CN104268332B - 一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，基于互联系统的频率特性、拓扑结构、功率平衡等特点，确定高频切机的基本配置原则，再构建单机单负荷模型，对最佳切机频段、最小切机容量、切机轮次、切机延时、各切机轮次切机比例等参数进行详细配置，具有适应性强、考虑因素全面、方案合理等优点。

Description

一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法

技术领域

本发明涉及一种配制方法，具体涉及一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法。

背景技术

目前，我国仍维持特高压交流互联电网格局，而大型区域互联电力系统的频率稳定性一直倍受关注，特别是在特高压交流联络线解列后，对区域电网频率稳定性的影响，有时更需借助频率紧急控制和第三道防线才能维持系统频率稳定。

大型互联系统频率特性的研究主要从负荷模型和机组一次调频两个角度开展。对于大型互联区域电网的低频减载方案，许多学者已经进行了大量的研究。目前，国内对高频切机方案的工程实用化研究仍处于起步阶段，各研究机构更多的关注送端电网，例如地区电网或省级电网。但是，随着大型电源的开发，特高压直流投运等因素，区域互联电网已经具有明显的功率外送特征，一旦发生严重故障导致区域互联电网解列，极有可能面临高频问题，甚至引起汽轮机超速保护动作。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，基于互联系统的频率特性、拓扑结构、功率平衡等特点，确定高频切机的基本配置原则，再构建单机单负荷模型，对最佳切机频段、最小切机容量、切机轮次、切机延时、各切机轮次切机比例等参数进行详细配置，具有适应性强、考虑因素全面、方案合理等优点。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据区域互联电网的网架结构，建立区域互联电网仿真数据模型，通过分析区域互联电网拓扑结构和潮流分布，确定高频切机仿真配置故障集；

步骤2：根据区域互联电网的频率特性，确定区域互联电网高频切机的仿真配置原则；

步骤3：建立单机单负荷模型，并验证单机单负荷模型的可用性；

步骤4：确定适合区域互联电网频率特性的最终高频切机配置策略。

所述步骤1中，采用以下分析方法对区域互联电网拓扑结构和潮流分布进行分析；

(1)分析区域互联电网整体出现高频现象风险的故障，即联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障；

(2)分析区域互联电网内部各省级电网出现高频现象风险的故障，即孤网运行故障。

高频切机仿真配置故障集中的故障包括括联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障和孤网运行故障。

所述步骤2中，仿真配置原则包括以下原则：

原则一：区域互联电网出现高频现象时，频率控制的边界条件根据《电网运行准则》(DL/T10402007)制定；若区域互联电网中含有火力发电机组，则使区域互联电网最高频率不超过51.5Hz，且火力发电机组超速保护控制装置不动作；

原则二：若区域互联电网已有高频切机配置策略，则先对其适应性进行分析，若存在不适应性的情况，在已有高频切机配置策略的基础上采用最终高频切机配置策略；

原则三：若区域互联电网正常运行方式下发电容量不能满足负荷需求，且需要外受功率满足负荷需求，暂不考虑此类区域互联电网配置高频切机；

原则四：若区域互联电网配有低频减载装置，高频切机动作后，低频减载装置不动作；

原则五：若区域互联电网存在大容量直流送出情况，直流换相失败过程中和直流再启动成功后，高频切机不动作；

原则六：高频切机应在区域互联电网维持功角稳定运行前提下动作，若区域互联电网存在因直流闭锁导致暂态功角失稳情况，则不在高频切机防范范围；

原则七：若区域互联电网高频现象由直流闭锁故障而引起，则考虑优先切除直流闭锁故障近端的发电机组。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：建立单机单负荷模型，从高频切机仿真配置故障集中选择故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到单机单负荷模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域仿真解Δf_max1、Δf_∞1；

步骤3-2：基于区域互联电网仿真数据模型，从高频切机仿真配置故障集中选择与步骤3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差时域仿真解Δf_max2、Δf_∞2；

步骤3-3：基于区域互联电网频率动态特性，确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域解析解Δf_max、Δf_∞；

步骤3-4：若Δf_max1＝Δf_max2＝Δf_max和Δf_∞1＝Δf_∞2＝Δf_∞都满足，则可表明单机单负荷模型具有可用性。

所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：确定有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程；

