本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)恢復方法，尤其涉及一種快速啟動lcc-hvdc的系統(tǒng)恢復方法，屬于電力系統(tǒng)安全防御與恢復控制技術領域。

背景技術：

作為電力系統(tǒng)安全防御的重要措施之一，研究電力系統(tǒng)大停電后的黑啟動恢復問題對于減輕恢復控制負擔、加快系統(tǒng)恢復速度、減小經(jīng)濟損失及社會影響具有重要意義。近年來，高壓直流輸電憑借其傳輸容量大、控制靈活迅速和經(jīng)濟性方面的優(yōu)勢在國內(nèi)外得到了大力推廣。考慮到大停電事故的發(fā)生不可能完全避免，現(xiàn)代社會對電力需求的依賴程度不斷提高，大停電的發(fā)生對社會造成的影響會更加嚴重，因此高壓直流輸電線路的恢復及功率支援成為電力系統(tǒng)恢復過程中一個不可回避的問題，快速可靠的直流通道恢復及其功率支援將有效地加快整個電網(wǎng)的恢復進程。

現(xiàn)有的電力系統(tǒng)黑啟動恢復決策方法主要針對不包含高壓直流輸電線路的交流系統(tǒng)進行?？紤]外網(wǎng)直流功率支援時電力系統(tǒng)恢復方案的制定和實現(xiàn)方法將明顯有別于已有研究成果。首先，可將具有自啟動能力的柔性直流輸電系統(tǒng)(vsc-hvdc)納入到黑啟動電源中，將其作為一種外網(wǎng)功率支援對待恢復電網(wǎng)進行黑啟動。其次，對于高壓直流輸電通道(lcc-hvdc)而言，受端交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和換流站母線處的短路容量大小是判斷直流能否可靠接入以實現(xiàn)功率支援的關鍵指標，而由于恢復初期待恢復電網(wǎng)轉(zhuǎn)動慣量和短路容量普遍偏小，常規(guī)直流送電通道無法迅速接入，影響了其功率支援能力的發(fā)揮。在電力系統(tǒng)恢復初期，采用合適的恢復策略能促進直流系統(tǒng)的快速啟動，進而對交流系統(tǒng)提供功率支援，有效加快系統(tǒng)整體恢復的進程。因此，從交直流系統(tǒng)的交互作用出發(fā)，研究以較小的操作代價支持傳統(tǒng)直流較快可靠啟動的方法就十分必要。

當前，利用柔性直流輸電進行黑啟動的研究多集中在vsc-hvdc自身的仿真模型搭建或啟動控制策略的制定上，缺少與待恢復電網(wǎng)黑啟動操作相結合的深入研究。而常規(guī)直流不能作為黑啟動電源，它的啟動需要受端交流系統(tǒng)進行支持?，F(xiàn)有提升待恢復電網(wǎng)強度以使高壓直流可靠接入的研究以機組的啟動順序為依據(jù)，而機組的啟動、爬坡時間較長，且往往在這一恢復過程中待恢復電網(wǎng)的短路容量和轉(zhuǎn)動慣量均會增大。因此，現(xiàn)有排序并不能有針對性地快速精準提升其轉(zhuǎn)動慣量或短路容量；此外，在直流恢復過程中，如果待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量不足，可以采取投入并聯(lián)雙回線以及對已恢復線路進行合環(huán)操作的方式快速提升其在換流站母線處的短路容量，此時如果再考慮機組恢復往往會使直流接入交流系統(tǒng)的時間延后，不利于高壓直流輸電自身優(yōu)勢的有效發(fā)揮，貽誤恢復時機。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種快速啟動lcc-hvdc的系統(tǒng)恢復方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種快速啟動lcc-hvdc的系統(tǒng)恢復方法，將具有自啟動能力的vsc-hvdc納入到黑啟動電源中，將其作為一種外網(wǎng)的功率支援通道對待恢復電網(wǎng)進行黑啟動。

當待恢復電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量不滿足所述lcc-hvdc啟動要求時，在已啟動機組的輸出功率達到額定值之前令其繼續(xù)爬坡增大出力，同時按照待恢復機組的轉(zhuǎn)動慣量增加率對待恢復機組進行優(yōu)先級排序，由高到低依次啟動可恢復機組；對轉(zhuǎn)動慣量值間隔相等時段進行核驗，直至系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量滿足約束條件為止。

