陳 懿，劉滌塵，吳 軍，陳 煒，王琪鑫，徐雨田，殷巧玲

(武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

0 引言

隨著我國特高壓交直流工程的不斷建設(shè)以及全國電網(wǎng)互聯(lián)工程的不斷推進(jìn)，跨區(qū)域交直混聯(lián)斷面上的“強(qiáng)直弱交”特征越發(fā)顯著，當(dāng)直流通道發(fā)生故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致大量功率轉(zhuǎn)移至交流通道，引發(fā)功角失穩(wěn)、功率振蕩等問題[1]，異步聯(lián)網(wǎng)方式是解決該問題的有效方法之一。但異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式會(huì)降低送、受端系統(tǒng)間的同步功率支援能力，削弱系統(tǒng)在有功功率發(fā)生波動(dòng)時(shí)的頻率穩(wěn)定支撐能力，使得頻率穩(wěn)定成為了影響異步互聯(lián)電網(wǎng)安全的主要問題[2-3]。相較于受端系統(tǒng)，送端系統(tǒng)的頻率問題更為嚴(yán)重。當(dāng)送端系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，若直流緊急降功率，則會(huì)導(dǎo)致送端系統(tǒng)的有功功率過剩，頻率升高越限。為了維持送端系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，送端系統(tǒng)需采取相應(yīng)的功率控制措施。

傳統(tǒng)的高頻切機(jī)等屬于被動(dòng)控制措施，存在響應(yīng)時(shí)間長、易過切或欠切等不足；而緊急切機(jī)控制措施具有主動(dòng)性和快速性的優(yōu)點(diǎn)[4-5]，可以在系統(tǒng)頻率達(dá)到臨界值前進(jìn)行控制。文獻(xiàn)[6-7]表明切機(jī)效果最佳的時(shí)刻為頻率減慢上升階段，即故障發(fā)生的5～10個(gè)周期，此時(shí)切機(jī)能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度，避免故障范圍擴(kuò)大。現(xiàn)有緊急切機(jī)控制的啟動(dòng)判據(jù)一般為單一量，如文獻(xiàn)[7-8]通過設(shè)定功率擾動(dòng)閾值來啟動(dòng)緊急負(fù)荷控制策略，這種單一指標(biāo)判據(jù)會(huì)導(dǎo)致切機(jī)控制無法應(yīng)對系統(tǒng)復(fù)雜多變的故障情況。文獻(xiàn)[9]在文獻(xiàn)[7-8]的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用模糊分析方法將緊急控制的效果量化為風(fēng)險(xiǎn)，與傳統(tǒng)控制方法的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行比較，判斷是否啟動(dòng)緊急功率控制，雖然該方法的通用性得到增加，但是緊急控制依舊是基于“離線仿真、在線匹配”的對策表方式展開，需要進(jìn)行大量的仿真實(shí)驗(yàn)，工作量大。對于緊急切機(jī)總量的計(jì)算而言，現(xiàn)有的研究大多通過各種優(yōu)化算法來展開研究，如文獻(xiàn)[10]的微步離散法、文獻(xiàn)[11]的混合面積法等，雖然通過這些方法能求出特定場景下的最優(yōu)切機(jī)量，但都是基于離線仿真結(jié)果，對系統(tǒng)機(jī)組和負(fù)荷的實(shí)時(shí)頻率調(diào)節(jié)作用考慮不足，存在過切問題。且現(xiàn)階段涉及純直流異步聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的緊急控制的研究不多，因此展開此方面研究存在較高的價(jià)值。