步骤3-3-2：采用频域法确定区域互联电网中发电机的转速差值标幺值；

步骤3-3-3：确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域解析解Δf_max、Δf_∞。

所述步骤3-3-1中，区域互联电网中发电机转子运行方程如下：

其中，J为发电机的转动惯量；ω为同步角速度；T_m为机械转矩；T_e为电磁转矩；P_m为发电机机械功率；P_e为发电机电磁功率；P_L为负荷电功率；不考虑有功网损时，有P_e≈P_L，于是式(1)表示为：

不考虑发电机组备用容量的情况下，P_m保持为恒定值P_m0；认定母线电压不变，P_L可表示为其中P_L0为负荷电功率初始值，K_L为负荷的频率调节系数，于是式(2)表示为：

令故障瞬间发电机的同步角速度为ω₀，同步角速度差值为Δω，机械转矩差值为ΔT_m，电磁转矩差值为ΔT_e，于是ω＝ω₀+Δω，T_m＝T_m0+ΔT_m，T_e＝T_e0+ΔT_e，取惯性常数M＝Jω₀，则有：

根据式(1)、(4)和(5)有：

令ΔP_m/P_m0为发电机机械功率增量标么值，Δω/ω₀为发电机同步角速度增量标么值，于是，一阶惯性传递函数β(t)表示为：

其中，R为调差系数，T为调速器动作时间常数；

于是，有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程表示为：

所述步骤3-3-2中，发电机综合调速特性用ΔP_e(S)表示，且有其中M为惯性常数，S为运算子符号；考虑到阻尼作用和一阶惯性延时环节，有：

其中，R为调差系数，T为调速器动作时间常数，D_T为阻尼系数；

由式(9)可得：

设发电机发电出力过剩标么值为K，且有ΔP_e＝K/S，于是可得：

令中间量于是同步角速度差值标幺值Δω(t)表示为：

所述步骤3-3-3中，区域互联电网仿真数据模型稳态频率有名值Δf(t)表示为：

根据Δf(t)即可得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差Δf_max；且对Δf(t)求极值，可知Δf(t)取Δf_max时的t_max满足下式：

其中，k为正整数；

由式(13)可得稳态频率偏差Δf_∞为：

所述步骤4中，确定配置参数，并根据不同配置参数的组合结果进行对比，最终确定满足高频切机对区域互联电网不同运行工况和故障形式的配置参数，完成高频切机配置。

所述配置参数包括切机动作延时、切机频率定值和各轮次切机量；

通过经验确定切机动作延时，取0.2～0.3秒；

通过最佳切机频段确定切机频率定值；

通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量。

通过最佳切机频段确定切机频率定值过程中，最佳切机频段的确定通过以下步骤：

(1)基于单机单负荷模型，模拟孤网运行故障，区域互联电网频率变化率分为以下阶段：

第一阶段：频率上升速率较快阶段，区域互联电网的频率范围为50～50.5Hz；

第二阶段：频率上升速率减慢阶段，区域互联电网的频率范围为50.5～51Hz；

第三阶段：频率上升速率较慢阶段，区域互联电网的频率范围为51.0～51.3Hz；

第四阶段：频率上升速率最慢阶段，区域互联电网的频率范围为51.3～51.7Hz；

(2)确定频率上升速率减慢阶段为最佳切机频段。

通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量的过程中，最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例分别按照以下方式确定：

(1)最小切机容量的确定：基于区域互联电网的拓扑结构分析，提高高频切机配置策略的适应性，以区域互联电网可能出现的最严重功率盈余比例为基础，应用单机单负荷模型，分析不同切机频率定值时，即可确定频率恢复要求的最小切机容量；

(2)切机轮次和各轮次切机比例的确定：根据确定的最小切机容量作为总切机量，将高频切机的动作轮次及各轮次的切机量，分为以下方式进行校核分析：

方式一：第1轮切60％，第2轮切20％，第3轮切10％，第4轮切10％；

方式二：第1轮切50％，第2轮切30％，第3轮切10％，第4轮切10％；

方式三：第1轮切40％，第2轮切20％，第3轮切20％，第4轮切20％；

方式四：第1轮切50％，第2轮切30％，第3轮切20％。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.本发明所提的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法可以充分考虑到大区互联电网的频率特性，基于目标电网的拓扑结构分析，构建单机模型提高配置效率，仿真配置方法适用于目标电网交直流混联结构引起的高频切机问题等；

