考虑新能源集群接入的送端电网电压频率控制优化模型.pdf

0引言现阶段袁我国能源生产尧输送尧消费等各个环节都在朝着实现野双碳冶目标前进1袁2袁而我国的能源中心和负荷分布却呈逆向分布袁这就使得大规模的新能源资源集群并网尧大容量长距离交直流输电成为满足能源消费需求3尧清洁能源外送4尧新能源消纳等方面的重要渠道遥 因此袁在风电尧光伏等新能源资源丰富的西北地区袁 建设有灵绍尧天中尧祁韶等大容量特高压直流输电系统及其周围区域内的大规模新能源资源集群5袁6袁一方面很好地满足了上述能源消费尧外送的需求袁另一方面袁 大规模的新能源资源集群并网对系统电压尧频率等多方面稳定性产生较大的冲击和影响袁也使得系统内传统的同步机组尧调相机组开启数量减少袁电网电压尧频率动态调节及支撑能力降低袁电网发生运行故障的风险增加7袁8遥 因此袁须要研究含高占比尧大规模新能源发电资源集群接入的送端电网电压尧频率控制方法遥国内外学者对交直流送端电网电压尧频率等稳定控制方法进行了大量研究遥 文献9考虑风尧光等新能源发电机组出力的不确定性袁研究了基于负荷扰动的送端电网出力动态优化控制方法遥文献10针对送端电网的功角稳定性问题袁研究了考虑新能源出力波动性的送端电网功角鲁棒优化控制方法遥文献11分析了大规模新能源发电资源接入送端电网后系统频率的变化响应特性袁 并提出了考虑新能源发电参与的送端电网暂态频率稳定优化控制方法遥文献12针对送端电网中的直流闭锁故障问题袁 研究了含风电并网下电网内发生直流闭锁故障后系统电压变化特性袁 并提出了考虑系统暂态电压约束的送端电网协调控制方法遥文献13针对风火打捆外送的送端电网系统袁研究了在不同运行方式尧不同运行阶段下送端新疆-西北电网的运行稳定性袁 并提出了考虑新能源消纳能力提升的风火打捆送端电网协调控制方法遥 文献14针对西北地区大送端电网频率快速响应控制的问题袁 分析了含新能源接入的西北电网频率快速响应需求袁 并提出了考虑多种调频资源协调的送端电网频率快速响应控制方法遥但是袁 当大规模新能源发电资源接入西北地区大送端电网后袁 由于新能源发电机组具有较弱的电压尧频率尧功角等多方面稳定性调节能力袁从而使得送端电网在分析和衡量运行稳定性能尧故障后的暂态变化过程和控制方法须要考虑的影响收稿日期院 2023-04-03遥基金项目院 国家电网公司总部科技项目渊5100-202156006A-0-0-00冤遥作者简介院 贾宏刚渊1982-冤袁男袁硕士袁高级工程师袁研究方向为电网规划分析遥 E-mail院考 虑 新 能 源 集 群 接 入 的 送 端 电 网电 压 频 率 控 制 优 化 模 型贾宏刚1袁 邰克强1袁 王喆1袁 严欢1袁 陈晨2袁 赵伯铉3渊1.国网陕西省电力有限公司经济技术研究院袁 陕西西安710075曰2.西安交通大学电气工程学院袁 陕西西安710049曰 3.北京科东电力控制系统有限责任公司袁 北京100192冤摘要院 随着大规模新能源发电资源集群接入电网袁送端电网受到新能源出力波动尧输电线路故障尧发电机组投切等大扰动所造成的电网电压尧频率波动问题愈加严重遥 为此袁文章提出一种考虑新能源集群接入的交直流送端电网电压尧频率控制优化模型遥 首先袁深入研究西北地区送端电网发生故障后的电压尧频率变化特性袁分别从送端电网频率响应尧暂态电压稳定裕度尧暂态电压恢复速率指标3 个方面对含大规模新能源发电集群接入的送端电网运行特性进行研究曰然后袁以交直流送端电网的总调节控制成本最优为目标袁并考虑送端电网潮流尧暂态电压和频率等约束条件袁建立交直流送端电网电压尧频率控制优化模型袁并采用改进差分进化算法进行求解曰最后袁选取西北某地区电网数据袁搭建仿真模型验证该方法的有效性遥关键词院 送端电网曰 电压约束曰 频率约束曰 新能源集群中图分类号院 TK51曰 TM72文献标志码院 A文章编号院 1671-5292渊2023冤10-1383-08窑1383窑可再生能源Renewable Energy Resources第 41 卷 第 10 期2023 年 10 月Vol.41 No.10Oct.2023因素更为繁杂遥 