當待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量不滿足所述lcc-hvdc啟動要求時，按照并聯(lián)雙回線路的短路容量增加量f△scr,l的大小依次投入并聯(lián)雙回線路，直到待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量滿足所述lcc-hvdc啟動要求為止。

當并聯(lián)雙回線路全部投入完畢后，待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量不滿足所述lcc-hvdc啟動要求時，按照短路容量貢獻度fscr,g的大小依次啟動待恢復機組，直到待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量滿足所述lcc-hvdc啟動要求為止。

所述的快速啟動lcc-hvdc的系統(tǒng)恢復方法，還包括潮流校驗步驟，如果待恢復電網(wǎng)滿足安全運行約束則結束；否則，進行恢復方案調(diào)整，恢復方案調(diào)整包括調(diào)整發(fā)電機出力、變壓器變比以及帶電線路上感性負荷的投入。

采用上述技術方案所取得的技術效果在于：

1、本發(fā)明分別考慮柔性直流輸電通道作為黑啟動電源和常規(guī)直流輸電通道啟動的功率支援，針對受端交流系統(tǒng)的短路容量和轉(zhuǎn)動慣量兩個指標，分別給出系統(tǒng)強度提升策略，較早實現(xiàn)常規(guī)高壓直流輸電通道快速啟動并可靠接入待恢復電網(wǎng)。

2、本發(fā)明綜合考慮柔性直流和常規(guī)直流通道的功率支援作用，充分發(fā)揮高壓直流輸電傳輸容量大、調(diào)節(jié)速度快等特點，可以加快后續(xù)恢復進程，降低大停電帶來的經(jīng)濟損失和社會影響。

3、本發(fā)明在引入vsc-hvdc作為黑啟動電源的同時，提供了一種有針對性地提升交流系統(tǒng)強度以使常規(guī)高壓直流通道快速啟動的系統(tǒng)恢復方案的生成方法，使直流功率更早且更可靠地支援交流系統(tǒng)，使待恢復電網(wǎng)實現(xiàn)更快更有效的恢復，降低經(jīng)濟損失，減輕社會影響。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1是本發(fā)明實施例1的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例1的機組出力曲線圖；

圖3是本發(fā)明實施例1的vsc-hvdc逆變站第ⅱ象限p-q功率曲線。

具體實施方式

實施例1：

一種快速啟動lcc-hvdc的系統(tǒng)恢復方法，將具有自啟動能力的vsc-hvdc納入到黑啟動電源中，將其作為一種外網(wǎng)的功率支援通道對待恢復電網(wǎng)進行黑啟動。

當待恢復電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量不滿足所述lcc-hvdc啟動要求時，在已啟動機組的輸出功率達到額定值之前令其繼續(xù)爬坡增大出力，同時按照待恢復機組的轉(zhuǎn)動慣量增加率對待恢復機組進行優(yōu)先級排序，由高到低依次啟動可恢復機組；對轉(zhuǎn)動慣量值間隔相等時段進行核驗，直至系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量滿足約束條件為止。

當待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量不滿足所述lcc-hvdc啟動要求時，按照并聯(lián)雙回線路的短路容量增加量f△scr,l的大小依次投入并聯(lián)雙回線路，直到待恢復電網(wǎng)中交流系統(tǒng)的短路容量滿足所述lcc-hvdc啟動要求為止。

當并聯(lián)雙回線路全部投入完畢后，待恢復電網(wǎng)在換流母線處的的短路容量不滿足所述lcc-hvdc啟動要求時，按照短路容量貢獻度fscr,g的大小依次啟動待恢復機組，直到待恢復電網(wǎng)中交流系統(tǒng)的短路容量滿足所述lcc-hvdc啟動要求為止。

所述的快速啟動lcc-hvdc的系統(tǒng)恢復方法，還包括潮流校驗步驟，如果待恢復電網(wǎng)滿足安全運行約束則結束；否則，進行恢復方案調(diào)整，恢復方案調(diào)整包括調(diào)整發(fā)電機出力、變壓器變比以及帶電線路上感性負荷的投入。

大停電發(fā)生后，將vsc-hvdc作為外網(wǎng)的功率支援通道與傳統(tǒng)黑啟動機組共同對待恢復電網(wǎng)進行恢復，考慮到系統(tǒng)恢復初期待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量和轉(zhuǎn)動慣量普遍偏小，為使lcc-hvdc的接入不至引起交流系統(tǒng)的頻率偏差和電壓波動越限，針對上述兩表征交流系統(tǒng)強度的指標分別有針對性地給出了具體的提升策略，以盡早發(fā)揮高壓直流輸電傳輸容量大、調(diào)節(jié)速度快、控制靈活等特點，加快后續(xù)恢復進程，降低大停電帶來的經(jīng)濟損失和社會影響。

