CN103683325B - 基于fcb机组的孤岛控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FCB机组的孤岛控制方法，包括：对电网系统解列出的孤岛内的负荷量进行测量；获取孤岛内非FCB发电机组的最小出力；根据所述负荷量和所述非FCB发电机组的最小出力，在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态；其中，当所述FCB发电机组进入FCB状态时，其为孤岛提供的发电功率为零；调整孤岛内非FCB发电机组的出力，使孤岛内的发电功率与负荷需求平衡。本发明通过使FCB机组处于FCB运行状态进行快速甩负荷操作，并调整非FCB机组出力，使孤岛系统在不切发电机的情况下达到功率供需平衡。当电力系统扰动消除后，FCB机组可以立即投入电网运行。

Description

基于FCB机组的孤岛控制方法

技术领域

本发明涉及电网系统解列后的孤岛控制技术领域，尤其涉及一种基于FCB机组的孤岛控制方法。

背景技术

随着电网系统从电能自我平衡的区域网络逐步发展为跨区域互联网络，为了防止电网在发生大扰动之后不同区域失去同步，电网系统中存在的解列装置在系统出现大扰动后将系统解列为多个孤岛，为了保证各孤岛的运行稳定，需要对孤岛后子系统进行快速有效的控制。发电功率与负荷需求不平衡是形成孤岛后的关键问题之一。在形成孤岛后，如果不及时采取适当的控制，部分孤岛可能因严重的供需不平衡导致其失稳，因此需要采取相关的孤岛控制措施。孤岛后的相关控制也要保证在整个系统扰动切除后，各个孤岛可以较快的进行并网操作，使整个电网恢复到正常的安全运行状态。

目前，在形成孤岛后，通常需要切负荷以及调节发电机组的出力来保证孤岛的供需平衡，在供需不平衡较为严重的情况下，需要进行切机操作。普通的火电机组在切机后需要较长时间才能再次投入运行。因此，在故障消除后，进行系统并网的过程时需要较长的时间来恢复孤岛解列中切除的发电机，此过程在很大程度上减缓了系统并网的过程，并且在一定程度上削弱了整个电网系统的安全可靠性。

发明内容

基于此，本发明提供了一种基于FCB机组的孤岛控制方法。

一种基于FCB机组的孤岛控制方法，包括以下步骤：

对电网系统解列出的孤岛内的负荷量进行测量；

获取孤岛内非FCB发电机组的最小出力；

根据所述负荷量和所述非FCB发电机组的最小出力，在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态；其中，当所述FCB发电机组进入FCB状态时，其为孤岛提供的发电功率为零；

调整孤岛内非FCB发电机组的出力，使孤岛内的发电功率与负荷需求平衡。

与一般技术相比，本发明提出了一种基于FCB机组的系统解列后避免孤岛切机的方法。FCB机组具有快速甩负荷特性，电网系统解列后，对于发电功率冗余的孤岛，可以利用FCB机组的特性使其只带厂用电工作。通过使FCB机组处于FCB运行状态进行快速甩负荷操作，并调整非FCB机组出力，使孤岛系统在不切发电机的情况下达到功率供需平衡。当电力系统扰动消除后，FCB机组可以立即投入电网运行。

附图说明

图1为本发明基于FCB机组的孤岛控制方法的流程示意图；

图2为普通发电机组的出力曲线示意图；

图3为FCB机组的出力曲线示意图；

图4为一个包含两个区域的电力系统结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及取得的效果，下面结合附图及较佳实施例，对本发明的技术方案，进行清楚和完整的描述。

请参阅图1，为本发明基于FCB机组的孤岛控制方法的流程示意图。

一种基于FCB机组的孤岛控制方法，包括以下步骤：

S101对电网系统解列出的孤岛内的负荷量进行测量；

S102获取孤岛内非FCB发电机组的最小出力；

S103根据所述负荷量和所述非FCB发电机组的最小出力，在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态；其中，当所述FCB发电机组进入FCB状态时，其为孤岛提供的发电功率为零；

S104调整孤岛内非FCB发电机组的出力，使孤岛内的发电功率与负荷需求平衡。

在步骤S101中，通过测量装置测量出孤岛内负荷量，并记为P_L。

在步骤S102中，确定孤岛系统内的FCB（fast cut back，机组快速切负荷）机组数量，确定孤岛内普通发电机组（也即非FCB发电机组）在孤岛形成前的有功出力P_j，根据普通发电机特性，得到非FCB机组的最小有功出力，记为P_min.j；

