CN103545806A - 孤网运行低频减载参数整定方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种孤网运行低频减载参数整定方法与系统，获取电力系统中相关数据，利用机电暂态仿真程序的平台，仿真得到孤网形成时系统转速偏差和机械功率变化，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。整个低频减载参数整定过程综合考虑地区电网之间由于电网结构不同而造成的频率动态差异性，体现频率动态特性的空间差异性，计算获得结果可靠性高且精准，为低频减载整定提供了一种高效、精确的方法，使得现有的参数整定方法大为提高，对不同电网结构和多机系统的电网均适用，扩大适用范围，对提高其孤网运行能力。

Description

孤网运行低频减载参数整定方法与系统

技术领域

本发明涉及电力电网技术领域，特别是涉及孤网运行低频减载参数整定方法与系统。

背景技术

当大规模跨区域的互联电网发生局部电网故障、极端天气或人为操作失误时，均可能导致大面积的停电事故，系统维持频率稳定的能力不断下降，甚至导致系统崩溃。电网事故后，黑启动是不得已而采取的自救手段，其经济损失巨大；而孤网运行则是防患于未然的积极预防措施，孤网运行的机组具有抵抗电网事故的能力。在电网出现故障的情况下，如果能对拥有地方电厂的地区电网采取预定和合理的解列措施，利用这些机组立即带负荷，向电网供电，维持孤网稳定运行，则不仅能够保证城市重要负荷的供电，而且有助于协助全局电网的逐步恢复，大大缩短整个电力系统的恢复时间，减少经济损失。

与联网运行相比，孤网的频率特性更依赖于发电机的频率调节特性和旋转备用大小，有功缺额由负荷调节效应的功率减少和系统有功出力增量来共同补偿，当旋转备用耗尽后，由系统负荷调节效应单独补偿，因此低频减载方案整定时需要考虑低频减载和发电机一次调频的配合问题，在各个动作频率时对于系统有功缺额的补偿不仅要考虑负荷的频率调节效应作用，还必须要考虑发电机的频率调节效应的作用。

现有的技术方法只考虑了负荷调节效应的作用，在对孤网运行低频减载参数整定过程中未考虑到调速系统调节效应和旋转备用的补偿作用，考虑因素较单一，且只针对单机系统模型和简单的电网结构根据其频率动态特性而制定了低频减载整定的计算，忽略了地区电网之间由于电网结构不同而造成的频率动态差异性，不能体现这一频率动态特性的空间差异性，因此低频减载参数整定方法可靠性也会较低，计算结算结果不准确。

发明内容

基于此，有必要针对一般孤网运行低频减载参数整定方法可靠性低的问题，提供一种可靠性高的孤网运行低频减载参数整定方法与系统。

一种孤网运行低频减载参数整定方法，包括步骤：

获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量；

根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序仿真获得孤网形成时，孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果；

根据所述孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数；

根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。

一种孤网运行低频减载参数整定系统，包括：

数据获取模块，用于获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量；

仿真模块，用于根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序，仿真获得孤网形成时孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果；

效应系数提取模块，用于根据孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数；

减裁值计算模块，用于根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。

本发明孤网运行低频减载参数整定方法与系统，分析电力系统初始运行工况，获取了相关数据，利用机电暂态仿真程序的平台，仿真得到孤网形成时系统转速偏差和机械功率变化，之后从仿真结果中，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和系统频率调节效应系数，根据发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，整个低频减载参数整定过程综合考虑地区电网之间由于电网结构不同而造成的频率动态差异性，体现频率动态特性的空间差异性，计算获得结果可靠性高且精准，为低频减载整定提供了一种高效、精确的方法，使得现有的参数整定方法大为提高，对不同电网结构和多机系统的电网均适用，扩大适用范围，对提高其孤网运行能力，保持孤网频率的稳定，保障电力系统安全可靠运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明孤网运行低频减载参数整定方法第一个实施例的流程示意图；

图2为本发明孤网运行低频减载参数整定方法第二个实施例的流程示意图；

图3为本发明孤网运行低频减载参数整定系统第一个实施例的结构示意图；

图4为本发明孤网运行低频减载参数整定系统第二个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明孤网运行低频减载参数整定方法基本思路是，基于受扰电网的暂态响应轨迹，提取各个动作频率对应的发电机、负荷及电力系统的频率调节效应系数，计算对应于该动作频率的电网功率缺额，进而计算其减载量。

