一種提高電網頻率安全穩定性的優化方法技術

本發明專利技術公開了一種提高電網頻率安全穩定性的優化方法，包括確定目標電力系統的電網規模、電網特性、運行方式和安全穩定控制裝置的整定情況；確定電網發生故障后是否存在電網頻率越限的風險；實施切除抽水蓄能電站機組的措施；決定速升或速降直流線路功率的控制措施；以及選擇速升或速降直流線路功率的啟動頻率，通過仿真計算確定直流線路功率速升或速降的調節量。本發明專利技術利用對直流線路和抽水蓄能電站的控制措施提高故障后電網的頻率穩定性，可有效利用系統內直流可調容量和抽水蓄能電站，提高故障后系統頻率穩定水平，減少切機、切負荷等安全穩定控制措施量，減小電力系統故障對電力運行、工業生產和人民生活的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電力系統領域，具體涉及一種利用直流線路和抽水蓄能電站提高電網頻率安全穩定性的優化方法。
技術介紹
電力系統穩定運行的重要標志之一是系統頻率穩定。頻率穩定是指電力系統發生有功功率擾動后，系統頻率能夠保持或恢復到允許的范圍內，不發生頻率崩潰的能力。如果系統發生頻率失穩，將導致大面積的停電事故，后果嚴重。隨著電力系統發電和輸電技術的發展，目前單臺機組最大容量達到100萬千瓦，單條特高壓交流線路輸電能力達到500萬千瓦，而未來投運的特高壓直流線路輸電能力將達到800萬千瓦，一旦發生故障將造成巨大的功率缺額。盡管電網的規模也在不斷增大，但是面對如此大容量的有功功率缺額時，系統頻率穩定風險在不斷加大。目前，提高電網頻率穩定性的運行手段和控制措施包括增加機組旋轉備用容量、配置高周切機保護裝置和低頻減負荷裝置等，但這些措施均存在明顯的不足。增加機組旋轉備用容量的措施可以在故障后電網頻率下降時利用機組的調頻功能增加機組出力以提高電網頻率穩定水平，但將導致機組在正常運行中長期無法滿出力運行，降低電廠的發電效率；配置高周切機保護裝置的措施可以在電網頻率升高到一定程度時由保護裝置自動切除機組，但切除機組將減少系統的總轉動慣量和局部地區的電壓支撐能力從而對系統穩定不利；配置低頻減負荷裝置措施屬于電力系統第三道防線的范疇，是電力系統最基本和重要的保護措施，它在電網頻率低于一定的門檻值后分輪次切除一定的電網負荷，這樣雖然盡可能避免了系統的崩潰，但是損失大量負荷導致的停電將給社會生產和居民生活帶來極大的影響。由于現有的提高頻率穩定性的運行手段和控制措施存在著以上諸多不足，本專利技術提出了一種利用電網中的直流線路和抽水蓄能電站提高電網頻率穩定性的優化方法，通過能夠在保證系統頻率穩定的同時減少對電廠運行和用電負荷的影響。
技術實現思路
為了克服現有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提出一種既能夠保證系統頻率穩定，還可以減少對電廠運行、用電負荷影響的優化方法。該方法尤其適用于含有直流線路和抽水蓄能電站的電力系統，不僅提高了電廠的發電效率和經濟效益，還減少用電負荷損失帶來的經濟和社會影響。本專利技術是通過如下技術方案實現的，包括如下步驟(I)確定目標電力系統的電網規模、電網特性、運行方式和安全穩定控制裝置的整定情況；(2)確定電網發生故障后是否存在電網頻率越限的風險，如果存在，則繼續進行步驟(3);否則，結束該優化方法；(3)實施切除抽水蓄能電站機組的措施，該措施包括當電網頻率過低時，則切除運行在電泵模式下的抽水蓄能電站機組；當電網頻率過高時，則切除運行在發電模式下的抽水蓄能電站機組；如果實施該措施后，電網仍存在頻率越限的風險，則繼續進行步驟(4);否則，結束該優化方法；(4)根據電網頻率升高或降低情況、直流送端或受端情況以及速升或速降直流線路功率的調節量，來決定速升或速降直流線路功率的控制措施；(5)在采取切除抽水蓄能電站機組措施基礎上，選擇速升或速降直流線路功率的啟動頻率，通過仿真計算確定直流線路功率速升或速降的調節量，以保證電網的頻率穩定并避免損失負荷和水火電機組。