作为其中一个实施例，获取的所述最小出力为最小有功出力。这样使本发明更易于实现。

请参阅图2，为普通发电机组的出力曲线示意图。T_s为普通火电机组开启的启动时刻，T_S+T_C为机组在启动完毕后接入电网并开始功率爬升的时刻，P_c是普通火电机组所能发出的最大有功功率（MW），P_max为普通火电机组能够恢复除去厂用电之外的注入系统的最大有功功率（MW），P_R是普通火电机组启动时需要的启动功率（MW），通常为厂用电。对普通的火电机组来说，机组的爬坡通常可以分为两个阶段：在最小技术出力（a%P_c）之下，机组只具有升负荷能力，在最小技术出力之上，机组可以同时具有升降能力，且爬坡能力较第一阶段较强。请参阅图3，为FCB机组的出力曲线示意图。P_R为FCB机组甩负荷后带厂用电运行的有功功率，T_C为FCB机组接入电网的时间，T_F为FCB机组在系统崩溃后能够维持厂用电的时间。

根据普通火电机组以及FCB机组的特性可以看出，火电机组在正常运行时的有功出力只能是在最小出力以上，当发电机由于某种原因必须调节到最小出力以下，该发电机只能从系统中切除，在此种情况下，如果系统扰动结束，进行孤岛同期并网后，被切除的发电机需要重新启动。由于普通的火电机组启动过程通常需要很长时间，因此，切机的孤岛控制不利于系统的后续恢复。而FCB机组具有快速甩负荷特性，在孤岛发电容量过分冗余，可以利用FCB机组的这一性质使其只带厂用电工作，当系统扰动消除后，FCB机组可以立即投入电网运行。

在步骤S103中，对于发电过分冗余的孤岛，根据负荷量P_L以及非FCB机组最小出力限制初步估计需要快速切负荷的FCB机组数量；

在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态之前，获取孤岛内FCB发电机组的数量。并且根据所述负荷量、所述非FCB发电机组的最小出力和所述FCB发电机组的数量，确定需要进入FCB状态的FCB发电机组数量。

在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态之前，获取孤岛内非FCB发电机组在孤岛形成前的有功出力。

在步骤S104中，对于运行在FCB状态的机组，除了厂用电外，其注入电网的功率为零。对于其它机组建立以机组出力总调节量最小为目标的模型，对优化模型采用构造拉格朗日函数并对其进行优化求解。

作为其中一个实施例，根据非FCB发电机组在孤岛形成前的有功出力，建立以非FCB发电机组出力的总调节量最小为目标的目标函数模型；

根据建立的所述目标函数模型，调整非FCB发电机组的出力。

作为其中一个实施例，对建立的所述目标函数模型进行求解；根据所述求解结果，调整非FCB发电机组的出力。

上述做法有利于孤岛内的非FCB发电机组调整量最小，从而使得系统更加平稳。

作为其中一个实施例，通过构造拉格朗日函数对所述目标函数模型进行求解。

上述做法可以使求解结果更加准确，从而在调整非FCB发电机组时更加合理。

对于孤岛，当FCB机组处于只带厂用电工作时，其它的普通发电机组出力满足调节量最小的控制，以使在较快时间内达到供需平衡，具体模型：

$\min \underset{j\∈{\mathrm{\Θ}}_{G\left(K\right)}}{\mathrm{\Σ}}(P_j-P_{j\left(S\right)})---\left(1\right)$

s.t.PF(P_G(K),Q_G(K),P_L(K),Q_L(K))＝0     （2）

$\underset{\‾}{P_{G\left(K\right)}}\≤P_{G\left(K\right)}\≤\stackrel{\‾}{P_{G\left(K\right)}}---\left(3\right)$

$\underset{\‾}{V_{B\left(K\right)}}\≤V_{B\left(K\right)}\≤\stackrel{\‾}{V_{B\left(K\right)}}---\left(4\right)$

$\underset{\‾}{P_{L\left(K\right)}}\≤P_{L\left(K\right)}\≤\stackrel{\‾}{P_{L\left(K\right)}}---\left(5\right)$

其中，Θ_G(K)为孤岛K内普通发电机的集合，P_j为孤岛形成前的有功出力，P_j(K)为孤岛形成后普通发电机的出力，为控制变量，PF(·)为潮流方程，P_G(K),Q_G(K),P_L(K),Q_L(K)分别为孤岛内发电机有功无功出力以及负荷有功和无功消耗向量，为发电机的有功上下限，V_B(K)为节点电压，为节点电压的上下限，P_L(K)为线路容量，为线路容量的上下限约束。上述的模型是一个典型的优化模型，可以将其转化为拉格朗日等式，然后利用一次偏导和二次偏导条件利用牛顿迭代法进行求解。

请参阅图4，为一个包含两个区域的电力系统结构示意图。针对图4所示系统进行仿真。该区域包含两个区域，两个区域通过联络线5-6,4-7互联。系统数据如表：

表1发电机参数

发电机编号	容量(MW)	最小出力比	最小出力
				1	120	35%	42
2	150	35%	52.5
				3	150	35%	52.5
4	200	35%	70
				5	200	35%	70

