交流通道進行聯網的網架結構，任一側電網發生故障，都可能引起該交流通道輸送功率的大幅波動，進而影響系統的穩定運行。如現在已投運的國家電網華北-華中特高壓交流線路就屬於跨區電網間弱電氣聯繫的重要聯絡線。在華北-華中特高壓聯網初期，交流網內發生的短路故障（如四川尖山近區的三永故障）、掉機故障、直流閉鎖故障等均可能會對該回特高壓交流聯絡線造成較大衝擊，引起特高壓聯絡線暫態功率波動（頭擺衝擊）接近穩定極限，系統運行風險增大。
電網的常規安全穩定控制會對一些特定的故障設定相對應的安穩措施，如對直流閉鎖故障採取切機或切負荷措施；但對於一個跨大區互聯電網，電網規模龐大，運行控制複雜，無法對所有可能引起聯絡線功率振盪的故障逐一設定特定的安穩措施，既不現實也不經濟。因此針對這種穩定控制需求，適當的方案是直接監測聯絡線功率波動、通過對並列運行直流輸電系統的功率調製來進行抑制。
這種方案存在的技術問題包括：1）系統嚴重故障引起的跨大區聯絡線功率波動幅度通常較大，從而所需的調製量亦較大。2）對於被控直流，該方式需要採集遠方信號，整個系統延時可能較長，而過長的延時可能導致控制發散。
通常採用的直流功率調製，僅用於對單回直流的控制，由此提供的可調量不足。曾有見諸文獻的有採用PMU廣域控制方法實現的交直流協調控制平台，該技術的整個控制系統延時較長。
發明內容
專利目的
《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》提供一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法，基於電網安全穩定控制裝置構建交直流協調控制平台，將採用校正邏輯控制輸出的以交流聯絡線功率為輸入量的直流功率調製技術套用於交直流協調控制平台中，並通過對多回直流輸電系統輸送功率的調製實現對跨大區聯絡線頭擺功率衝擊的抑制。
技術方案
《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》所述方法包括以下步驟：
步驟1：建立交直流協調控制平台；
步驟2：確定直流功率調製量P′mod；
步驟3：對直流功率調製量P′mod進行分配；
步驟4：抑制交流聯絡線頭擺功率衝擊。
所述步驟1中，基於安全穩定控制裝置建立的交直流協調控制平台，所述交直流協調控制平台包括交流子站、協控主站和多個直流子站，所述交流子站與協控主站之間、協控主站與直流子站之間均通過光纖通道連線；所述直流子站設有與極控系統連線的接口，且通過接口與極控系統連線。
所述交流子站設定在交流聯絡線所屬變電站，其測量交流聯絡線的電流和電壓，並計算交流聯絡線功率，並上送至協控主站；
所述直流子站設定在被控直流換流站，其收集極控系統直流狀態信息並上送至協控主站，同時接收協控主站的直流功率調製命令並下發給極控系統；
所述協控主站收集交流子站上傳的交流聯絡線功率及極控系統直流狀態信息，並判斷是否需要進行直流功率調製及確定直流功率調製量。
所述交直流協調控制平台的延時在30～40毫秒之間，主要包括站間通信時間以及調製信號出口時間。
所述步驟2中，協控主站收集交流子站上傳的交流聯絡線功率Pac，並採用校正邏輯控制的直流功率調製算法確定直流功率調製量P′mod。
所述步驟2具體包括以下步驟：
步驟2-1：通過交流聯絡線功率Pac計算直流功率調製量Pmod；
步驟2-2：通過交流聯絡線功率Pac確定調製允許指令Kmod；
步驟2-3：確定經過校正邏輯控制的直流功率調製量P′mod，有P′mod＝Pmod·Kmod。
所述步驟2-1中，採用交流聯絡線功率Pac作為輸入，依次通過低通濾波環節、WASHOUT環節、增益/濾波環節、第一超前滯後環節和第二超前滯後環節，最後經過限幅環節得到直流功率調製量Pmod，其表示為：
其中，Tmes為低通濾波環節時間常數，TW為WASHOUT環節時間常數，Kp為調節器增益，T0為增益/濾波環節時間常數，T1和T2為第一超前滯後環節時間常數，T和T4為第二超前滯後環節時間常數；且Pmod滿足：Pmin≤Pmod≤Pmax。其中，Pmax和Pmin為直流功率調製量上下限。
所述步驟2-2中，採用交流聯絡線功率Pac作為輸入，通過低通濾波環節、功率閾值環節、功率死區環節和觸發保持環節，得到調製允許指令Kmod；
所述步驟2-2包括以下步驟：
步驟2-2-1：通過功率閾值環節判斷是否滿足交流聯絡線功率閾值條件；
比較Pac通過低通濾波環節和絕對值環節後得到的值與交流聯絡線功率閾值Pthreshold的大小，若滿足