基于現(xiàn)有研究的不足，本文在分析系統(tǒng)頻率特性的基礎(chǔ)上提出了具有預(yù)測性質(zhì)的異步聯(lián)網(wǎng)送端系統(tǒng)緊急切機(jī)控制方法，該方法所需歷史數(shù)據(jù)少，能靈活應(yīng)對多種場景。緊急切機(jī)控制的啟動(dòng)判據(jù)為系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差預(yù)測值，其值是根據(jù)監(jiān)測的降功率量和臨界時(shí)間以及B樣條擬合曲面預(yù)測得到。由于該判據(jù)在直流功率突降的前期即可確定，能及時(shí)觸發(fā)切機(jī)動(dòng)作，保證系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。緊急切機(jī)總量可根據(jù)功率平衡原理和預(yù)測得到的暫態(tài)頻率最大偏差求得，機(jī)組切除順序則按可切機(jī)組與降功率直流換流站間的電氣距離來確定。最后通過算例驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。

1 系統(tǒng)頻率分析

1.1 頻率動(dòng)態(tài)變化過程分析

電力系統(tǒng)頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)[12]。負(fù)荷波動(dòng)、發(fā)電機(jī)故障和直流緊急降功率等問題都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功率失衡，從而引發(fā)系統(tǒng)頻率波動(dòng)。以直流降功率擾動(dòng)為例，對送端電網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程進(jìn)行分析。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，直流突降功率則會(huì)導(dǎo)致送端電網(wǎng)瞬時(shí)出現(xiàn)大容量功率過剩，系統(tǒng)頻率快速上升，從而引發(fā)發(fā)電機(jī)的慣性響應(yīng)，一次調(diào)頻和二次調(diào)頻動(dòng)作，負(fù)荷依據(jù)頻率特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，系統(tǒng)采取包括緊急切機(jī)、高頻切機(jī)、直流緊急調(diào)制、直流頻率限制控制器FLC(Frequency Limit Controller)在內(nèi)的一種或多種安全穩(wěn)定控制措施。如果這些動(dòng)作有效，則系統(tǒng)頻率在出現(xiàn)暫態(tài)頻率最大偏差后回降至準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)，頻率動(dòng)態(tài)變化過程如圖1所示；如果這些動(dòng)作無效，則會(huì)導(dǎo)致頻率不斷上升，產(chǎn)生崩潰現(xiàn)象。暫態(tài)頻率最大偏差Δfmax和頻率恢復(fù)至準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間Δtsta是衡量基于頻率所采用的功率控制措施有效性的重要指標(biāo)。其中Δfmax更值得關(guān)注，一方面其時(shí)間尺度短，需要系統(tǒng)快速進(jìn)行相關(guān)控制；另一方面其危害大，一旦超過閾值會(huì)導(dǎo)致大量發(fā)電機(jī)組觸發(fā)高頻或低頻保護(hù)動(dòng)作，進(jìn)一步加大系統(tǒng)的功率不平衡，造成頻率崩潰等嚴(yán)重后果。若能在故障發(fā)生前期就能預(yù)測擾動(dòng)的嚴(yán)重程度，及時(shí)采取有效措施限制系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏差，避免系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)，這對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要的意義。

圖1 頻率動(dòng)態(tài)變化過程Fig.1 Dynamic change process of frequency

1.2 基于頻率變化的功率調(diào)整控制方法

根據(jù)頻率動(dòng)作的直流FLC和高頻切機(jī)控制是傳統(tǒng)解決頻率波動(dòng)問題的有效方法。直流FLC是一種依據(jù)交流系統(tǒng)頻率偏差，對直流線路輸送功率參考值進(jìn)行調(diào)整的直流控制手段，可迅速平衡系統(tǒng)功率，限制頻率偏差。當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)出現(xiàn)功率不平衡現(xiàn)象，而各項(xiàng)控制措施都無法使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至合理范圍內(nèi)時(shí)，直流線路會(huì)因其FLC功能一直保持在過載運(yùn)行狀態(tài)，這種狀態(tài)會(huì)影響直流器件的壽命，減少系統(tǒng)事故備用，使系統(tǒng)無法有效地應(yīng)對連鎖故障，威脅系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。因此直流FLC恢復(fù)到額定狀態(tài)也是輔助評價(jià)交流系統(tǒng)所采用的功率控制措施有效性的一項(xiàng)指標(biāo)。