当系统区域1和区域2发生不同步后，通过线路5-6和4-7上的解列装置解列。区域1的发电量约为220MW，负荷量约为101MW。由于区域1内的发电机1,2和3的最小出力分别为42MW，52.5MW和52.5MW，总计147MW大于孤岛1的负荷需求，如果发电机1,2和3是普通的火电机组，此时需要切除部分发电机来保证系统的供需平衡。图4所示系统中发电机2为FCB机组，因此，发电机2可以进入FCB状态，由发电机1和3对负荷进行供电，其出力由公式（1）至（5）所表示的模型求解。

作为其中一个实施例，建立以最小调节时间为目标的目标函数模型；

根据建立的所述目标函数模型，调整非FCB发电机组的出力。

对于存在多台FCB机组时，可以通过以最小调节时间为目标函数建立优化模型，得到最优的快速甩负荷FCB机组。

现有的系统解列方案，还没有将具有FCB功能的火电机组加入到解列后孤岛的控制策略中。系统解列后，对于发电功率过分冗余的区域，通过FCB机组进行快速甩负荷操作，使该子系统在不切发电机的情况下达到功率供需平衡。

与一般技术相比，本发明提出了一种基于FCB机组的系统解列后避免孤岛切机的方法。FCB机组具有快速甩负荷特性，电网系统解列后，对于发电功率冗余的孤岛，可以利用FCB机组的特性使其只带厂用电工作。通过使FCB机组处于FCB运行状态进行快速甩负荷操作，并调整非FCB机组出力，使孤岛系统在不切发电机的情况下达到功率供需平衡。当电力系统扰动消除后，FCB机组可以立即投入电网运行。

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 (8)

1.一种基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对电网系统解列出的孤岛内的负荷量进行测量；

获取孤岛内非FCB发电机组的最小出力；

根据所述负荷量和所述非FCB发电机组的最小出力，在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态；其中，当所述FCB发电机组进入FCB状态时，其为孤岛提供的发电功率为零；

调整孤岛内非FCB发电机组的出力，使孤岛内的发电功率与负荷需求平衡。

2.根据权利要求1所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，在所述获取孤岛内非FCB发电机组的最小出力的步骤中，获取的所述最小出力为最小有功出力。

3.根据权利要求1所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，所述在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态的步骤之前，包括以下步骤：

获取孤岛内FCB发电机组的数量。

4.根据权利要求3所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，所述在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态的步骤之前，包括以下步骤：

根据所述负荷量、所述非FCB发电机组的最小出力和所述FCB发电机组的数量，确定需要进入FCB状态的FCB发电机组数量。

5.根据权利要求1所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，所述在孤岛内选取相应的FCB发电机组，并使其进入FCB状态的步骤之前，包括以下步骤：

获取孤岛内非FCB发电机组在孤岛形成前的有功出力。

6.根据权利要求5所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，所述调整孤岛内非FCB发电机组的出力的步骤，包括以下步骤：

根据非FCB发电机组在孤岛形成前的有功出力，建立以非FCB发电机组出力的总调节量最小为目标的目标函数模型，其中，所述目标函数模型为：

$\begin{array}{cc}\min & \underset{j\∈{\mathrm{\Θ}}_{G\left(K\right)}}{\mathrm{\Σ}}(P_j-P_{j\left(S\right)})\end{array}$

s.t.PF(P_G(K)，Q_G(K)，P_L(K)，QL_(K))＝0

$\underset{\‾}{P_{G\left(K\right)}}\≤P_{G\left(K\right)}\≤\stackrel{\‾}{P_{G\left(K\right)}}$

$\underset{\‾}{V_{B\left(K\right)}}\≤V_{B\left(K\right)}\≤\stackrel{\‾}{V_{B\left(K\right)}}$

$\underset{\‾}{P_{L\left(K\right)}}\≤P_{L\left(K\right)}\≤\stackrel{\‾}{P_{L\left(K\right)}}$

其中，Θ_G(K)为孤岛K内非FCB发电机组的集合，P_j为孤岛形成前的有功出力，P_j(K)为孤岛形成后非FCB发电机组的出力，PF(·)为潮流方程，P_G(K)，Q_G(K)，P_L(K)，Q_L(K)分别为孤岛内发电机有功无功出力以及负荷有功和无功消耗向量，P _G(K) 、为发电机的有功上下限，V_B(K)为节点电压，V _B(K) 、为节点电压的上下限，P_L(K)为线路容量，P _L(K) 、为线路容量的上下限约束；

根据建立的所述目标函数模型，调整非FCB发电机组的出力。

7.根据权利要求6所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，所述根据建立的所述目标函数模型，调整非FCB发电机组的出力的步骤，包括以下步骤：

对建立的所述目标函数模型进行求解；

根据所述求解结果，调整非FCB发电机组的出力。

8.根据权利要求7所述的基于FCB机组的孤岛控制方法，其特征在于，所述对建立的所述目标函数模型进行求解的步骤，包括以下步骤：

通过构造拉格朗日函数对所述目标函数模型进行求解。