CN103577691B - 一种电网仿真中孤立电网频率计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网仿真中孤立电网频率计算方法，属于电力系统控制和仿真领域，该方法包括：将一个仿真周期划分为若干频率积分时段，在每个时段内基于发电机和负荷的频率特性实现仿真频率计算。在每一个频率积分时段计算出电气岛频率变化、电气岛内每个机组出力变化。机组出力变化改变下一个积分周期的电气岛的加速功率。对于每个频率积分时段，利用频率变化和频率积分时段计算结果，驱动频率自动装置动作切除部分机组或负荷设备。在每个频率积分时段，记录频率计算曲线。如果仿真电网频率无法稳定，则按照电气死岛处理。频率计算完成后，根据最终确定的电气岛发电、负荷情况，进行潮流计算，给出孤立电网各母线电压、相角和各支路潮流及损耗。

Description

一种电网仿真中孤立电网频率计算方法

技术领域

本发明属于电力系统调度自动控制与仿真技术领域，特别涉及一种孤立电网仿真频率计算方法。

背景技术

电网仿真需要模拟各种可能故障下电网情况，某些故障可能导致电网解列，形成孤立电网。传统的电网仿真对于孤立电网，当发电负荷差额大于一定比例时，通常按照电气死岛处理，不作详细计算。随着电网结构的逐步增强和各种分布式新能源的接入，部分解列后的孤立电网也具备短时期内独立运行的能力；同时电网中通常配置一些频率自动装置，在频率低于某个定值超过一段时间后，自动切除部分负荷或机组，保证孤立电网的频率稳定。传统的孤立电网频率计算方法主要通过孤立电网中的发电和负荷总量来计算频率，难以模拟频率自动装置的作用，无法准确模拟孤立电网频率是否能够保持稳定，导致孤立电网潮流计算结果不正确。

发明内容

本发明的目的是为了解决孤立电网频率难以准确计算的问题，提出一种电网仿真中孤立电网频率计算方法。本方法充分考虑了孤立电网中机组、负荷频率特性参数对频率计算的影响，仿真结果能够准确模拟频率自动装置的快速动作行为，为孤立电网仿真提供精确的潮流计算结果。

本发明提出的一种电网仿真中孤立电网频率仿真计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1）将一个仿真周期划分为若干频率积分时段；具体步骤如下：

①定义频率积分时段T_p

T_p＝T_c/N_step (1)

式（1）中，T_c表示一个仿真周期；N_step表示最大频率积分次数；

2）在一个仿真周期内对每个频率积分时段内基于发电机和负荷的频率特性进行仿真频率计算，包括计算每个孤立电气岛加速功率P_acc，频率变化Δf_sys及发电机出力变化ΔP_jG；

3）对于每个频率积分时段，利用频率变化Δf_sys和频率积分时段T_p计算结果，仿真频率自动装置动作，根据频率判据切除部分机组或负荷设备；

4）在每个频率积分时段，记录计算的仿真频率曲线，如果仿真频率f_sys<0.8*f_base，表示电气岛频率失稳，该频率积分时段按照电气死岛处理，频率计算结束；

当频率积分次数<最大频率积分次数N_step时，循环进行2）-4），实现频率计算;当频率积分次数>最大频率积分次数N_step时，该仿真计算周期频率计算完成，进入步骤5）；

5）频率计算完成后，根据频率积分最终确定的电气岛机组出力、负荷情况，进行潮流计算，给出孤立电网各母线电压、相角和各支路潮流及损耗；等待下一个仿真计算周期到来转步骤2）。本发明的方法的技术特点：

本发明一方面，将仿真周期划分为若干频率积分时段，在每个时段内基于发电机和负荷的频率特性实现仿真频率计算。另一方面，在每个频率积分时段内模拟频率自动装置动作行为，仿真频率自动装置动作切除部分机组或负荷设备。最后记录仿真周期内整个频率计算曲线，给出孤立电网各机组和负荷的稳定结果。如果仿真电网频率无法稳定，则按照电气死岛处理。