如图1所示，一种孤网运行低频减载参数整定方法，包括步骤：

S200：获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量。

基于电网典型运行方式的潮流数据和动态数据，统计电网的开机总容量P_GN，实际发电容量P_fz，旋转备用容量delP_fz，主网下送功率P_zw和孤网的负荷水平P_LN，取电网系统的基准功率P_B＝P_GN。

S400：根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序仿真获得孤网形成时，孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果。

用机电暂态仿真程序进行仿真计算形成的孤网，并且输出孤网内所有发电机的转速偏差和机械功率变化结果。这里的机电暂态仿真程序优选的为BPA。

S600：根据所述孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数。

利用机电暂态仿真程序仿真得到的频率动态仿真计算轨迹，逐点计算惯量中心COI频率轨迹，提取发电机、负荷及系统的频率调节效应系数K_m、K_L及K_s。由于系统频率变化为动态过程，因此以上频率调节效应系数也是各点时变的，t采样时刻的各个频率调节效应系数计算式分别为

$K_{m^{*}}=-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_G/P_{\mathrm{GN}}}{\mathrm{\Δf}/f_N}=-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_G/P_{\mathrm{GN}}}{{\mathrm{\Δf}}_{*}}$

$K_{L^{*}}=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_L/P_{\mathrm{LN}}}{\mathrm{\Δf}/f_N}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_L/P_{\mathrm{LN}}}{{\mathrm{\Δf}}_{*}}$

$K_{s^{*}}=k_r{K}_{m^{*}}+K_{L^{*}}=(-{\mathrm{\ΔP}}_{{d0}^{*}}/{\mathrm{\Δf}}_{*})$

上式中，

为发电机组的单位调节功率，

为负荷单位频率调节效应系数，

为电力系统单位调节功率。P_GN、P_LN为系统装机容量和初始负荷水平，△P_G、△P_L为孤网发电机机械功率和负荷有功功率随频率的变化，f_N为额定频率，△f为孤网稳定后的频率偏差。k_r＝P_GN/P_LN为系统备用系数，表示发电机组额定容量与系统额定频率时的总有功负荷之比，在有备用容量情况下(k_r＞1)将相应增大系统的单位调节功率。

S800：根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。

假设系统切除i-1轮后，系统频率恰好稳定于f_i而启动第i轮，系统仍受功率缺额△P_i扰动，在切除P_LSi后使频率恢复到f_h，从而可求出第i轮的切除量P_LSi。现行低频减载的设计思路是系统此时的功率缺额△P_i使系统频率恰好稳定于f_i，这时的功率缺额△P_i一方面由负荷调节效应的减小功率来补偿，另一方面还由系统出力增量来补偿；在第i级切除P_LSi后系统频率恢复到f_h，此时系统的功率缺额△P_h相应的由负荷调节效应来补偿。因此，可由下式求得第i轮的负荷切除量P_LSi：

$P_{\mathrm{LS}{i}^{*}}=\frac{(K_{s{i}^{*}}\mathrm{\Δ}{f}_{i^{*}}-K_{L^{*}}{\mathrm{\Δf}}_{h^{*}})(1-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{LS}{j}^{*}})}{1-K_{L^{*}}{\mathrm{\Δf}}_{h^{*}}}$

式中，

为第i轮切除量；为各轮切除量；

为第i轮动作频率偏差，

恢复后的频率偏差。

本发明孤网运行低频减载参数整定方法，分析电力系统初始运行工况，获取了相关数据，利用机电暂态仿真程序的平台，仿真得到孤网形成时系统转速偏差和机械功率变化，之后从仿真结果中，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和系统频率调节效应系数，根据发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，整个低频减载参数整定过程综合考虑地区电网之间由于电网结构不同而造成的频率动态差异性，体现频率动态特性的空间差异性，计算获得结果可靠性高且精准，为低频减载整定提供了一种高效、精确的方法，使得现有的参数整定方法大为提高，对不同电网结构和多机系统的电网均适用，扩大适用范围，对提高其孤网运行能力，保持孤网频率的稳定，保障电力系统安全可靠运行具有重要意义。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述步骤S800之后还有步骤：

S900：根据所述孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，利用所述机电暂态仿真程序，验证孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值是否正确。

验证孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值是否正确可以进一步确保孤网运行低频减载参数整定方法的准确性。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述步骤S400之后还有步骤：

S500：保存孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果。

保存孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，便于在之后步骤中读取计算，另外还可以将数据备份，确保数据的安全。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述步骤S200具体包括步骤：