，則表明交流聯絡線功率閾值條件滿足；
步驟2-2-2：通過功率死區環節判斷是否滿足交流聯絡線功率死區條件；
具體包括以下步驟：
（1）計算Pac在Tn內的平均值
，表示為：
其中，Tn為計算的時間窗長度，取值範圍為30秒～40秒；
（2）求交流聯絡線功率波動量，即Pac與的差值ΔPac，有
；
（3）比較ΔPac與交流聯絡線功率死區定值d的大小，若滿足|ΔPac|＞d/2，則表明交流聯絡線功率死區條件滿足；
步驟2-2-3：通過觸發保持環節計算調製允許指令Kmod；
若交流聯絡線功率閾值條件和交流聯絡線功率死區條件同時持續滿足的時間大於觸發時間定值Td1，則調製允許指令Kmod為1；如果調製允許指令為1後，交流聯絡線功率閾值條件和交流聯絡線功率死區條件有任一不滿足的時間大於保持時間定值Td2，則調製允許指令Kmod為0；其中觸發時間定值Td1取值範圍為0.3s～0.5s。
所述步驟3中，先對交直流協調控制平台中所有被控直流子站設定調製優先權，並給出檔位定值，即直流子站每輪分配的直流功率調製量；然後在交直流協調控制平台進行直流功率調製，每個時步中將總直流功率調製量結合優先權、檔位定值和極控系統上送的可用直流功率調製量對所有被控直流子站逐一循環分配，計算出被控直流子站需承擔的直流功率調製量，並通過光纖通道下發給直流子站。
所述步驟4中，直流子站接收協控主站下發的直流功率調製命令，通過與極控系統連線的接口將直流功率調製量指令下發至極控系統，最終通過極控系統的調節實現對跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制。
有益效果
（1）可以對功能的投退進行較好的控制，通過設定一個閾值來控制功能投入的功率水平，在交流聯絡線運行功率或波動過程中，當交流聯絡線功率始終未超過功率閾值時，則認為該交流聯絡線的功率波動不會引起交直流協調控制平台失穩，可不投入功能；
（2）採用安全穩定控制裝置構建的交直流協調控制平台，具有整體延時較短，以及性能可靠、運行穩定的優點；
（3）對連續調製過程提出調製量採用多回直流進行分配的策略，可以較好的滿足交直流協調控制平台對抑制頭擺衝擊較大調製量的需求。
附圖說明
圖1是該發明實施例中基於安全穩定控制裝置建立的交直流協調控制平台結構示意圖；
圖1
圖2是該發明實施例中確定直流功率調製量P′mod流程圖。
圖2
權利要求
1.《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》其特徵在於：所述方法包括以下步驟：
步驟1：建立交直流協調控制平台；
步驟2：確定直流功率調製量P′mod；
步驟3：對直流功率調製量P′mod進行分配；
步驟4：抑制交流聯絡線頭擺功率衝擊。
所述步驟1中，基於安全穩定控制裝置建立的交直流協調控制平台，所述交直流協調控制平台包括交流子站、協控主站和多個直流子站，所述交流子站與協控主站之間、協控主站與直流子站之間均通過光纖通道連線；所述直流子站設有與極控系統連線的接口，且通過接口與極控系統連線；所述步驟2中，協控主站收集交流子站上傳的交流聯絡線功率Pac，並採用校正邏輯控制的直流功率調製算法確定直流功率調製量P′mod；所述步驟3中，先對交直流協調控制平台中所有被控直流子站設定調製優先權，並給出檔位定值，即直流子站每輪分配的直流功率調製量；然後在交直流協調控制平台進行直流功率調製，每個時步中將總直流功率調製量結合優先權、檔位定值和極控系統上送的可用直流功率調製量對所有被控直流子站逐一循環分配，計算出被控直流子站需承擔的直流功率調製量，並通過光纖通道下發給直流子站；所述步驟4中，直流子站接收協控主站下發的直流功率調製命令，通過與極控系統連線的接口將直流功率調製量指令下發至極控系統，最終通過極控系統的調節實現對跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制。
2.根據權利要求1所述的跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法，其特徵在於：所述交流子站設定在交流聯絡線所屬變電站，其測量交流聯絡線的電流和電壓，並計算交流聯絡線功率，並上送至協控主站；所述直流子站設定在被控直流換流站，其收集極控系統直流狀態信息並上送至協控主站，同時接收協控主站的直流功率調製命令並下發給極控系統；所述協控主站收集交流子站上傳的交流聯絡線功率及直流子站上傳的極控系統直流狀態信息，並判斷是否需要進行直流功率調製及確定直流功率調製量。