2.本发明所提方法首次推导了电力系统发生功率扰动后频率变化过程的时域解析解，准确把握了频率变化过程最高频率和稳态频率特性；

3.首次提出了大区互联电网配置高频切机的系统性方法，这有利于快速确定目标电网频率特性，对于指导制定合理的高频切机策略，保证电网的安全稳定运行意义重大。

附图说明

图1是本发明实施例中基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法流程图；

图2是本发明实施例中单机单负荷模型示意图；

图3是本发明实施例中单机单负荷模型仿真解与单机单负荷模型解析解频率曲线对比图；

图4是本发明实施例中单机单负荷模型与区域互联电网仿真数据模型频率变化曲线对比图；

图5是本发明实施例中单机单负荷模型频率变化过程曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据区域互联电网的网架结构，建立区域互联电网仿真数据模型，通过分析区域互联电网拓扑结构和潮流分布，确定高频切机仿真配置故障集；

步骤2：根据区域互联电网的频率特性，确定区域互联电网高频切机的仿真配置原则；

步骤3：建立单机单负荷模型，并验证单机单负荷模型的可用性；

步骤4：确定适合区域互联电网频率特性的最终高频切机配置策略。

所述步骤1中，采用以下分析方法对区域互联电网拓扑结构和潮流分布进行分析；

(1)分析区域互联电网整体出现高频现象风险的故障，即联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障；

(2)分析区域互联电网内部各省级电网出现高频现象风险的故障，即孤网运行故障。

高频切机仿真配置故障集中的故障包括括联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障和孤网运行故障。

所述步骤2中，仿真配置原则包括以下原则：

原则一：区域互联电网出现高频现象时，频率控制的边界条件根据《电网运行准则》(DL/T10402007)制定；若区域互联电网中含有火力发电机组，则使区域互联电网最高频率不超过51.5Hz，且火力发电机组超速保护控制装置不动作；

原则二：若区域互联电网已有高频切机配置策略，则先对其适应性进行分析，若存在不适应性的情况，在已有高频切机配置策略的基础上采用最终高频切机配置策略；

原则三：若区域互联电网正常运行方式下发电容量不能满足负荷需求，且需要外受功率满足负荷需求，暂不考虑此类区域互联电网配置高频切机；

原则四：若区域互联电网配有低频减载装置，高频切机动作后，低频减载装置不动作；

原则五：若区域互联电网存在大容量直流送出情况，直流换相失败过程中和直流再启动成功后，高频切机不动作；

原则六：高频切机应在区域互联电网维持功角稳定运行前提下动作，若区域互联电网存在因直流闭锁导致暂态功角失稳情况，则不在高频切机防范范围；

原则七：若区域互联电网高频现象由直流闭锁故障而引起，则考虑优先切除直流闭锁故障近端的发电机组。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：建立单机单负荷模型(如图1)，从高频切机仿真配置故障集中选择故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到单机单负荷模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域仿真解Δf_max1、Δf_∞1；

步骤3-2：基于区域互联电网仿真数据模型，从高频切机仿真配置故障集中选择与步骤3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差时域仿真解Δf_max2、Δf_∞2；

步骤3-3：基于区域互联电网频率动态特性，确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域解析解Δf_max、Δf_∞；

所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：确定有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程；

区域互联电网中发电机转子运行方程如下：

其中，J为发电机的转动惯量；ω为同步角速度；T_m为机械转矩；T_e为电磁转矩；P_m为发电机机械功率；P_e为发电机电磁功率；P_L为负荷电功率；不考虑有功网损时，有P_e≈P_L，于是式(1)表示为：

不考虑发电机组备用容量的情况下，P_m保持为恒定值P_m0；负荷电功率是母线电压的函数也是系统频率的函数，但很难估计系统电压变化对全系统负荷功率变化的综合影响，所以简化计算中，认定母线电压不变，P_L可表示为其中P_L0为负荷电功率初始值，K_L为负荷的频率调节系数，于是式(2)表示为：

令故障瞬间发电机的同步角速度为ω₀，同步角速度差值为Δω，机械转矩差值为ΔT_m，电磁转矩差值为ΔT_e，于是ω＝ω₀+Δω，T_m＝T_m0+ΔT_m，T_e＝T_e0+ΔT_e，取惯性常数M＝Jω₀，则有：

