[发明专利]一种自适应的HVDC紧急功率支援方法

摘要

本发明提出了一种基于交直流互联电力系统区域内不平衡功率实时估计的HVDC自适应紧急功率支援方法，用以解决交直流互联电力系统在故障或者扰动情况下导致的发电机功角振荡问题。本发明通过建立系统扰动下区域内不平衡功率的扩张状态观测器，并对观测器参数进行设置，实现不平衡功率的实时准确估计。对直流紧急功率支援限制因素进行分析，进而对紧急功率支援量进行优化，形成最终功率支援量，然后，基于功率支援阶梯递增原则，最终实现功率支援的目标。本发明相比于传统定值紧急功率支援方法，由于能够实时估计系统的不平衡功率，从而实时调节功率支援量，因此，能够实现动态最优功率支援目标。

主权项

1.一种自适应的HVDC紧急功率支援方法，其特征在于，步骤如下：S1，求取电力系统区域内系统等值惯性中心的等值角速度ω_COI，计算公式为：其中，M_JT为电力系统区域内全部发电机惯性时间常数之和，M_Ji为第i台发电机的惯性时间常数，ω_i为第i台发电机的角频率；S2，建立惯性中心机组频率变化率与功率变化量的数学关系式；其中，为惯性中心机组频率变化率；P_m为等效机组的机械功率；P_e为等效机组的电磁功率；f₀为系统稳态频率，大小为50Hz；ΔP为区域内功率不平衡量；S3，将步骤S2中的视为电力系统的扰动量，记为w(t)，则惯性中心机组频率变化率与功率变化量的数学关系式表达为：S4，根据步骤S3，得出惯性中心机组频率变化率与功率变化量的状态方程式；其中，x₁(t)＝f，S5，根据步骤S4，得到惯性中心机组频率变化率与功率变化量的扩张状态观测器方程式；其中，f为电力系统频率；z₁为f的估计值；为z₁的导数；z₂为系统的扩张状态，即的估计值；为z₂的导数；β₁、β₂为扩张状态观测器参数；e为系统频率估计值和实际值之差；α为大于0小于等于1的参数；d为与采样步长有关的参数；fal(e,α/2,d)为非光滑函数，当|e|＞δ，fal(e,α/2,d)等于|e|^αsign(e)，当|e|≤δ，fal(e,α/2,d)等于e/δ^1‑α/2；S6，根据步骤S5并结合自抗扰控制原理，得到扩张状态观测器的伪控制量ΔP_m0；其中，为区域内功率不平衡量ΔP的实时估计；b₀为控制输入系数；S7，根据步骤S6，得到扩张状态观测器的直流系统实际控制变量ΔP_m；ΔP_m＝k×ΔP_m0,0≤k≤1    (8)；其中，ΔP_m0为伪控制量，k为紧急功率支援系数，且k与紧急功率支援限制因素有关，所述紧急功率支援限制因素包括交流系统母线电压水平和直流系统本身的输电能力；S8，根据交流系统母线电压水平限制条件，计算k值；S8.1，定义电压敏感因子指标F_VSF，用于评估交流系统母线电压水平对功率提升量的限制；其中，ΔU为单位直流功率提升量导致的交流母线电压跌落量；U_N为交流系统母线电压额定值；S8.2，根据步骤S8.1，得到当功率提升k×ΔP_m0时，电压敏感因子指标变为：S8.3，根据步骤S8.2，比较k×ΔP_m0×F_VSF的值是否处于电压允许的波动范围内，当k×ΔP_m0×F_VSF的值处于电压允许的波动范围内，则k取值为1；反之，则按照电压允许波动的最大值计算此时的k值；S9，根据直流系统本身的输电能力限制，建立实际控制变量ΔP_m的约束条件，再一次计算k值；约束条件为：ΔP_min≤k×ΔP_m0≤ΔP_max    (11)；其中，ΔP_min为直流输电系统的最小功率，ΔP_max为直流输电系统的最大功率；S10，将步骤S8得到的k值与步骤S9得到的k值取交集，得到最终k值，进而得到直流系统实际控制变量ΔP_m；S11，根据步骤S10并基于阶梯递增原则，采用多馈入功率支援因子从多落点交直流输电系统中选取一条最优直流输电系统进行功率支援；多馈入功率支援因子的计算步骤如下：S11.1，计算多馈入相互作用因子F_MIIF,ji，计算公式为：其中，j、i为变量，ΔU_i为某一在额定功率下运行的直流系统，在其换流站换流母线上投切一个并联无功功率支路，造成该换流母线电压的变化量；ΔU_j表示为待观察的直流换流站母线的电压变化量；S11.2，计算多馈入有效短路比K_MESCRi，计算公式为：其中，S_aci为换流站i的换流母线处三相短路容量；Q_CNi为换流站i的交流母线处滤波器和并联电容器提供的无功功率；P_dNi为直流系统i的额定容量，P_dNj为直流系统j的额定容量；S11.3，根据步骤S11.1和步骤S11.2，计算多馈入功率支援因子λ_j,i，计算公式为：λ_j,i＝F_MIIF,ji×K_MESCRi    (14)；其中，F_MIIF,ji为多馈入相互作用因子，K_MESCRi为多馈入有效短路比；S11.4，从步骤S11.3中获取最大功率支援因子，则最大功率支援因子对应的直流输电系统为最优直流输电系统。