本发明的优点如下:

充分考虑了孤立电网中机组、负荷频率特性参数对频率计算的影响，仿真结果逼真。

详细模拟频率自动装置在频率变化时的快速动作。通过频率积分，将频率变化的分辨率提升为0.1秒，能够准确模拟频率自动装置的快速动作行为。

实现了孤立电网的频率仿真计算，实时记录仿真过程中频率变化曲线，准确模拟低频情况下孤立电网的发电和负荷变化，为孤立电网仿真提供精确的潮流计算结果。

附图说明

图1为本发明方法的总体流程框图。

具体实施方式

本发明提出的电网仿真中孤立电网频率计算方法，结合附图及实施例详细说明如下:

本发明提出的电网仿真中孤立电网频率计算方法，如图1所示，包括以下步骤：

1）将一个仿真周期划分为若干频率积分时段；具体步骤如下：

①定义频率积分时段T_p

T_p＝T_c/N_step (1)

式（1）中，T_c表示一个仿真周期，通常是每5秒计算一次为一个仿真计算周期；N_step表示最大频率积分次数，通常是50次；

2）在一个仿真周期内对每个频率积分时段内基于发电机和负荷的频率特性进行仿真频率计算，包括计算每个孤立电气岛加速功率，频率变化及发电机出力变化，仿真频率计算采用频率积分模式算法；具体步骤如下：

①对于解列后的多电气岛，计算每个电气岛的惯性时间常数T_Sum：

$T_{\mathrm{Sum}}=\underset{j\&Element;\mathrm{NG}}{\mathrm{\&Sigma;}}{T}_{\mathrm{jUn}}---\left(2\right)$

式（2）中，NG表示电气岛中的所有机组；T_jUn表示第j个机组的惯性时间常数，

可以从发电机的额定参数中获取；

②对于解列后的多电气岛，计算每个电气岛的负荷频率特性系数D_Sum、电气岛功频特性系数K_s、电气岛时间常数T_s

$D_{\mathrm{Sum}}=\underset{j\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}(D_{\mathrm{jtyp}}*W_{\mathrm{jD}})/(1+D_{\mathrm{jtyp}}*\mathrm{\&Delta;}{f}_{\mathrm{sys}})---\left(3\right)$

K_s＝1/D_Sum (4)

T_s＝T_Sum/D_sum (5)

式（3）中，ND表示电气岛中的所有负荷对象；D_jtyp表示第j个负荷的频率特性系数，可以从负荷参数中获取；W_jD表示该负荷的实际值，由潮流计算结果给出；Δf_sys＝f_sys-f_base表示该电气岛频率f_sys与额定频率f_base（通常为50Hz）的偏差，f_sys由潮流计算结果给出，其初值为50Hz；

③对于解列后的多电气岛，计算每个电气岛的加速功率P_acc

$P_{\mathrm{acc}}=\underset{j\&Element;\mathrm{NG}}{\mathrm{\&Sigma;}}\left(W_{\mathrm{jG}}\right)-\underset{j\&Element;\mathrm{ND}}{\mathrm{\&Sigma;}}\left(W_{\mathrm{jD}}\right)-\underset{j\&Element;\mathrm{NL}}{\mathrm{\&Sigma;}}\left(W_{\mathrm{jloss}}\right)---\left(6\right)$

式（6）中，NL表示电气岛中的所有线路和绕组对象；W_jG表示第j个机组的实际出力，由潮流计算结果给出；W_jD表示第j个负荷的实际值，由潮流计算结果给出；W_jloss表示该电气岛第j个线路或绕组的损耗，由潮流计算结果给出；