因此袁现有一些送端电网的稳定控制方法已不能很好地适应含大规模新能源集群接入的交直流送端电网稳定控制需求袁这就须要结合西北地区送端电网的特性袁对西北地区送端电网在受到故障或者新能源出力波动等大扰动影响后的电网暂态过程中的暂态电压尧频率控制措施进行更加深入的探讨和分析遥本文提出一种考虑新能源集群接入的交直流送端电网电压尧频率控制优化方法遥 通过研究西北地区送端电网在发生某种扰动或故障后的电网电压尧频率的变化过程袁建立了含大规模新能源发电集群接入的送端电网频率响应模型尧暂态电压稳定裕度模型尧暂态电压恢复速率指标模型袁 对交直流送端电网运行特性进行了分析研究遥 考虑电网暂态电压约束尧频率约束等条件袁建立了交直流送端电网电压尧 频率控制优化模型遥最后袁选取西北某地区电网实际运行数据袁仿真验证了本文模型的有效性遥1交直流送端电网模型及其运行特性分析1.1交直流送端电网电压尧频率稳定特性西北地区送端电网作为典型的新能源发电资源丰富外送型电网袁由多个大规模新能源发电基地及大容量特高压输电线路构成袁跨区域外送大容量功率袁 但系统内存在较少的常规火电电源袁系统网架结构相对薄弱袁系统电压稳定性尧频率稳定性容易受到新能源出力波动性尧交直流外送通道大功率故障尧直流换相故障等的干扰袁影响送端电网的运行稳定性遥以图1 所示的西北地区交直流送端电网示意图为例袁分析西北地区交直流电网电压尧频率的变化特性袁得到图2尧图3 所示的交直流外送通道直流换相故障时的送端电网频率尧电压变化曲线遥 若网络中的交直流外送通道发生直流换相故障袁通道中换流站整流侧易发生电压短时大幅度波动袁造成外送的有功功率发生突变袁系统频率波动袁如图2 所示遥 在直流换相故障消失后袁新能源外送有功功率逐步恢复袁暂态过程中存在大量的无功功率袁使得暂态过程外送有功尧无功功率变化响应不同步袁系统电压暂态稳定性受到较大的影响袁如图3 所示遥 因此袁送端电网的电压尧频率稳定性与新能源输出功率尧通道外送功率变化有紧密的关系遥本文以图4 所示的含新能源发电资源集群接图 1西北地区交直流送端电网示意图Fig.1 Schematic diagram of the AC/DC transmission gridin the northwest新疆电网天山换天中甘肃电网祁连山换祁韶伊克昭银川东宁夏电网灵绍灵州西北主网图 2交直流外送通道直流换相故障时的送端电网频率变化Fig.2 Frequency change of the sending grid during DC phasechange fault of AC/DC outgoing channel0.80.60.40.2001020304050时间/s西北电网甘肃电网新疆电网图 3交直流外送通道直流换相故障时的西北某一地区电网电压变化Fig.3 Voltage changes in a region of Northwest China duringa DC phase change fault in an AC/DC outgoing channel1.41.21.00.80.60.40.20.002468时间/s图 4含新能源发电资源集群接入的交直流送端电网拓扑结构Fig.4 AC-DC transmission grid topology with clusteredaccess to new energy generation resources新能源发电资源集群风电光伏T3袁GT1袁NEWUGPload直流通道换流站1换流站2交流通道ACDCDCACUdc袁wT2袁S窑1384窑可再生能源2023袁41渊10冤入的交直流送端电网拓扑结构示意图为例袁 开展交直流送端电网电压尧频率控制策略的研究袁以降低新能源出力波动尧 外送通道运行故障等问题对送端电网电压尧频率稳定性的影响袁保持送端电网安全稳定运行遥1.2含大规模新能源发电集群接入的送端电网运行特性分析模型本文假定忽略交直流送端电网内电动机旋转惯量对系统频率的影响袁且为了简化分析计算袁在对大规模大容量的新能源发电资源集群有功输出功率进行计算时忽略设备型号尧容量等的影响袁将新能源发电资源集群的有功输出功率进行等效袁并简化表示为PNEW=nNEW窑 