高頻切機(jī)的工作原理是：當(dāng)系統(tǒng)頻率達(dá)到某閾值時(shí)，切除離線整定的機(jī)組，減少功率不平衡量，通常采用逐次逼近、多輪動(dòng)作的方法。高頻切機(jī)雖然能夠減小暫態(tài)頻率最大偏差，減少直流FLC的動(dòng)作量，但由于高頻切機(jī)動(dòng)作頻率閾值設(shè)定較高，動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)已處于緊急狀態(tài)，頻率的穩(wěn)定性已經(jīng)受到破壞。而且其按級切機(jī)的方法時(shí)常會(huì)導(dǎo)致欠切和過切問題，不能實(shí)時(shí)匹配故障，總體控制效果差。

本文所提出的具有預(yù)測性質(zhì)的緊急切機(jī)控制措施，則能在故障發(fā)生初期預(yù)測系統(tǒng)的暫態(tài)頻率最大偏差，判定是否需要啟動(dòng)控制措施，并在線計(jì)算切機(jī)總量，實(shí)時(shí)整定切機(jī)方案，在合理的時(shí)間內(nèi)切除合適的機(jī)組，減少系統(tǒng)的不平衡功率，將暫態(tài)頻率最大偏差控制在合理范圍內(nèi)，使頻率快速恢復(fù)至穩(wěn)定狀態(tài)、直流線路恢復(fù)到額定運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)損失達(dá)到最小，且可以有效地預(yù)防連鎖故障。

2 暫態(tài)頻率最大偏差預(yù)測

2.1 暫態(tài)頻率最大偏差分析

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15945—1995規(guī)定[13]：當(dāng)系統(tǒng)容量超過3 000 MW時(shí)，電力系統(tǒng)允許的頻率偏差為± 0.2 Hz；否則可放寬至 ± 0.5 Hz。系統(tǒng)的功率不平衡量、系統(tǒng)的頻率支撐能力、系統(tǒng)的初始狀態(tài)等因素均會(huì)影響暫態(tài)頻率最大偏差，因此需要從多角度進(jìn)行分析預(yù)測，本文考慮前2個(gè)因素。系統(tǒng)受到的擾動(dòng)不平衡功率越大，則暫態(tài)頻率最大偏差越大，本文中不平衡功率擾動(dòng)大小由直流降功率量決定。不同直流降相同功率下，位于頻率支撐能力越差節(jié)點(diǎn)的直流線路發(fā)生降功率時(shí)，系統(tǒng)暫態(tài)頻率偏差越大，即到達(dá)某一特定頻率的時(shí)間越短。由于時(shí)間便于測量，因此本文用到達(dá)某一特定頻率的時(shí)間來表征各節(jié)點(diǎn)的頻率支撐能力。大量試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差超過0.2 Hz時(shí)，頻率偏差將在1 s內(nèi)到達(dá)0.1 Hz，處于頻率減緩變化階段[6]，此時(shí)滿足緊急功率控制啟動(dòng)的時(shí)間限制，且能達(dá)到最佳控制效果，因此將頻率偏差首次到達(dá)0.1 Hz的時(shí)長定義為緊急切機(jī)啟動(dòng)的臨界時(shí)間。

2.2 B樣條曲面擬合預(yù)測方法

在眾多曲面擬合方法中，分段插值是最為常用的方法之一，其原理是將區(qū)間進(jìn)行劃分，每段采用最為適應(yīng)的基函數(shù)進(jìn)行擬合，保證了各段的準(zhǔn)確性。而在高階分段插值中B樣條插值的計(jì)算效率和準(zhǔn)確度較高，所得曲面光滑、連續(xù)性好，被廣泛應(yīng)用在曲面擬合中。

三維空間B樣條曲面可由式(1)表示[14]。

uk≤u≤ua+1,vl≤v≤vb+1

(1)