④通过电气岛加速功率P_acc计算电气岛频率变化Δf_sys、电气岛内每个机组出力变化ΔP_jG：

$\mathrm{\&Delta;}{f}_{\mathrm{sys}}=\frac{K_s}{1+T_s*T_p}{P}_{\mathrm{ass}}---\left(7\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{jG}}=-\frac{K_{\mathrm{jUn}}}{1+T_{\mathrm{jUn}}*T_p}\mathrm{\&Delta;}{f}_{\mathrm{sys}}---\left(8\right)$

W_jG＝W_jG+ΔP_jG (9)

式（8）中，K_jUn表示表示第j个机组的功频特性系数，可以从发电机的额定参数中获取；

通过上述步骤，在每一个频率积分时段计算出电气岛频率变化Δf_sys、电气岛内第j个机组出力变化ΔP_jG、第j个机组出力为W_jG＝W_jG+ΔP_jG，并得到仿真频率f_sys＝f_base+Δf_sys；

用当前电气岛的机组出力代入步骤③得到下一个频率积分时段电气岛的加速功率P_acc；进而计算出下一个频率积分时段电气岛的仿真频率f_sys；以此类推得到每个频率积分时段电气岛的仿真频率f_sys；

3）对于每个频率积分时段，利用频率变化Δf_sys和频率积分时段T_p计算结果，仿真频率自动装置动作，根据频率判据切除部分机组或负荷设备；具体步骤如下：

⑤频率自动装置的判据为：仿真频率f_sys低于低频定值f_dz（从频率自动装置定值单获取）和判据延时t_ys大于时延定值t_dz（从频率自动装置定值单获取）；如果当前仿真频率f_sys＝f_base-Δf_sys小于f_dz，则频率判据成立，判据延时t_ys＝t_ys+T_p；否则频率判据不成立，则判据延时t_ys＝0；

⑥如果判据延时t_ys<时延定值t_dz，则在该频率积分时段频率自动装置不动作；

⑦如果判据延时t_ys>时延定值t_dz，则在该频率积分时段频率自动装置动作切除部分发电或者负荷，切除发电或负荷的数值从频率自动装置定值单获取，用以改变下一个积分频率时段的电气岛的加速功率P_acc；

4）在每个频率积分时段，记录计算的仿真频率曲线，如果仿真频率f_sys<0.8*f_base，表示电气岛频率失稳，该频率积分时段按照电气死岛处理，频率计算结束；

当频率积分次数<最大频率积分次数N_step时，2）-4）循环实现频率计算。当频率积分次数>最大频率积分次数N_step时，该仿真计算周期频率计算完成，进入步骤5）；

5）频率计算完成后，根据频率积分最终确定的电气岛机组出力、负荷情况，进行潮流计算，给出孤立电网各母线电压、相角和各支路潮流及损耗。等待下一个仿真计算周期到来转步骤2）。

Claims (3)

1.一种电网仿真中孤立电网频率仿真计算方法，其特征在于,该方法包括以下步骤：

1)将一个仿真周期划分为若干频率积分时段；具体步骤如下：

①定义频率积分时段T_p

T_p＝T_c/N_step (1)

式(1)中,T_c表示一个仿真周期；N_step表示最大频率积分次数；

2)在一个仿真周期内对每个频率积分时段内基于发电机和负荷的频率特性进行仿真频率计算，包括计算每个孤立电气岛加速功率P_acc，频率变化Δf_sys及发电机出力变化ΔP_jG；

3)对于每个频率积分时段，利用频率变化Δf_sys和频率积分时段T_p计算结果，仿真频率自动装置动作，根据频率判据切除部分机组或负荷设备；

4)在每个频率积分时段，记录计算的仿真频率曲线，如果仿真频率f_sys<0.8*f_base,表示电气岛频率失稳，该频率积分时段按照电气死岛处理，频率计算结束；

当频率积分次数≤最大频率积分次数N_step时，循环进行步骤2)-4),实现频率计算；当频率积分次数>最大频率积分次数N_step时，该仿真计算周期频率计算完成，进入步骤5)；