PNEW袁m渊1冤式中院PNEW为新能源发电资源集群输出的有功功率曰PNEW袁m为新能源发电资源集群内第m 个发电机组输出的有功功率曰nNEW为新能源发电机组的数量遥此时袁 考虑交直流送端电网内新能源发电机组的频率响应特性袁有院PNEW袁f=PNEW袁e+PNEW渊ftfN冤KNEW渊2冤式中院PNEW袁f为新能源发电资源集群响应系统频率调整时的有功输出曰PNEW袁e为新能源发电资源集群输出的额定有功功率曰ft为t 时刻送端电网的频率曰fN为交直流送端电网的额定频率曰KNEW为新能源发电资源集群的频率响应因子遥将式渊2冤在f0点处进行线性化袁并进一步可推导出院驻PNEW袁f=KNEWPNEW袁0f0驻fNEW渊3冤式中院PNEW袁0为新能源发电资源集群在系统频率为f0时的有功输出曰驻PNEW袁f为新能源发电资源集群在系统频率变化驻fNEW时的有功输出调整量遥由此可以看出袁 当送端电网中频率发生较大变化时袁 需要新能源发电资源集群调整其有功输出袁且当送端电网发生故障尧新能源出力波动尧发电机组投切或交直流联络线开断时袁 由此所导致的送端电网不平衡功率与频率变化间的关系为驻PSEND袁f=驻PNEW袁f+驻PG袁f=KNEWPNEW袁0f0驻fNEW+TGf0d驻fNEWdf0渊4冤式中院驻PSEND袁f为送端电网不平衡功率曰驻PG袁f为送端电网中的常规火电机组输出功率的调整量曰TG为常规火电机组的惯性常数遥同时袁交直流送端电网的频率响应可以表示为驻FNEW渊s冤=GT渊s冤1+GT渊s冤GG渊s冤驻PNEW袁fGT渊s冤=1TGf0s+KNEWPNEW袁0/f0扇墒设设设设设设缮设设设设设设渊5冤在送端电网发生故障尧新能源出力波动尧发电机组投切或交直流联络线开断的同时袁 送端电网电压也会发生较大波动遥 因此袁可采用多二元表12将送端电网暂态电压响应过程划分为多个变化区域袁并对每个变化区域赋予不同的权重袁用于对上述过程中的送端电网暂态电压响应过程进行分析袁 进而可以得到交直流送端电网暂态电压稳定裕度为UYSEND袁i=1-K-1k=1移琢u袁ktk+1tk乙UeSEND-USEND袁i渊t冤dt-琢u袁Kt鸳KtK乙UeSEND-USEND袁i渊t冤dt-K-1k=1移琢u袁kt鸳k+1t鸳k乙UeSEND-USEND袁i渊t冤dt渊6冤式中院UYSEND袁i为交直流送端电网中第i 条输电母线暂态过程中的暂态电压稳定裕度曰K 为采用的多二元表数量曰USEND袁i渊t冤为t 时刻第i 条输电母线的电压曰UeSEND为交直流送端电网内输电母线额定电压曰tk和tK袁tk和tK分别为交直流送端电网暂态过程中电压跌落进入母线电压响应变化区域和恢复离开母线电压响应变化区域的时刻曰琢u袁k袁琢u袁K分别为母线电压响应变化中不同区域所占的权重袁 该值可依据送端电网中第i 条输电母线电压处于临界时进行计算确定15遥根据式渊6冤袁按照不同输电母线在交直流送端电网运行过程中所具有的重要性袁 分别计算出送端电网中第i 条输电母线在暂态过程中的暂态电压稳定裕度遥之后袁可根据暂态电压稳定裕度的所有计算结果袁取其中的最小值袁记为交直流送端电网暂态电压稳定裕度遥同时袁考虑到保障送端电网在受到故障尧新能源出力波动等大扰动影响后袁 送端电网电压仍能保持稳定的目的袁本文建立如式渊7冤所示的送端电网暂态电压恢复度指标模型袁 用来描述送端电网贾宏刚袁等考虑新能源集群接入的送端电网电压频率控制优化模型窑1385窑受到故障尧 新能源出力波动等大扰动后的暂态过程中输电母线电压的恢复速率遥URSEND袁i=t鸳qtq乙USEND袁i渊t冤-USEND袁i渊0冤USEND袁i渊0冤dtURSEND=max渊URSEND袁i冤扇墒设设设设设缮设设设设设渊7冤式中院URSEND袁i为交直流送端电网中第i 条输电母线暂态电压恢复速率指标曰URSEND为交直流送端电网暂态电压恢复速率指标曰USEND袁i渊0冤为交直流送端电网中第i 