其中，di,j(i=0,1,…,a;j=0,1,…,b)為三維曲面的控制頂點(diǎn)，共有(a+1)×(b+1)個(gè)，將相鄰的di,j逐次連接則構(gòu)成曲面控制網(wǎng)格；Ni,k(u)和Nj,l(v)分別為參數(shù)u的k次和參數(shù)v的l次B樣條基函數(shù)，根據(jù)德布爾-考克斯(de Boor-Cox)[15]遞推公式得到。

本文所研究的是利用少量已知數(shù)據(jù)預(yù)測未知參數(shù)的問題，即根據(jù)直流降功率量ΔP、臨界時(shí)間Δt0.1和暫態(tài)頻率最大偏差Δfmax的歷史數(shù)據(jù)尋找三者之間的關(guān)系，并能根據(jù)前2個(gè)量準(zhǔn)確預(yù)測第3個(gè)量。此問題可以轉(zhuǎn)化為B樣條曲面插值反算問題，可以闡述為：根據(jù)給定的散亂數(shù)據(jù)點(diǎn)陣pi,j，求出其控制頂點(diǎn)di, j后，即可得到k×l次張量積B樣條插值曲面，在該擬合曲面上，任意直流緊急降任意功率的情況均對應(yīng)曲面上的一個(gè)矢量點(diǎn)。其中pi,j由ΔP、Δt0.1、Δfmax確定，具體求解方法的步驟可參考文獻(xiàn)[15-16]。

3 基于功率平衡原理的緊急切機(jī)策略

3.1 切除總量計(jì)算

在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)后，當(dāng)系統(tǒng)本身的頻率調(diào)節(jié)作用有限，系統(tǒng)頻率未被調(diào)節(jié)至合理范圍內(nèi)時(shí)，需啟動(dòng)緊急功率控制措施，切除一定量的負(fù)荷或機(jī)組?；诠β势胶庠韀17]，緊急控制需要切除的量等于系統(tǒng)功率不平衡量減去系統(tǒng)在限定頻率偏差范圍內(nèi)機(jī)組和負(fù)荷的功率調(diào)節(jié)量，如式(2)所示。

Pc=ΔP-ΔP1

(2)

其中，ΔP為系統(tǒng)功率不平衡量；ΔP1為系統(tǒng)在限定頻率偏差范圍內(nèi)的功率調(diào)節(jié)量，其值可由式(3)表示。

ΔP1=ΔflimK

(3)

其中，Δflim為系統(tǒng)允許的頻率偏差，本文中為0.2 Hz；K為暫態(tài)頻率特性系數(shù)，表征的是系統(tǒng)由機(jī)組和負(fù)荷作用而產(chǎn)生的調(diào)節(jié)頻率的能力，等于電力系統(tǒng)發(fā)生的功率擾動(dòng)量與其所發(fā)生的暫態(tài)頻率最大偏差之比，如式(4)所示。

(4)

其中，Δfmax為暫態(tài)頻率最大偏差，在本文中可以通過預(yù)測方法在直流功率突降發(fā)生初始階段提前求得。

結(jié)合式(2)—(4)，切除總量可由式(5)獲得。

(5)

3.2 切除方案

當(dāng)切除總量相同時(shí)，切除不同位置的機(jī)組，產(chǎn)生的控制效果亦會(huì)有所差異。經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，電氣距離是影響緊急功率控制效果的重要因素[18-19]。在機(jī)組控制中，對比火電和水電機(jī)組，一般水電機(jī)組較易恢復(fù)，因此一般優(yōu)先考慮切除水電機(jī)組[20]；而在含有大量風(fēng)電的系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電存在隨機(jī)性且風(fēng)電機(jī)組不參與系統(tǒng)調(diào)頻，因此優(yōu)先切除風(fēng)電機(jī)組的效果更佳[21]。本文按照電源與降功率直流換流站間的電氣距離對電源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)先度排序，在相同電氣距離或者電氣距離較為接近的情況下，優(yōu)先切除新能源機(jī)組和水電機(jī)組，在節(jié)點(diǎn)內(nèi)按整臺(tái)數(shù)切除。此外，選擇某個(gè)主調(diào)頻電廠作為比例可控機(jī)組，作為整切機(jī)組的補(bǔ)充措施。切除總量可按式(6)計(jì)算。