本發(fā)明分別考慮柔性直流輸電通道作為黑啟動電源和常規(guī)直流輸電通道啟動的功率支援，針對待恢復電網(wǎng)在換流母線處的短路容量和轉(zhuǎn)動慣量兩個指標，分別有針對性地給出其強度提升策略，以較早實現(xiàn)常規(guī)高壓直流輸電通道可靠接入待恢復電網(wǎng)。當與交流系統(tǒng)頻率波動情況密切相關的轉(zhuǎn)動慣量這一指標不滿足lcc-hvdc啟動要求時，采取的策略為：在已啟動機組的輸出功率達到額定值之前令其繼續(xù)爬坡增大出力，同時按照待恢復機組的轉(zhuǎn)動慣量增加率(該值反映機組投入對轉(zhuǎn)動慣量增加的貢獻水平)對待恢復機組進行優(yōu)先級排序，依據(jù)所得排序由高到低依次啟動可恢復機組，以快速增大交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。對轉(zhuǎn)動慣量值進行隔時段核驗，每個時段設置為0.25h，直至系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量滿足約束條件為止。

考慮到實際中機組啟動和爬坡時間遠大于線路和變壓器支路投入時間，當lcc-hvdc啟動時，若與交流系統(tǒng)電壓波動情況密切相關的短路容量這一指標不滿足要求，優(yōu)先采用投入并聯(lián)雙回線路或進行合環(huán)操作的方式快速減小換流站母線與交流系統(tǒng)間的等效電抗，以較快地提升短路容量，其中，可投線路的優(yōu)先級序列通過線路短路容量增加量f△scr,l的大小確定。若在當前時步無上述操作可以進行，則考慮啟動短路容量貢獻度fscr,g最大的待恢復機組來實現(xiàn)短路容量的快速提升。

在每步操作進行過程中對得到的恢復方案進行潮流校驗，只有潮流校驗通過或在進行恢復方案調(diào)整后潮流校驗滿足約束的方案才被視為可行方案。

本實施例中由以下具體步驟組成：

步驟1：判斷當前系統(tǒng)是否有vsc-hvdc送電通道，如果是，轉(zhuǎn)向步驟2，否則轉(zhuǎn)向步驟3；

步驟2：使vsc-hvdc送電通道接入交流系統(tǒng)；

步驟3：傳統(tǒng)黑啟動電源啟動；

步驟4：利用dijkstra算法搜索從帶電區(qū)域到待恢復目標節(jié)點的最優(yōu)送點路徑；

步驟5：對待恢復電網(wǎng)進行送電恢復；

vsc-hvdc作為黑啟動電源需采用合理的控制策略：整流側采用定直流電壓、定無功功率控制，以利于黑啟動前期直流電壓的穩(wěn)定和柔性直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；逆變側換流器采用定交流母線電壓和頻率限制控制，以維持受端交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。

vsc-hvdc既可以向有源網(wǎng)絡供電也可以向無源網(wǎng)絡供電，但是在本實施例中因為vsc-hvdc直接接入待恢復電網(wǎng)了，待恢復電網(wǎng)其實就是無源網(wǎng)絡了。

當vsc-hvdc向待恢復電網(wǎng)供電時，逆變側換流器工作在圖3所示的第ⅱ象限。黑啟動過程中，換流站工作點的改變一般由投入被啟動機組輔機、投入重要負荷和投入空載線路三種情況引起，變化后換流站新的穩(wěn)定工作點也應滿足其穩(wěn)態(tài)運行特性的要求。因此，在制定黑啟動方案時，需對被啟動機組和恢復路徑進行優(yōu)化選取，保證其總功率滿足vsc-hvdc穩(wěn)態(tài)運行特性的限制。采用vsc-hvdc向待恢復電網(wǎng)提供啟動功率不存在自勵磁問題，因此只需滿足：機組啟動約束、交流系統(tǒng)運行約束和vsc-hvdc穩(wěn)態(tài)運行約束。