条输电母线跌落前的电压曰tq为交直流送端电网受到故障尧 新能源出力波动等大扰动的切除时刻曰tq为交直流送端电网暂态电压恢复度指标计算的结束时刻遥2交直流送端电网电压尧频率控制优化模型在含大规模新能源发电集群接入的送端电网运行特性分析的基础上袁 以送端电网中的新能源发电集群尧电池储能站尧常规火电机组作为调节控制对象袁对交直流送端电网中的新能源发电集群尧电池储能站尧常规火电机组的有功输出进行调节袁研究考虑送端电网暂态运行约束尧 暂态电压稳定裕度约束尧 频率约束等约束条件的交直流送端电网电压尧频率控制优化模型遥2.1优化模型本文以交直流送端电网的总调节控制成本最优为目标袁建立交直流送端电网电压尧频率控制优化模型袁实现送端电网电压尧频率的控制袁具体如下院F1=min茁NEWNNEWm=1移CNEW袁m渊1-酌NEW袁m冤PNEW袁f袁m+茁STORNSTORj=1移CSTOR袁j渊1-酌STOR袁j冤PSTOR袁j+茁GNGn=1移CG袁n渊1-酌G袁n冤PG袁n晌尚上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上上裳捎梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢梢渊5冤式中院F1为交直流送端电网电压尧频率控制优化模型的优化目标曰NNEW袁NSTOR袁NG分别为交直流送端电网中的新能源发电集群尧电池储能站尧常规火电机组的数量曰CNEW袁m为新能源发电集群中第m 个新能源发电机组的单位有功功率输出调节控制成本曰CSTOR袁j为送端电网中第j 个电池储能站的单位功率调节控制成本曰CG袁n为送端电网中第n 个常规火电机组的单位功率调节控制成本曰PNEW袁 f袁m袁PSTOR袁 j袁PG袁n分别为新能源发电集群中第m 个新能源发电机组尧第j 个电池储能站尧第n 个常规火电机组的有功输出曰酌NEW袁m袁酌STOR袁j袁酌G袁n分别为新能源发电机组尧 电池储能站尧 常规火电机组运行状态标志曰茁NEW袁茁STOR袁茁G分别为新能源发电机组尧 电池储能站尧 常规火电机组的单位功率调节控制成本的权重遥2.2约束条件淤交直流送端电网的潮流约束PNEW袁f袁m+PSTOR袁j+PG袁n-PLOAD袁k=USEND袁il=1移USEND袁l渊Gilcos兹il+Bilsin兹il冤QNEW袁f袁m+QSTOR袁j+QG袁n-QLOAD袁k=USEND袁il=1移USEND袁l渊Gilsin兹il-Bilcos兹il冤扇墒设设设设设设设设设设设缮设设设设设设设设设设设渊9冤式中院PLOAD袁k袁QLOAD袁k分别为交直流送端电网中节点k 处的负荷有功消耗和无功消耗曰QNEW袁 f袁m袁QSTOR袁 j袁QG袁n分别为新能源发电集群中第m 个新能源发电机组尧第j 个电池储能站尧第n 个常规火电机组的无功输出曰兹il为交直流送端电网的相角差曰Gil袁Bil分别为电网的电导尧电纳遥于交直流送端电网中的直流通道约束USEND袁hz=32姨仔窑 Num 窑 浊h窑USEND袁nbcos兹h-RhzIhz渊10冤式中院USEND袁hz袁USEND袁nb分别为交直流送端电网中的直流通道换流站整流侧电压尧逆变侧电压曰Num为交直流送端电网中换流站内换流器的桥数曰浊h为交直流送端电网中的直流通道换流站的换流比曰兹h为关断角曰Rhz袁Ihz分别为交直流送端电网中的直流通道换流站的等值电阻和直流输出电流遥盂新能源发电机组尧电池储能站尧常规火电机组运行约束PminNEW袁 f臆PNEW袁 f袁m臆PmaxNEW袁 fPminSTOR臆PSTOR袁j臆PmaxSTORPminG臆PG袁n臆PmaxGQminNEW袁 f臆QNEW袁 f袁m臆QmaxNEW袁 fQminG臆QG袁n臆QmaxG啄minNEW袁 f袁m臆啄NEW袁 f袁m臆啄maxNEW袁 f袁m啄minG袁n臆啄G袁n臆啄maxG袁n扇墒设设设设设设设设设设设设设设设设设设缮设设设设设设设设设设设设设设设设设设渊11冤式中院PminNEW袁 