(6)

其中，m為實(shí)際切除機(jī)組涉及的節(jié)點(diǎn)數(shù)，0

3.3 緊急切機(jī)策略

本文所采用的緊急切機(jī)策略方法流程圖如圖2所示。所提方法通過少量的歷史數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地預(yù)測最大功率偏差，提前采取控制策略，能避免頻率偏差越限。

圖2 緊急切機(jī)策略流程Fig.2 Flowchart of emergency generator tripping control strategy

4 算例

4.1 異步聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)概況

本文采用的異步聯(lián)網(wǎng)模型示意圖如圖3所示，其中送端電網(wǎng)裝機(jī)容量為83 639 MW，豐大方式下負(fù)荷為18 200 MW，采用50%感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+50%恒阻抗的負(fù)荷模型，與受端電網(wǎng)僅通過7條直流線路連接，直流總輸電容量為24 000 MW(其中CS直流5 000 MW， PX直流5 000 MW，YF直流2 400 MW，NC雙回直流6 400 MW，JZ直流3 200 MW，LX直流2 000 MW)。

圖3 送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)示意圖Fig.3 Schematic diagram of asynchronously interconnected sending-end network and receiving-end network

4.2 歷史數(shù)據(jù)獲取

本文所提方法能夠準(zhǔn)確地預(yù)測各直流降功率情況下的暫態(tài)頻率最大偏差，且能準(zhǔn)確地啟動(dòng)緊急切機(jī)措施，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定，為了驗(yàn)證本文所提方法的有效性，設(shè)置了如下算例。首先對運(yùn)行在豐大方式下的BPA等值模型進(jìn)行仿真，獲得擬合需要的原始數(shù)據(jù)。BF 500 kV位于送端電網(wǎng)的中心區(qū)域，是送端電網(wǎng)的樞紐變電站，該節(jié)點(diǎn)的頻率特性具有代表性，因此選擇觀測該點(diǎn)的頻率偏差。對CS直流、PX直流以及YF直流設(shè)置緊急降800～2 400 MW功率擾動(dòng)，得到送端電網(wǎng)的頻率特性曲線。根據(jù)各種情況下的送端電網(wǎng)頻率特性曲線，可以得到直流降功率量ΔP、臨界時(shí)間Δt0.1、暫態(tài)頻率最大偏差Δfmax，如表1所示，采用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行曲面擬合。

表1 不同直流降功率下數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Table 1 Data statistics under different HVDC power reductions

從表1可以得出以下結(jié)論：當(dāng)同一直流降功率量增加時(shí)，系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差增大；當(dāng)不同直流降相同功率時(shí)，臨界時(shí)間不同，系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差也不同，這與該直流附近的頻率支撐能力相關(guān)，YF直流附近的頻率支撐能力最差，CS直流附近的頻率支撐能力最佳。

4.3 曲面擬合

利用MATLAB 2014b軟件對表1中的數(shù)據(jù)采用B樣條插值方法進(jìn)行曲面擬合，得到曲面如圖4所示。

圖4 頻率偏差擬合曲面Fig.4 Fitting surface of frequency deviation

在該擬合曲面上，任意直流緊急降任意功率的情況均對應(yīng)曲面上的一個(gè)矢量點(diǎn)。擬合結(jié)果表明：暫態(tài)頻率最大偏差隨著表示擾動(dòng)嚴(yán)重程度的直流降功率量的增大呈快速上升趨勢，同時(shí)隨著表示直流線路所在節(jié)點(diǎn)附近的頻率支撐能力的臨界時(shí)間的減小而增大。這在總體上準(zhǔn)確地反映了系統(tǒng)的頻率特性。

基于擬合曲面，可以根據(jù)實(shí)時(shí)的直流降功率量和臨界時(shí)間數(shù)據(jù)預(yù)測得到系統(tǒng)在該擾動(dòng)下的暫態(tài)頻率最大偏差，從而判定是否需要采取緊急功率控制。