1)機組啟動功率約束

式中，t為總優(yōu)化時間，p0為優(yōu)化時間內(nèi)黑啟動電源的啟動功率；ng為已并網(wǎng)機組的數(shù)量；pgi(t)為已并網(wǎng)機組在優(yōu)化時間內(nèi)增發(fā)的有功功率；pcr,i為機組i所需的啟動功率；ci表示機組i是否投入。

2)機組啟動時間約束

機組i的最大臨界熱啟動時間約束

0＜tsi＜tch,i

式中tch,i為機組i的最大臨界熱啟動時間。

機組i的最小臨界啟動時間約束

tsi＞tcc,i

式中tcc,i為機組i的最小臨界啟動時間。

3)在機組的大型輔機啟動時，需要考慮暫態(tài)電壓跌落和頻率下降情況是否超過限值。

4)潮流和節(jié)點電壓約束

模型中已恢復的電網(wǎng)需滿足交流潮流約束：

式中，n0為已恢復系統(tǒng)中發(fā)電機的總臺數(shù)；pi為支路i流過的有功功率；nl為已恢復系統(tǒng)中線路的總數(shù)；ui為節(jié)點i的電壓；nb為已恢復系統(tǒng)中的節(jié)點總數(shù)。

5)vsc-hvdc運行約束

vsc-hvdc的換流器應滿足其穩(wěn)態(tài)運行特性：

式中，x為等效換流電抗；μ為直流電壓利用率；m為調(diào)制比；udc為直流電壓額定值；us為交流側母線基波電壓；idc,max為最大支流線路電流。

步驟6：判斷要啟動的lcc-hvdc的換流站是否已經(jīng)帶電；如果否，轉(zhuǎn)至步驟7；否則，轉(zhuǎn)到步驟9；

步驟7：利用dijkstra算法搜索帶電區(qū)域到目標換流站的路徑；

步驟8：使帶電區(qū)域給目標換流站送電；轉(zhuǎn)向步驟6；

步驟9：提升待恢復電網(wǎng)的交流系統(tǒng)強度，使轉(zhuǎn)動慣量滿足所述lcc-hvdc的啟動要求；由以下具體步驟組成：

步驟9-a：判斷待恢復電網(wǎng)中交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量是否滿足所述lcc-hvdc的啟動要求，如果是，轉(zhuǎn)向步驟10，否則轉(zhuǎn)向步驟9-b；

步驟9-b：判斷待恢復電網(wǎng)中已啟動機組的輸出功率是否達到額定值，如果是，轉(zhuǎn)向步驟9-d，否則轉(zhuǎn)向步驟9-c；

步驟9-c：令待恢復電網(wǎng)中已啟動機組繼續(xù)爬坡增大出力；轉(zhuǎn)向步驟9-b；

步驟9-d：按照待恢復電網(wǎng)中待恢復機組的轉(zhuǎn)動慣量增加率對待恢復機組進行優(yōu)先級排序，啟動優(yōu)先級最大的待恢復電網(wǎng)中可恢復機組；

步驟9-e：設置時段核驗間隔，啟用時段核驗間隔定時器；

步驟9-f：判斷是否到達時段核驗間隔，如果是，轉(zhuǎn)向步驟9-a，否則轉(zhuǎn)向步驟9-f；

本實施例中，所述lcc-hvdc的啟動要求待恢復電網(wǎng)中交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量滿足：j≥70pd，以使lcc-hvdc送電通道接入時待恢復電網(wǎng)的頻率偏差滿足穩(wěn)定要求；式中，j為待恢復電網(wǎng)的轉(zhuǎn)動慣量，pd為lcc-hvdc啟動時lcc-hvdc的傳輸容量。

本實施例中，所述時段核驗間隔設置為0.25小時。

步驟10：提升待恢復電網(wǎng)的強度，使待恢復電網(wǎng)的短路容量滿足所述lcc-hvdc的啟動要求；由以下具體步驟組成：

步驟10-a：判斷待恢復電網(wǎng)換流母線處的短路容量是否滿足所述lcc-hvdc的啟動要求，如果是，轉(zhuǎn)向步驟11，否則轉(zhuǎn)向步驟10-b；

步驟10-b：判斷是否有并聯(lián)雙回線路可以投入；如果是，轉(zhuǎn)向步驟10-c，否則轉(zhuǎn)向步驟10-e；

步驟10-c：按并聯(lián)雙回線路的短路容量增加量f△scr,l的大小排序待恢復電網(wǎng)中并聯(lián)雙回線路；

fδscr,l＝scrl,after-scrl,before，式中scrl,brfore與scrl,after分別為待恢復線路投入前后換流站交流母線處的短路容量值。