f和PmaxNEW袁 f袁PminSTOR和PmaxSTOR袁PminG和PmaxG分别为窑1386窑可再生能源2023袁41渊10冤新能源发电机组尧电池储能站尧常规火电机组的有功输出最小值尧 最大值曰QminNEW袁f和QmaxNEW袁f袁QminG和QmaxG分别为新能源发电机组尧常规火电机组的无功输出最小值尧最大值曰啄NEW袁 f袁m袁啄G袁n分别为新能源发电集群中新能源发电机组尧 常规火电机组的功角曰啄minNEW袁 f袁m和啄maxNEW袁 f袁m袁啄minG袁n和啄maxG袁n分别为新能源发电集群中新能源发电机组尧常规火电机组的功角的最小值尧最大值遥榆新能源发电机组尧 常规火电机组的暂态运行约束啄NAME袁gzi渊t冤-啄NAME袁gzi渊t-1冤=驻h2棕NAME袁gzi渊t冤-棕NAME袁0+棕NAME袁gzi渊t-1冤-棕NAME袁0棕NAME袁gzi渊t冤-棕NAME袁gzi渊t-1冤=驻h2TNAME-DNAME棕NAME袁gzi渊t冤+PmNAME渊t冤-PeNAME渊t冤+-DNAME棕NAME袁gzi渊t-1冤+PmNAME渊t-1冤-PeNAME渊t-1冤扇墒设设设设设设设设设设设设设缮设设设设设设设设设设设设设渊12冤式中院NAME 表示位于交直流送端电网中发电机组集群中的任一个发电机组袁可分别从新能源发电机组尧常规火电机组中任意选择曰PmNAME袁PeNAME分别为位于交直流送端电网发电机组集群中的任一个发电机组的机械输出功率和电磁输出功率曰棕NAME袁gzi为新能源发电机组或常规火电机组的转动角速度曰TNAME为新能源发电机组或常规火电机组的转动惯量曰DNAME为新能源发电机组或常规火电机组的本体阻尼大小曰棕NAME袁0为交直流送端电网的同步转速曰驻h为求解步长曰下标gzi 表示交直流送端电网受到的扰动或故障遥虞 送端电网暂态电压稳定裕度和频率约束根据式渊5冤渊7冤的分析袁在优化过程中袁须计及送端电网暂态电压稳定裕度尧频率的约束条件袁即院UYSEND袁i逸字UYSEND袁0驻fNEW臆驻fmaxNEW扇墒设设设设缮设设设设渊13冤式中院UYSEND袁0为送端电网中第i 条输电母线暂态电压稳定裕度的设定阈值曰字 为裕度系数袁其值为1.00011.01曰驻fmaxNEW为送端电网暂态过程中的频率变化量的最大值遥2.3模型求解通常袁电网频率尧电压控制时间尺度要小于电网优化时间尺度袁本文在差分进化算法的基础上袁预先考虑某种交直流送端电网发生的扰动或故障类型袁通过其控制参数进行自适应性调整和改进袁优化算法过程和交直流送端电网电压尧频率控制方案遥 具体计算步骤如下遥淤输入交直流送端电网参数袁确定各机组约束条件上尧下限参数遥于初始化交直流送端电网中各新能源发电机组尧电池储能站尧常规火电机组的有功输出种群袁同时可以预先设定一种交直流送端电网发生的扰动或故障类型袁 设定初始的进化迭代次数GG 为0袁以GGmax表示算法中的最大进化迭代代数遥盂计算各新能源发电机组尧 电池储能站尧常规火电机组的有功输出种群的初始适应度函数袁即针对有功输出种群中的每个个体袁按照预先设定的电网发生的扰动或故障类型袁进行一次暂态仿真求解袁确定交直流送端电网暂态过程中的系统频率尧暂态电压稳定裕度尧暂态电压恢复速率指标中的部分参数的值袁同时按照式渊14冤求解有功输出种群个体的初始适应度遥F軌1=F1+滓cfii=1移max0袁fii渊P冤渊14冤式中院fii渊P冤为交直流送端电网电压尧频率控制优化模型的不等式约束条件集曰滓cf为不满足约束的惩罚系数遥榆对交直流送端电网中各新能源发电机组尧电池储能站尧常规火电机组的有功输出种群进行变异操作尧交叉操作以及选择操作遥 在进行上述操作时袁可以对变异操作尧交叉操作的控制系数进行适当调整袁达到提高模型求解收敛性和速率性的目的遥fGGby=fminby+渊fmaxby-fminby冤e-GGGGmaxfGGjc=fminjc+渊fmaxjc-fminjc冤e-GGGGmax扇墒设设设设设设缮设设设设设设渊15冤式中院fGGby袁fGGjc分别为第GG 