4.4 預(yù)測準(zhǔn)確度分析

(7)

其中，G為誤差百分比。

采用本文預(yù)測方法和多項(xiàng)式插值擬合方法(此處多項(xiàng)式插值采用Newton插值)分別對CS直流降不同功率量的情況進(jìn)行暫態(tài)頻率最大偏差預(yù)測，結(jié)果如表2所示，2種預(yù)測方法的誤差對比如圖5所示。

表2和圖5所示結(jié)果表明，相較于多項(xiàng)式插值擬合方法得出的結(jié)果，本文選用的預(yù)測方法所得結(jié)果的誤差更小，總體小于1%，表明本文預(yù)測方法有較高的精度。

表2 不同擬合方法的預(yù)測值Table 2 Predictive values of different fitting methods

圖5 2種預(yù)測方法的誤差對比Fig.5 Comparison of error between two prediction methods

4.5 切機(jī)策略驗(yàn)證

本文系統(tǒng)容量超過3 000 MW，所以允許的頻率偏差為 ±0.2 Hz。

算例1：設(shè)置PX直流緊急降功率700 MW，監(jiān)測得到的臨界時(shí)間為1.71 s，根據(jù)B樣條擬合曲面預(yù)測得到系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差為0.185 Hz，未達(dá)到啟動(dòng)要求，則不需要采取緊急降功率措施。

算例2：設(shè)置CS直流降功率，依據(jù)3.2節(jié)的方法得到應(yīng)對CS直流降功率的切機(jī)策略，如表3所示。

表3 CS直流降功率對應(yīng)的切機(jī)策略Table 3 Generator tripping control strategy corresponding to CS HVDC power reduction

當(dāng)CS直流降功率3 000 MW時(shí)，監(jiān)測得到臨界時(shí)間為0.58 s，根據(jù)B樣條擬合曲面，預(yù)測得到暫態(tài)頻率最大偏差為0.674 Hz，大于臨界頻率偏差，啟動(dòng)送端系統(tǒng)緊急切機(jī)控制，根據(jù)式(5)得到切機(jī)總量為：

根據(jù)表3，分層切機(jī)策略為：切XW電廠1號(hào)機(jī)功率700 MW、2號(hào)機(jī)功率700 MW、3號(hào)機(jī)功率700 MW，并利用主調(diào)頻電廠進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)控制，減少10 MW出力，共切除功率2 110 MW。

根據(jù)系統(tǒng)原有的高頻切機(jī)策略，共切負(fù)荷1 175 MW。2種控制策略作用下送端電網(wǎng)的頻率曲線如圖6所示，具有FLC上調(diào)能力的JZ直流和LX直流輸出功率曲線分別如圖7和圖8所示。表4為高頻切機(jī)和緊急切機(jī)的性能效果對比。

圖6 不同控制策略下送端電網(wǎng)頻率偏差對比Fig.6 Comparison of frequency deviation of sending-end network among different control strategies

圖7 JZ直流功率Fig.7 Power of JZ HVDC

圖8 LX直流功率Fig.8 Power of LX HVDC

策略暫態(tài)頻率最大偏差/Hz頻率穩(wěn)定時(shí)長/sFLC恢復(fù)時(shí)間/s無措施0.6746924高頻切機(jī)0.50762—緊急切機(jī)0.20120—