S220：分析电网初始运状态；

S240：根据所述电网初始运行状态，获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量。

分析电网的初始工作状况，并且根据分析结果获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量。

在其中一个实施例中，所述机电暂态仿真程序为BPA。

BPA是指一套应用广泛的电力系统分析软件工具，具备了电力系统稳态、电磁暂态、机电暂态以及中长期动态、短路电流计算、电压稳定计算和频域计算等交直流电力系统全过程仿真能力。

为了进一步解释说明本发明孤网运行低频减载参数整定方法的过程及其原理下面将采用一具体实施例进行详细说明。

步骤一：利用机电暂态仿真程序仿真得到的频率动态仿真计算轨迹，逐点计算惯量中心COI频率轨迹，提取反映频率动态特征的频率特性参数，即发电机、负荷及电力系统的频率调节效应系数K_m、K_L及K_s。由于电力系统频率变化为动态过程，因此以上频率调节效应系数也是各点时变的，t采样时刻的各个频率调节效应系数计算式分别为

$K_{m^{*}}=-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_G/P_{\mathrm{GN}}}{\mathrm{\Δf}/f_N}=-\frac{{\mathrm{\ΔP}}_G/P_{\mathrm{GN}}}{{\mathrm{\Δf}}_{*}}---\left(1\right)$

$K_{L^{*}}=\frac{\mathrm{\Δ}{P}_L/P_{\mathrm{LN}}}{\mathrm{\Δf}/f_N}=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_L/P_{\mathrm{LN}}}{{\mathrm{\Δf}}_{*}}---\left(2\right)$

$K_{s^{*}}=k_r{K}_{m^{*}}+K_{L^{*}}=({-\mathrm{\ΔP}}_{{d0}^{*}}/{\mathrm{\Δf}}_{*})---\left(3\right)$

上式中，

为发电机组的单位调节功率；

为负荷单位频率调节效应系数；

为系统单位调节功率。P_GN、P_LN为电力系统装机容量和初始负荷水平，△P_G、△P_L为孤网发电机机械功率和负荷有功功率随频率的变化，f_N为额定频率，△f为孤网稳定后的频率偏差。k_r＝P_GN/P_LN为电力系统备用系数，表示发电机组额定容量与电力系统额定频率时的总有功负荷之比，在有备用容量情况下(k_r＞1)将相应增大电力系统的单位调节功率。

步骤二：假设系统切除i-1轮后，系统频率恰好稳定于f_i而启动第i轮，系统仍受功率缺额△P_i扰动，在切除P_LSi后使频率恢复到f_h，从而可求出第i轮的切除量P_LSi。现行低频减载的设计思路是系统此时的功率缺额△P_i使系统频率恰好稳定于f_i，这时的功率缺额△P_i一方面由负荷调节效应的减小功率来补偿，另一方面还由系统出力增量来补偿；在第i级切除P_LSi后系统频率恢复到f_h，此时系统的功率缺额△P_h相应的由负荷调节效应来补偿。因此，可由下式求得第i轮的负荷切除量P_LSi：

$P_{\mathrm{LS}{i}^{*}}=\frac{(K_{s{i}^{*}}\mathrm{\Δ}{f}_{i^{*}}-K_{L^{*}}{\mathrm{\Δf}}_{h^{*}})(1-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{LS}{j}^{*}})}{1-K_{L^{*}}{\mathrm{\Δf}}_{h^{*}}}---\left(4\right)$

式中，

为第i轮切除量；

为各轮切除量；

为第i轮动作频率偏差，恢复后的频率偏差，

为第i轮动作频率下相应的系统单位调节功率，i＝1，2，3，4，5，……，对于每一个低频减载动作频率f_i都有一个不同的系统频率调节效应系数与之相对应，

由机电暂态仿真程序仿真输出结果获得；

为单位负荷调节效应系数；P_LN是系统的总负荷量，这里取为基准功率。

步骤三：经过一系列基本轮减载动作以后，系统的稳定频率有时会低于所要求的恢复频率，因此需要进行特殊轮的减载，特殊轮的减载就是为了系统稳定频率恢复到所要求的频率水平。由于稳定后系统的旋转备用已经用完，系统的功率缺额只能由负荷频率调节效应单独补偿，其整定思路与基本轮低频减载方案一致，每轮特殊轮减载量的计算公式如下：