進一步地，步驟(I)的所述電網規模包括電網負荷總量、發電機出力總量、發電機旋轉備用比例、單臺發電機、單個電廠和單條輸電線路的最大功率；所述電網特性包括電網一次和二次調頻特性、負荷模型以及負荷頻率因子特性；所述運行方式包括線路接線方式、區間交流聯絡線功率和直流線路送電功率；所述安全穩定控制裝置的整定情況包括電力系統配置的安全穩定控制措施、機組高頻和低頻保護裝置整定值和電網低頻減負荷裝置的整定值；所述安全穩定控制措施包括下述任意一種至全部切除發電機組、切負荷和線路解列。進一步地，步驟(2)的所述判斷電網頻率越限包括電網頻率過低和頻率過高兩種情況所述電網頻率過低包括故障后電網最低頻率達到或接近低頻減負荷裝置基本輪的動作頻率，還包括電網的頻率長期接近或低于低頻減負荷裝置的特殊輪動作值(此時電網存在低頻減負荷裝置動作而損失大量負荷的風險);所述電網頻率過高包括故障后電網最高頻率達到或接近發電機組高周保護的動作值(此時電網中發電機組可能由于保護動作大量跳機并導致系統失穩)。進一步地，步驟(3)中在實施切除抽水蓄能電站機組的措施前，先確定切除機組的輪次、每輪切除機組的容量和每輪切除機組的啟動頻率；切除機組的輪次至少分為兩輪，且在每個電站中至少保留一臺機組不被切除；每輪切除機組的容量為每個電站中當前所有機組總容量的一半；首輪切除機組的啟動頻率不大于額定頻率與電網頻率波動值的差值，后續輪次切除機組的啟動頻率均小于首輪切除機組的啟動頻率。進一步地，步驟(3)中將運行在電泵模式下的抽水蓄能電站機組視為負荷，當電網頻率過低時，通過切除電泵模式下的抽水蓄能電站機組來提高故障后電網的最低頻率；將運行在發電模式下的抽水蓄能電站機組視為發電機組，當電網頻率過高時，通過切除發電模式下的抽水蓄能電站機組來降低故障后電網的最高頻率。進一步地，步驟(4)中所述速升或速降直流線路功率的控制措施包括當電網頻率過高時，如果直流送端在本同步電網中，則速升直流線路功率；如果直流受端在本同步電網中，則速降直流線路功率；當電網頻率過低時，如果直流送端在本同步電網中，則速降直流線路功率；如果直流受端在本同步電網中，則速升直流線路功率。進一步地，步驟(4)中所述速升或速降直流線路功率的調節量不超過額定功率的三分之一，以避免直流近區功率和電壓變化過大；此外，最好根據調節量由大到小的順序依次對所有直流線路功率進行調節。進一步地，步驟(5)中所述速升或速降直流線路功率的啟動頻率設置為同步或滯后于末輪切除抽水蓄能電站機組的啟動頻率。步驟(5)中以切除抽水蓄能電站機組措施為基礎是因為切除電站機組的動作時間比速升/速降直流功率更快、效果更好，同時不會對其他電網產生影響。速升/速降直流措施的啟動頻率應該同步或稍滯后于切除抽水蓄能電站機組的末輪啟動頻率，以盡快的啟動調整保證頻率不越限。改變直流功率速升/速降量，利用電力系統仿真程序計算采取措施后電網的頻率，當頻率不會導致機組或負荷損失時，即為直流功率臨界速升/速降量。與現有技術比，本專利技術的有益效果為本專利技術可運用于電網故障后存在頻率越限或頻率失穩風險的電力系統，通過切除抽水蓄能電站機組和速升/速降直流線路功率方法的應用和實施，可以減小或避免電網的機組和負荷損失，是一種重要的提高電網頻率穩定性的方法。采取該專利技術提出的控制措施后，可有效利用電力系統內抽水蓄能電站和直流線路控制措施替代切機和切負荷措施，減少或避免切機、切負荷措施量，從而減小故障后頻率失穩對電力系統運行、工業生產和人民生活的影響。附圖說明圖1為本專利技術提供的通過特高壓交流聯絡線聯網的華中、華北電網結構，以及通過直流線路與華中電網相連的華東電網結構示意圖；圖2為本專利技術提供的利用直流線路和抽水蓄能電站提高電網頻率穩定性的優化方法的流程圖。