圖6表明，雖然原有高頻切機(jī)策略使頻率偏差有所減小，但是由于高頻切機(jī)在頻率偏差已經(jīng)到達(dá)閾值時(shí)啟動(dòng)，此時(shí)系統(tǒng)已處于緊急狀態(tài)，不能有效地避免系統(tǒng)頻率過高的問題；并且輪次切機(jī)中為了防止頻率惡化，設(shè)定的每輪切除量較少，因此暫態(tài)頻率最大偏差仍然高達(dá)0.507 Hz。從圖6中亦可以發(fā)現(xiàn)，僅高頻切機(jī)策略作用下，頻率到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間長達(dá)62 s，穩(wěn)態(tài)頻差偏差并未有實(shí)質(zhì)性的改善，仍然高達(dá)0.1 Hz。而本文所采用的緊急切機(jī)控制策略可以提前預(yù)測頻率偏差，在頻率偏差未達(dá)到限值時(shí)就優(yōu)先切除超量功率，使得頻率偏差控制在合理范圍內(nèi)，暫態(tài)頻率最大偏差僅為0.201 Hz，且未啟動(dòng)高頻切機(jī)措施，僅20s使頻率保持穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)頻率偏差也控制在0.05 Hz以內(nèi)。圖7和圖8的結(jié)果表明，采取高頻切機(jī)策略后，其他直流的FLC運(yùn)行在最大直流輸出功率狀態(tài)的時(shí)間雖有所減少，但是仍然需要直流線路一段時(shí)間處于過載運(yùn)行狀態(tài)，不利于直流器件的壽命，削弱了系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度。而采用本文所提緊急切機(jī)策略后，其他直流的FLC并未達(dá)到最大運(yùn)行狀態(tài)，且能快速回到正常運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)備用充足，足以抵抗后續(xù)故障。從表4中2種切機(jī)策略的效果對比可得，本文所提緊急切機(jī)策略的效果優(yōu)于高頻切機(jī)策略，能使頻率快速有效地恢復(fù)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

本文研究了具有預(yù)測性質(zhì)的送端系統(tǒng)緊急切機(jī)策略，設(shè)計(jì)的控制策略可以防止系統(tǒng)進(jìn)入緊急狀態(tài)，高效地控制交流系統(tǒng)頻率回穩(wěn)，有利于直流穩(wěn)定運(yùn)行。本文所得結(jié)論如下。

a. 通過三次B樣條曲面擬合的方法實(shí)現(xiàn)了多變量條件下對系統(tǒng)暫態(tài)頻率最大偏差的預(yù)測，將預(yù)測得到的最大偏差作為緊急切機(jī)策略的啟動(dòng)判據(jù)，能在直流降功率的前期判定是否存在頻率偏差越限危險(xiǎn)，預(yù)測誤差在1%內(nèi)，相較其他方法更優(yōu)。

b. 根據(jù)功率平衡控制原理和預(yù)測得到的暫態(tài)頻率最大偏差，可以計(jì)算得出緊急切機(jī)總量，考慮了系統(tǒng)一次調(diào)頻的作用，避免了系統(tǒng)過切或欠切，求解相對更快速、準(zhǔn)確。

c. 依據(jù)機(jī)組與發(fā)生緊急降功率的直流換流站間的電氣距離，對機(jī)組進(jìn)行切除優(yōu)先度排序，電氣距離近，則優(yōu)先切除。當(dāng)不同直流發(fā)生緊急降功率時(shí)，采用不同的切機(jī)方案，以此保證最佳切除效果。

d. 相較于高頻切機(jī)策略，本文所提緊急切機(jī)策略能有效地降低系統(tǒng)暫態(tài)頻率偏差最大值，幫助系統(tǒng)頻率快速恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)能幫助其他直流快速恢復(fù)到額定運(yùn)行狀態(tài)，增加系統(tǒng)的備用及穩(wěn)定裕度，加強(qiáng)應(yīng)對后續(xù)故障的能力。

本文所提送端系統(tǒng)緊急控制策略適用于單條直流降功率的情況，但未驗(yàn)證其是否適用于多條直流同時(shí)降功率的情況，需要在下一步的工作中進(jìn)行研究；擬合結(jié)果與仿真所用模型的參數(shù)密切相關(guān)，在后續(xù)研究中筆者將進(jìn)一步優(yōu)化和細(xì)化負(fù)荷模型，并考慮利用實(shí)測數(shù)據(jù)對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行修正；不同運(yùn)行工況下，頻率偏差存在差異性，后續(xù)研究中將進(jìn)一步考慮運(yùn)行工況。