2023-12-28-中国南方电网-基于柔直控制的分区电网频率同步运行控制功能设计与应用_28页_2mb

基于柔直控制的分区电网频率同步运行控制功能设计与应用总结

项目背景

随着南方电网逐步推进分区异步联网，未来将形成3至4个分区电网格局。为提升分区电网间的频率稳定性与功率支援性能，研究并实施基于柔性直流（柔直）控制的频率同步运行控制功能具有重要意义。

控制功能设计

2.1 控制器设计

• 功能原理：该功能通过检测双侧电网频率偏差，采用滤波、隔直、PI控制、限幅等控制环节，计算并调节柔直运行功率。
• 实现方式：在柔直单元的HVDC模式下实现，不影响常规直流运行。
• 调节量：可设定为±200MW（参考FLC调制量）。
• 频率死区：可人为设置，现场实施中安排双侧频差无死区。

2.2 功能特点

• 仅在HVDC模式下生效，协调/独立控制模式下有效。
• 投入后自动屏蔽FLC功能，与稳控系统配合时，稳控优先。
• 能保证柔直单元在安全范围内运行，不会导致过负荷。

2.3 功能作用

• 模拟交流联络线动态行为，实现分区电网间的功率互济。
• 在机组跳闸、甩负荷、直流闭锁等扰动下，保持频率一致性，提升频率稳定性。
• 实现全网调频资源的实时、自动共享，为构建统一调频辅助服务市场奠定基础。

控制参数优化和仿真验证

3.1 优化模型

• 优化目标：最小化频率恢复时间、最大直流功率调制量、功率波动阻尼比及稳定性效果评价。
• 参数影响：
  • Kp越大，调制超调量越大，恢复过程越长。
  • Ki越大，频率和功率越容易出现毛刺和振荡不稳定。
• 优化方法：采用粒子群优化算法（PSO）对Kp和Ki进行寻优。
• 最优参数：Kp=3，Ki=2400，频率恢复时间缩短至20s，功率波动阻尼比达0.19，稳定性效果最佳。

3.2 参数导优结果

示范应用

4.1 关键特性分析

• 同频功能投入特性：投入后，5s内频率基本保持一致，稳态后频差维持在0.005Hz以内。
• 同频功能退出特性：退出后，柔直功率按预定速率回调，频率恢复异步运行特性。
• 直流功率升降：在功率提升过程中，双侧频率保持一致，频差控制在0.005Hz以内。
• 电厂跳机：5月21日光坡核电厂#3机跳闸后，云南和主网频率保持同步，频差始终在0.005Hz以内，柔直功率提升250MW，实现功率互济。
• 直流异常：5月20日昆柳龙直流异常后，柔直功率瞬时提升约300MW，有效缓解云南和主网频率偏差，提升频率稳定性。
• 稳态运行特性：同频功能投入后，云南频率波动幅度明显减小，同频控制器输出限幅时间约为20min，有优化空间，建议提升至±300MW。

4.2 柔性功率调制过程波动特性分析

• 鲁西同频功能投入后，存在0.25Hz的功率波动模式，波动幅度一般在±50MW以内，波动周期较短。
• 在6月4日19:50出现一次振幅±100MW、持续约1分钟的波动过程，波动幅度在若干周期内逐渐减小。

4.3 关口特性分析

• 云南、贵州、广西关口功率偏差曲线表明，通过柔直同频控制，云南外送关口功率行为类似于交流联络线。
• 云南外送联络线基本呈现贵州、广西交流联络线特性，为构建统一调频辅助服务市场提供基础支持。

展望

• 鲁西柔直已实现世界上首次分区电网频率同步运行，验证了同频控制功能的有效性。
• 广州和东莞背靠背工程将陆续实施同频控制功能，推动“合理分区，柔性互联，安全可控，开放互济”的主网架建设。
• 同频控制功能将进一步提升分区电网频率一致性、稳定性及功率互济性能，实现调频资源的实时共享。