具體實施例方式下面結合附圖對本專利技術的具體實施方式作進一步的詳細說明。下面以IOOOkV特高壓交流聯絡線(以下簡稱長南線)故障后，對華中 華北電網頻率穩定性進行優化為例進行詳細說明。如圖2所示，該優化方法的具體步驟包括步驟(I):確定目標電力系統的電網規模、電網特性、運行方式和安全穩定控制裝置的整定情況。本本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種提高電網頻率安全穩定性的優化方法，其特征在于，包括如下步驟：（1）確定目標電力系統的電網規模、電網特性、運行方式和安全穩定控制裝置的整定情況；（2）確定電網發生故障后是否存在電網頻率越限的風險，如果存在，則繼續進行步驟（3）；否則，結束該優化方法；（3）實施切除抽水蓄能電站機組的措施，該措施包括：當電網頻率過低時，則切除運行在電泵模式下的抽水蓄能電站機組；當電網頻率過高時，則切除運行在發電模式下的抽水蓄能電站機組；如果實施該措施后，電網仍存在頻率越限的風險，則繼續進行步驟（4）；否則，結束該優化方法；（4）根據電網頻率升高或降低情況、直流送端或受端情況以及速升或速降直流線路功率的調節量，來決定速升或速降直流線路功率的控制措施；（5）在采取切除抽水蓄能電站機組措施基礎上，選擇速升或速降直流線路功率的啟動頻率，通過仿真計算確定直流線路功率速升或速降的調節量。

【技術特征摘要】
1.一種提高電網頻率安全穩定性的優化方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)確定目標電力系統的電網規模、電網特性、運行方式和安全穩定控制裝置的整定情況； (2)確定電網發生故障后是否存在電網頻率越限的風險，如果存在，則繼續進行步驟(3);否則，結束該優化方法； (3)實施切除抽水蓄能電站機組的措施，該措施包括: 當電網頻率過低時，則切除運行在電泵模式下的抽水蓄能電站機組； 當電網頻率過高時，則切除運行在發電模式下的抽水蓄能電站機組； 如果實施該措施后，電網仍存在頻率越限的風險，則繼續進行步驟(4);否則，結束該優化方法； (4)根據電網頻率升高或降低情況、直流送端或受端情況以及速升或速降直流線路功率的調節量，來決定速升或速降直流線路功率的控制措施； (5)在采取切除抽水蓄能 電站機組措施基礎上，選擇速升或速降直流線路功率的啟動頻率，通過仿真計算確定直流線路功率速升或速降的調節量。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)的所述電網規模包括電網負荷總量、發電機出力總量、發電機旋轉備用比例、單臺發電機、單個電廠和單條輸電線路的最大功率; 所述電網特性包括電網一次和二次調頻特性、負荷模型以及負荷頻率因子特性； 所述運行方式包括線路接線方式、區間交流聯絡線功率和直流線路送電功率； 所述安全穩定控制裝置的整定情況包括電力系統配置的安全穩定控制措施、機組高頻和低頻保護裝置整定值和電網低頻減負荷裝置的整定值； 所述安全穩定控制措施包括下述任意一種至全部:切除發電機組、切負荷和線路解列。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)的所述判斷電網頻率越限包括電網頻率過低和頻率過高兩種情況: 所述電網頻率過低包括故障后電網最低頻率達到或接近低頻減負荷裝置基本輪的動作頻...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王建明，易俊，何劍，任大偉，王姍姍，孫華東，張健，
申請(專利權)人：中國電力科學研究院，國家電網公司，
類型：發明
國別省市：