步驟10-d：投入優(yōu)先級最高的并聯(lián)雙回線路；轉(zhuǎn)向步驟10-a；

步驟10-e：按短路容量貢獻度fscr,g的大小對待恢復電網(wǎng)中的待恢復機組進行排序；

式中kpi為機組i的爬坡速率，zi為待恢復機組i到直流換流站交流母線最短路徑的阻抗值；

步驟10-f：啟動優(yōu)先級最大的待恢復機組；轉(zhuǎn)向步驟10-a；

待恢復電網(wǎng)中交流系統(tǒng)的短路容量滿足ssc≥10(2qfilter-0.03pdn)，滿足所述lcc-hvdc的啟動要求。式中，ssc為換流站母線處的短路容量，qfilter為單組濾波器的容量，pdn為lcc-hvdc的額定傳輸功率；該約束使直流通道啟動過程濾波器投入時，待恢復電網(wǎng)中節(jié)點電壓波動程度滿足要求。

步驟11：啟動lcc-hvdc的換流站，將lcc-hvdc接入待恢復電網(wǎng)；

1)為了防止直流電流出現(xiàn)斷續(xù)現(xiàn)象，需要在選擇直流電流數(shù)值時留有足夠裕度以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。通常直流輸電工程的最小直流電流選擇為其額定直流電流的10％。

2)在直流啟動過程中，采用70％降壓的運行方式來增加換流器無功功率的消耗，以減小濾波器投入造成的待恢復電網(wǎng)節(jié)點電壓波動。

3)直流接入交流系統(tǒng)參與恢復支援時選取整流側定電流、逆變側定電壓的控制模式，有利于交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

步驟12：潮流校驗：如果滿足安全運行約束則結束；否則，進行恢復方案調(diào)整，包括調(diào)整發(fā)電機出力、變壓器變比以及帶電線路上感性負荷的投入。

已恢復的電網(wǎng)需滿足的交流潮流約束如下所示：

式中，n0為已恢復系統(tǒng)中發(fā)電機的總臺數(shù)；pi為支路i流過的有功功率；nl為已恢復系統(tǒng)中線路的總數(shù)；ui為節(jié)點i的電壓；nb為已恢復系統(tǒng)中的節(jié)點總數(shù)。

本實施例以新英格蘭10機39節(jié)點為例：

節(jié)點33為抽水蓄能電廠，作為黑啟動電源，其裝機容量為3×200mw，機組空載時所吸收的最大無功功率為0.3sn，其余機組的參數(shù)如表1所示；vsc-hvdc換流站為逆變站，其交流母線為33號母線，額定傳輸功pd＝100mw；將39節(jié)點設置為傳統(tǒng)高壓直流送電通道接入點，此送電通道正常雙極運行時傳輸功率為2000mw，采用單極70％降壓啟動時，最小傳輸功率為70mw，單組濾波器容量為70mvar；每時步可投入的線路數(shù)l取5；假設3-18、1-2和9-39之間存在并聯(lián)雙回線路；各支路之間的參數(shù)如表2所示；設所有輸電線路的啟動時間為5分鐘，變壓器的啟動時間為10分鐘。vsc-hvdc由33節(jié)點母線注入功率到交流系統(tǒng)，同時與33號節(jié)點相連的機組啟動，共同恢復交流系統(tǒng)。利用迪杰斯特拉算法搜索從33號節(jié)點到39節(jié)點的最短路徑為33-19-16-17-18-3-2-1-39。單組濾波器容量為70mvar，滿足直流啟動的短路容量條件為ssc≥805mva，當前已恢復系統(tǒng)提供的短路容量ssc＝529.4mva，lcc-hvdc無法啟動；首先投入3-18和1-2之間的并聯(lián)雙回線路，此時無并聯(lián)雙回線可以投入、無合環(huán)操作可以進行，根據(jù)優(yōu)先級別，啟動30號節(jié)點機組，通過2-30送電到30號節(jié)點機組，計算此時的短路容量為988.2mva。短路容量條件滿足，高壓直流送電通道接入交流系統(tǒng)。進行潮流校驗，使已恢復系統(tǒng)滿足安全穩(wěn)定運行的約束條件。

表1待恢復機組參數(shù)

表2系統(tǒng)中各支路參數(shù)