$P_{{\mathrm{TLSi}}^{*}}=\frac{K_{L^{*}}({\mathrm{\Δf}}_{T{i}^{*}}-{\mathrm{\Δf}}_{h^{*}})(1-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{{\mathrm{LSj}}^{*}}-\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{\mathrm{TLS}{j}^{*}})}{1-K_{L^{*}}{\mathrm{\Δf}}_{h^{*}}}---\left(5\right)$

式中，

为恢复级频率偏差；

为第i轮特殊轮的切负荷量和频率偏差；为n轮基本轮的切负荷总量；

为前i-1轮特殊轮的切负荷总量，i＝1，2，…。

如图3所示，一种孤网运行低频减载参数整定系统，包括：

数据获取模块100，用于获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量；

仿真模块200，用于根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序，仿真获得孤网形成时孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果；

效应系数提取模块300，用于根据孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数；

减裁值计算模块400，用于根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。

本发明孤网运行低频减载参数整定系统，分析电力系统初始运行工况，获取了相关数据，利用机电暂态仿真程序的平台，仿真得到孤网形成时系统转速偏差和机械功率变化，之后从仿真结果中，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和系统频率调节效应系数，根据发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，整个低频减载参数整定过程综合考虑地区电网之间由于电网结构不同而造成的频率动态差异性，体现频率动态特性的空间差异性，计算获得结果可靠性高且精准，为低频减载整定提供了一种高效、精确的系统，使得现有的参数整定系统大为提高，对不同电网结构和多机系统的电网均适用，扩大适用范围，对提高其孤网运行能力，保持孤网频率的稳定，保障电力系统安全可靠运行具有重要意义。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述孤网运行低频减载参数整定系统还包括：

验证模块500，用于根据所述孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，利用所述机电暂态仿真程序，验证孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值是否正确。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述孤网运行低频减载参数整定系统还包括：

存储模块600，用于保存所述提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述数据获取模块100具体包括：

分析单元120，用于分析电网初始运状态；

获取单元140，用于根据所述电网初始运行状态，获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量。

在其中一个实施例中，所述机电暂态仿真程序为BPA。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种孤网运行低频减载参数整定方法，其特征在于，包括步骤：

获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量；

根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序仿真获得孤网形成时，孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果；

根据所述孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数；

根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。

2.根据权利要求1所述的孤网运行低频减载参数整定方法，其特征在于，所述步骤根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值之后还有步骤：

根据所述孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，利用所述机电暂态仿真程序，验证孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值是否正确。

3.根据权利要求1或2所述的孤网运行低频减载参数整定方法，其特征在于，所述步骤根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序仿真获得孤网形成时，孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果之后还有步骤：

保存孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果。

4.根据权利要求1或2所述的孤网运行低频减载参数整定方法，其特征在于，所述步骤获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量具体包括步骤：

分析电网初始运状态；

根据所述电网初始运行状态，获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量。

5.根据权利要求1或2所述的孤网运行低频减载参数整定方法，其特征在于，所述机电暂态仿真程序为BPA。

6.一种孤网运行低频减载参数整定系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量；

仿真模块，用于根据电网的潮流数据和动态数据、电网容量以及孤网的负荷量，利用机电暂态仿真程序，仿真获得孤网形成时孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果；

效应系数提取模块，用于根据孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果，提取发电机动态频率调节效应系数、负荷调节效应系数以及电力系统频率调节效应系数；

减裁值计算模块，用于根据所述发电机动态频率调节效应系数、所述负荷调节效应系数和电力系统频率调节效应系数，计算孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值。

7.根据权利要求6所述的孤网运行低频减载参数整定系统，其特征在于，还包括：

验证模块，用于根据所述孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值，利用所述机电暂态仿真程序，验证孤网内与各个发电机相应整定动作频率的减载值和引入的恢复级低频减载值是否正确。

8.根据权利要求6或7所述的孤网运行低频减载参数整定系统，其特征在于，还包括：

存储模块，用于保存孤网内所有发电机转速偏差和机械功率变化结果。

9.根据权利要求6或7所述的孤网运行低频减载参数整定系统，其特征在于，所述数据获取模块具体包括：

分析单元，用于分析电网初始运状态；

获取单元，用于根据所述电网初始运行状态，获取电网的潮流数据和动态数据，统计电网的容量和解列后孤网的负荷量。

10.根据权利要求6或7所述的孤网运行低频减载参数整定系统，其特征在于，所述机电暂态仿真程序为BPA。

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