3.根據權利要求1或2所述的跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法，其特徵在於：所述交直流協調控制平台的延時在30～40毫秒之間，主要包括站間通信時間以及調製信號出口時間。
4.根據權利要求1所述的跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法，其特徵在於：所述步驟2具體包括以下步驟：
步驟2-1：通過交流聯絡線功率Pac計算直流功率調製量Pmod；
步驟2-2：通過交流聯絡線功率Pac確定調製允許指令Kmod；
步驟2-3：確定經過校正邏輯控制的直流功率調製量P′mod，有P′mod＝Pmod·Kmod。
5.根據權利要求4所述的跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法，其特徵在於：所述步驟2-1中，採用交流聯絡線功率Pac作為輸入，依次通過低通濾波環節、WASHOUT環節、增益/濾波環節、第一超前滯後環節和第二超前滯後環節，最後經過限幅環節得到直流功率調製量Pmod，其表示為：
其中，Tmes為低通濾波環節時間常數，TW為WASHOUT環節時間常數，Kp為調節器增益，T0為增益/濾波環節時間常數，T1和T2為第一超前滯後環節時間常數，T和T4為第二超前滯後環節時間常數；且Pmod滿足：Pmin≤Pmod≤Pmax。其中，Pmax和Pmin為直流功率調製量上下限。
6.根據權利要求4所述的跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法，其特徵在於：所述步驟2-2中，採用交流聯絡線功率Pac作為輸入，通過低通濾波環節、功率閾值環節、功率死區環節和觸發保持環節，得到調製允許指令Kmod；
所述步驟2-2包括以下步驟：
步驟2-2-1：通過功率閾值環節判斷是否滿足交流聯絡線功率閾值條件；
比較Pac通過低通濾波環節和絕對值環節後得到的值與交流聯絡線功率閾值Pthreshold的大小，若滿足，則表明交流聯絡線功率閾值條件滿足；
步驟2-2-2：通過功率死區環節判斷是否滿足交流聯絡線功率死區條件；
具體包括以下步驟：
（1）計算Pac在Tn內的平均值，表示為：
其中，Tn為計算的時間窗長度，取值範圍為30秒～40秒；
（2）求交流聯絡線功率波動量，即Pac與的差值ΔPac，有；
（3）比較ΔPac與交流聯絡線功率死區定值d的大小，若滿足|ΔPac|＞d/2，則表明交流聯絡線功率死區條件滿足；
步驟2-2-3：通過觸發保持環節計算調製允許指令Kmod；
若交流聯絡線功率閾值條件和交流聯絡線功率死區條件同時持續滿足的時間大於觸發時間定值Td1，則調製允許指令Kmod為1；如果調製允許指令為1後，交流聯絡線功率閾值條件和交流聯絡線功率死區條件有任一不滿足的時間大於保持時間定值Td2，則調製允許指令Kmod為0；其中觸發時間定值Td1取值範圍為0.3s～0.5s。
實施方式
《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》所述方法包括以下步驟：
步驟1：建立交直流協調控制平台；
步驟2：確定直流功率調製量P′mod；
步驟3：對直流功率調製量P′mod進行分配；
步驟4：抑制交流聯絡線頭擺功率衝擊。
所述步驟1中，基於安全穩定控制裝置建立的交直流協調控制平台（如圖1），所述交直流協調控制平台包括交流子站、協控主站和多個直流子站，所述交流子站與協控主站之間、協控主站與直流子站之間均通過光纖通道連線；所述直流子站設有與極控系統連線的接口，且通過接口與極控系統連線。
所述交流子站設定在交流聯絡線所屬變電站，其測量交流聯絡線的電流和電壓，並計算交流聯絡線功率，並上送至協控主站；
所述直流子站設定在被控直流換流站，其收集極控系統直流狀態信息並上送至協控主站，同時接收協控主站的直流功率調製命令並下發給極控系統；
所述協控主站收集交流子站上傳的交流聯絡線功率及極控系統直流狀態信息，並判斷是否需要進行直流功率調製及確定直流功率調製量。
所述交直流協調控制平台的延時在30～40毫秒之間，主要包括站間通信時間以及調製信號出口時間（其中策略計算時間由裝置的步長決定，約為0.8毫秒，可以忽略不計）。該方式的整體延時低於採用PMU方式實現協控系統，PMU方式的整體延時約為60～70毫秒。