次迭代求解过程中的变异率尧 交叉率曰fminby袁fmaxby分别为迭代求解变异率的最小值尧 最大值曰fminjc袁fmaxjc分别为迭代求解交叉率的最小值尧最大值遥贾宏刚袁等考虑新能源集群接入的送端电网电压频率控制优化模型窑1387窑此处袁 设定变异率fGGby和交叉率fGGjc的最大值fmaxby=fmaxjc=0.9袁 变异率fGGby和交叉率fGGjc的最小值fminby=fminjc=0.1遥虞判断是否到达最大进化迭代次数GGmax袁且判断是否满足交直流送端电网电压尧 频率控制优化模型的约束条件袁若满足条件袁则输出此时的新能源发电机组尧电池储能站尧常规火电机组的有功输出种群袁作为交直流送端电网电压尧频率控制优化方案曰反之袁则转至步骤于袁重新进行求解袁直至得到满足约束的交直流送端电网电压尧 频率控制优化方案遥3仿真分析本文选定西北某个地区电网数据进行仿真分析遥考虑到该地区电网受到系统电压尧频率变化影响袁 假定该地区接入的常规火电机组有7 台参与到电网电压尧频率稳定控制调节中袁同时考虑该地区具有大规模新能源发电集群接入袁 设定新能源发电集群总量为5000MW遥 另外袁预先设定交直流送端电网发生故障类型为直流通道换流站出线发生三相短路故障袁仿真步长设定为0.01 s袁最大进化迭代次数GGmax=30遥采用改进差分进化算法求解得到交直流送端电网中各新能源发电机组尧电池储能站尧常规火电机组的有功输出尧端电压结果如表1 所示袁同时求解得到的该地区电网外送功率和暂态电压稳定裕度尧暂态电压恢复速率指标结果如表2 所示遥 图5给出了两种求解算法下交直流送端电网频率变化结果袁图6 给出了直流通道换流站出线发生三相短路故障后换流站输电线电压变化曲线遥由以上计算结果可以看出袁 采用改进差分进化算法求解得到的各常规火电机组和新能源发电集群有功输出功率和暂态指标结果较差分进化算法求解结果更优袁 送端电网在设定发生直流通道换流站出线发生三相短路故障下的暂态电压稳定裕度尧暂态电压恢复速率指标更优袁送端电网的暂态稳定性更好袁 且改进差分进化算法求解下的送端电网中接入的新能源发电集群有功输出更多袁说明更有利于送端电网外送清洁尧绿色的能源遥4结束语大规模新能源发电资源集群的接入袁 使得交直流送端电网在受到某种类型扰动或故障后袁更容易出现频率尧电压稳定问题遥为了保证交直流送端电网的稳定运行袁 建立了交直流送端电网频率图 5送端电网频率变化Fig.5 Frequency change of the transmission power grid50.250.049.849.649.449.249.0024681012时间/s未采用本文控制方法差分进化算法本文控制算法图 6换流站输电线电压变化Fig.6 Voltage variation of the transmission linesat converter stations1.11.00.90.80.70.60.50.4024681012时间/s本文控制方法差分进化算法窑1388窑可再生能源2023袁41渊10冤表 1 送端电网控制优化方案Table 1 Optimization scheme of the transmission power grid机组火电机组1火电机组2火电机组3火电机组4火电机组5火电机组6火电机组7电池储能站新能源发电集群有功输出MW4954602952363323021861915 000本文控制方法差分进化算法端电压p.u.1.061.061.061.061.061.031.031.031.02有功输出MW5054232952453123402061984980端电压p.u.1.061.051.051.051.051.021.011.011.04表 2 送端电网外送功率及暂态指标结果Table 2 The output power and transient index results of thetransmission power