5)频率计算完成后，根据频率积分最终确定的电气岛机组出力、负荷情况，进行潮流计算，给出孤立电网各母线电压、相角和各支路潮流及损耗；等待下一个仿真计算周期到来转步骤2)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的步骤2)仿真频率计算采用频率积分模式算法；具体步骤如下：

②对于解列后的多电气岛，计算每个电气岛的惯性时间常数T_Sum：

$T_{Sum}=\underset{j\&Element;NG}{\&Sigma;}{T}_{jUn}---\left(2\right)$

式(2)中,NG表示电气岛中的所有机组；T_jUn表示第j个机组的惯性时间常数，从发电机的额定参数中获取；

③对于解列后的多电气岛，计算每个电气岛的负荷频率特性系数D_Sum、电气岛功频特性系数K_s、电气岛时间常数T_s

$D_{Sum}=\underset{j\&Element;ND}{\&Sigma;}(D_{jtyp}*W_{jD})/(1+D_{jtyp}*{\mathrm{\&Delta;f}}_{sys})---\left(3\right)$

K_s＝1/D_Sum (4)

T_s＝T_Sum/D_sum (5)

式(3)中,ND表示电气岛中的所有负荷对象；D_jtyp表示第j个负荷的频率特性系数,从负荷参数中获取；W_jD表示该负荷的实际值，由潮流计算结果给出；Δf_sys＝f_sys-f_base表示该电气岛频率f_sys与额定频率f_base的偏差，f_sys由潮流计算结果给出；

④对于解列后的多电气岛，计算每个电气岛的加速功率P_acc

$P_{acc}=\underset{j\&Element;NG}{\&Sigma;}\left(W_{jG}\right)-\underset{j\&Element;ND}{\&Sigma;}\left(W_{jD}\right)-\underset{j\&Element;NL}{\&Sigma;}\left(W_{jloss}\right)---\left(6\right)$

式(6)中,NL表示电气岛中的所有线路和绕组对象；W_jG表示第j个机组的实际出力，由潮流计算结果给出；W_jD表示第j个负荷的实际值，由潮流计算结果给出；W_jloss表示该电气岛第j个线路或绕组的损耗，由潮流计算结果给出；

⑤通过电气岛加速功率P_acc计算电气岛频率变化Δf_sys、电气岛内每个机组出力变化ΔP_jG：

${\mathrm{\&Delta;f}}_{sys}=\frac{K_s}{1+T_s*T_p}{P}_{acc}---\left(7\right)$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{jG}=-\frac{K_{jUn}}{1+T_{jUn}*T_p}{\mathrm{\&Delta;f}}_{sys}---\left(8\right)$

W_jG＝W_jG+ΔP_jG (9)

式(8)中,K_jUn表示第j个机组的功频特性系数，从发电机的额定参数中获取；

并得到仿真频率f_sys＝f_base+Δf_sys；

⑥用当前电气岛的机组出力代入步骤③得到下一个频率积分时段电气岛的加速功率P_acc；进而计算出下一个频率积分时段电气岛的仿真频率f_sys；以此类推得到每个频率积分时段电气岛的仿真频率f_sys。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于其中所述的步骤3)具体包括以下步骤：

具体步骤如下：

⑦频率自动装置的判据为：仿真频率f_sys低于低频定值f_dz和判据延时t_ys大于时延定值t_dz；如果当前仿真频率f_sys＝f_base-Δf_sys小于f_dz，则频率判据成立，判据延时t_ys＝t_ys+T_p；否则频率判据不成立，则判据延时t_ys＝0；

⑧如果判据延时t_ys<时延定值t_dz，则在该频率积分时段频率自动装置不动作；

如果判据延时t_ys>时延定值t_dz，则在该频率积分时段频率自动装置动作切除部分发电或者负荷，切除发电或负荷的数值从频率自动装置定值单获取，用以改变下一个积分频率时段的电气岛的加速功率P_acc。