該發明所要解決的問題為當大區電網之間通過弱電氣聯繫進行聯網時，如何抑制出現在交流聯絡線上的暫態功率波動。根據需求，選用採用校正邏輯控制輸出的以交流聯絡線功率為輸入量的直流功率調製技術來實現該功能。所套用的直流功率調製技術採用交流聯絡線功率Pac為輸入量，通過交流聯絡線功率絕對值大小、相對故障前穩態的波動幅值大小以及持續時間等條件來確定是否需要投入功能，並計算出最終的功率調製量P′mod。
所述步驟2具體包括以下步驟：
步驟2-1：通過交流聯絡線功率Pac計算直流功率調製量Pmod；
步驟2-2：通過交流聯絡線功率Pac確定調製允許指令Kmod；
步驟2-3：確定經過校正邏輯控制的直流功率調製量P′mod，有P′mod＝Pmod·Kmod。
所述步驟2-1中，採用交流聯絡線功率Pac作為輸入，依次通過低通濾波環節、WASHOUT環節、增益/濾波環節、第一超前滯後環節和第二超前滯後環節，最後經過限幅環節得到直流功率調製量Pmod，其表示為：
其中，Tmes為低通濾波環節時間常數，TW為WASHOUT環節時間常數，Kp為調節器增益，T0為增益/濾波環節時間常數，T1和T2為第一超前滯後環節時間常數，T和T4為第二超前滯後環節時間常數；且Pmod滿足：Pmin≤Pmod≤Pmax。其中，Pmax和Pmin為直流功率調製量上下限。
所述步驟2-2中，採用交流聯絡線功率Pac作為輸入，通過低通濾波環節、功率閾值環節、功率死區環節和觸發保持環節，得到調製允許指令Kmod；
所述步驟2-2包括以下步驟（如圖2）：
步驟2-2-1：通過功率閾值環節判斷是否滿足交流聯絡線功率閾值條件；
比較Pac通過低通濾波環節和絕對值環節後得到的值與交流聯絡線功率閾值Pthreshold的大小，若滿足，則表明交流聯絡線功率閾值條件滿足；
步驟2-2-2：通過功率死區環節判斷是否滿足交流聯絡線功率死區條件；
具體包括以下步驟：
（1）計算Pac在Tn內的平均值，表示為：
其中，Tn為計算的時間窗長度，取值範圍為30秒～40秒；
（2）求交流聯絡線功率波動量，即Pac與的差值ΔPac，有；
（3）比較ΔPac與交流聯絡線功率死區定值d的大小，若滿足｜ΔPac｜＞d/2，則表明交流聯絡線功率死區條件滿足；
步驟2-2-3：通過觸發保持環節計算調製允許指令Kmod；
若交流聯絡線功率閾值條件和交流聯絡線功率死區條件同時持續滿足的時間大於觸發時間定值Td1，則調製允許指令Kmod為1；如果調製允許指令為1後，交流聯絡線功率閾值條件和交流聯絡線功率死區條件有任一不滿足的時間大於保持時間定值Td2，則調製允許指令Kmod為0。
觸發時間常數Td1對於正確判斷系統振盪，防止功能誤動影響很大。通過實際調研和仿真試驗所確定的參數，Td1取值範圍為0.3s～0.5s，可以有效躲過大多數交流系統短路故障引起的暫態功率波動，以及躲過非直流功率調製功能所需應對的系統較高頻率功率振盪。
由於系統嚴重故障引起的跨大區聯絡線功率波動幅度通常較大，從而所需的暫態調製量亦較大，僅靠單回直流進行調製所能提供的調製量不足。對該方式下需要的連續調製過程提出了採用多回直流共同承擔的策略。
所述步驟3中，先對交直流協調控制平台中所有被控直流子站設定調製優先權，並給出檔位定值，即直流子站每輪分配的直流功率調製量；然後在交直流協調控制平台進行直流功率調製，每個時步中將總直流功率調製量結合優先權、檔位定值和極控系統上送的可用直流功率調製量對所有被控直流子站逐一循環分配，計算出被控直流子站需承擔的直流功率調製量，並通過光纖通道下發給直流子站。
假定交直流協調控制平台中共有3回被控直流，優先權分別為1，2，3；所設定檔位定值為100兆瓦。假設當每回被控直流具備充足的可用調製量時，第m時步，如所需的總調製量為750兆瓦，則3回直流分別承擔的調製量為300兆瓦，250兆瓦，200兆瓦；第n時步，如所需的總調製量為550兆瓦，則3回直流分別承擔的調製量為200兆瓦，200兆瓦，150兆瓦。對第n時步，假定優先權為2的直流不具備可用調製量，其它兩回直流具備充足可用調製量，則3回直流分別承擔的調製量為300兆瓦，0兆瓦，250兆瓦。
所述步驟4中，直流子站接收協控主站下發的直流功率調製命令，通過與極控系統連線的接口將直流功率調製量指令下發至極控系統，最終通過極控系統的調節實現對跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制。
榮譽表彰
2018年12月20日，《一種跨大區電網交流聯絡線頭擺功率衝擊的抑制方法》獲得第二十屆中國專利銀獎。