grid改进差分进化算法40000.41080.715 315.041 273.019差分进化算法40000.42160.726 418.731 326.035参数外送功率/MW暂态电压稳定裕度暂态电压恢复速率指标总调节控制成本/万元响应模型尧暂态电压稳定裕度模型尧暂态电压恢复速率指标模型袁并在此基础上研究分析了交直流送端电网在故障发生后电网频率尧电压变化特性遥考虑电网总的调控成本和暂态运行约束等条件袁研究建立了一种考虑新能源集群接入的交直流送端电网电压尧频率控制优化模型袁并通过搭建仿真模型进行分析遥 仿真结果表明袁本文提出的方法在送端电网换流站出线发生三相短路故障后袁 频率和电压变化幅度及恢复速率有明显的改善袁且新能源发电资源集群输出功率较高袁有效提升了交直流送端电网的暂态电压稳定性和频率稳定性遥参考文献院1习近平.在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话N.人民日报袁2020-09-23.2滕云袁张铁岩袁陈哲.多能源互联系统优化运行与控制技术研究现状与前景展望J.可再生能源袁2018袁36渊3冤院467-474.3滕云袁刘硕袁回茜袁等.考虑区域多能源系统集群协同优化的联合需求侧响应模型J.中国电机工程学报袁2020袁40渊22冤院7282-7296.4任冲袁牛拴保袁柯贤波袁等.西北送端电网特高压直流安控系统优化研究与实现J.高电压技术袁2020袁46渊9冤院3229-3237.5霍超袁李兆伟袁柯贤波袁等.应对UHVDC 送端电网新能源大规模脱网的频率紧急控制J.电力工程技术袁2020袁39渊4冤院42-47袁60.6Zhou L袁 Zhan R袁 Li Y袁 et al.Recent developments inHVDC transmission systems to support renewable energyintegrationJ.Global Energy Interconnection袁2018袁1渊5冤院595-607.7赵晋泉袁汤建军袁吴迪袁等.直流馈入受端电网暂态电压与频率稳定紧急协调控制策略J.电力系统自动化袁2020袁44渊22冤院45-53.8周萌.特高压直流闭锁后的送端电网紧急控制策略D.哈尔滨院哈尔滨工业大学袁2019.9冷欧阳袁回茜袁宋宇萍袁等.考虑可再生能源不确定性和数据异构的送端电网电源出力优化控制模型J.可再生能源袁2020袁38渊8冤院1116-1121.10 李岩袁滕云袁冷欧阳袁等.风电出力不确定时滞扰动下送端电网功角稳定鲁棒最优控制J.可再生能源袁2018袁36渊5冤院726-729.11 谭放.含大规模风电的送端电网频率稳定控制研究D.北京院华北电力大学渊北京冤袁2016.12 罗煦之袁张健袁贺静波袁等.计及暂态过电压约束的直流闭锁安控与极控协调控制研究J.电网技术袁2015袁39渊9冤院2526-2531.13 徐式蕴袁吴萍袁赵兵袁等.提升风火打捆哈郑特高压直流风电消纳能力的安全稳定控制措施研究J.电工技术学报袁2015袁30渊13冤院92-99.14 孙骁强袁刘鑫袁程林袁等.基于多调频资源协调控制的西北送端大电网新能源快速频率响应参数设置方案J.电网技术袁2019渊5冤院1760-1765.15 薛安成袁周健袁刘瑞煌袁等.采用多二元表判据的实用暂态电压稳定裕度指标研究J.中国电机工程学报袁2018袁38渊14冤院4117-4125.贾宏刚袁等考虑新能源集群接入的送端电网电压频率控制优化模型窑1389窑Optimization model of voltage and frequency control of AC-DCtransmission power grid considering new energy cluster accessJia Honggang1袁 Tai Keqiang1袁 Wang Zhe1袁 Yan Huan1袁 Chen Chen2袁 Zhao Boxuan3渊1.State Grid Shaanxi Electric Power Company Limited Economic Technology Research Institute袁 Xian 710075袁China曰 2.School of Electrical Engineering Xian Jiaotong University袁 Xian 710049袁 China曰 3.Beijing KedongPower Control System Co.袁Ltd.袁 Beijing 100192袁 China冤Abstract院 With the integration of large-scale new energy power generation resources into thegrid袁 the transmission power grid is subjected to large disturbances such as new energy outputfluctuations袁 transmission line failures袁 and power generation unit switching袁 which cause gridvoltage and frequency fluctuations.Therefore袁 an optimization model of voltage and frequencycontrol of AC-DC transmission power grid considering new energy cluster access is proposed inthis paper.Firstly袁 the voltage and frequency variation characteristics of the transmission powergrid in northwest China are deeply studied袁 and the operation characteristics of the transmissionpower grid with large-scale new energy generation cluster are studied from three aspects of thefrequency response of the transmission power grid袁 the transient voltage stability margin袁 and thetransient voltage recovery rate index.Then袁 aiming at the optimal control cost of AC-DCtransmission power grid袁 and considering the constraints of power flow袁 transient voltage andfrequency袁 an optimization model of voltage and frequency control of AC-DC transmission powergrid is established袁 and the improved differential evolution algorithm is used to solve the problem.Finally袁 a simulation model is built to verify the effectiveness of the proposed method by selectingthe data of a power grid in northwest China.Keywords院 transmission power grid曰 voltage constraint曰 frequency constraint曰 new energy cluster窑1390窑可再生能源2023袁41渊10冤