根据式(1)、(4)和(5)有：

令ΔP_m/P_m0为发电机机械功率增量标么值，Δω/ω₀为发电机同步角速度增量标么值，于是，一阶惯性传递函数β(t)表示为：

其中，R为调差系数，T为调速器动作时间常数；

于是，有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程表示为：

步骤3-3-2：采用频域法确定区域互联电网中发电机的转速差值标幺值；

发电机综合调速特性用ΔP_e(S)表示，且有其中M为惯性常数，S为运算子符号；考虑到阻尼作用和一阶惯性延时环节，有：

其中，R为调差系数，T为调速器动作时间常数，D_T为阻尼系数；

由式(9)可得：

设发电机发电出力过剩标么值为K，且有ΔP_e＝K/S，于是可得：

令中间量于是同步角速度差值标幺值Δω(t)表示为：

步骤3-3-3：确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域解析解Δf_max、Δf_∞；

区域互联电网仿真数据模型稳态频率有名值Δf(t)表示为：

根据Δf(t)即可得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差Δf_max；且对Δf(t)求极值，可知Δf(t)取Δf_max时的t_max满足下式：

其中，k为正整数；

由式(13)可得稳态频率偏差Δf_∞为：

步骤3-4：若Δf_max1＝Δf_max2＝Δf_max和Δf_∞1＝Δf_∞2＝Δf_∞都满足，则可表明单机单负荷模型具有可用性。

验证单机单负荷模型的可用性分为两步，第一步将单机单负荷模型时域仿真解与单机单负荷模型时域解析解进行比对，频率偏差曲线如图3所示。

第二步将单机单负荷仿真解与实际电网仿真解比对系统频率变化，计算结果见图4所示。可见，单机单负荷模型最高频率、最低频率、稳态频率与单机单负荷模型和区域互联电网仿真数据模型基本一致，可以认为单机单负荷模型具有仿真的可信性，可将其用于目标电网高频切机方案配置研究。

所述步骤4中，确定配置参数，并根据不同配置参数的组合结果进行对比，最终确定满足高频切机对区域互联电网不同运行工况和故障形式的配置参数，完成高频切机配置。

所述配置参数包括切机动作延时、切机频率定值和各轮次切机量；

通过经验确定切机动作延时，取0.2～0.3秒；

通过最佳切机频段确定切机频率定值；

通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量。

通过最佳切机频段确定切机频率定值过程中，最佳切机频段的确定通过以下步骤：

(1)基于单机单负荷模型，模拟孤网运行故障，仿真分析以功率盈余25％方式为例，系统频率超过51.5Hz的过程中，区域互联电网频率变化率分为以下阶段(如图5)：

第一阶段：频率上升速率较快阶段，区域互联电网的频率范围为50～50.5Hz，频率变化率为0.0238Hz/周波；

第二阶段：频率上升速率减慢阶段，区域互联电网的频率范围为50.5～51Hz，频率变化率为0.0185Hz/周波；

第三阶段：频率上升速率较慢阶段，区域互联电网的频率范围为51.0～51.3Hz，频率变化率为0.0143Hz/周波；

第四阶段：频率上升速率最慢阶段，区域互联电网的频率范围为51.3～51.7Hz，频率变化率为0.0074Hz/周波；

(2)上述四个阶段中，各阶段频率变化率可近似为恒定值，很明显频率上升很快阶段(第一阶段)切除机组，对于削弱系统加速能量最有效，但通常情况下，第一阶段不配置切除机组是因为避免故障扰动导致频率波动而误切机组；确定频率上升速率减慢阶段为最佳切机频段也可达到较好的抑制频率升高效果。

通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量的过程中，最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例分别按照以下方式确定：

(1)最小切机容量的确定：

基于区域互联电网的拓扑结构分析，提高高频切机配置策略的适应性，以区域互联电网可能出现的最严重功率盈余比例为基础，应用单机单负荷模型，分析不同切机频率定值时，即可确定频率恢复要求的最小切机容量；

考虑到实际区域互联电网均采用多轮次的切机动作，通常切机量要比单机单负荷模型确定的最少切机量要多，因此实际配置切机容量时要考虑一定裕度。

(2)切机轮次和各轮次切机比例的确定：

根据切机频段选择研究的结论，高频切机的第一轮次的频率定值不宜设置在频率上升很快阶段(第一阶段)，而末轮动作定值根据频率上升速率，以及避免火电机组超速保护动作，控制最高频率不超过51.5Hz的原则，可考虑各切机轮次的频率间隔为0.2～0.3Hz，再根据确定的最小切机容量作为总切机量，将高频切机的动作轮次及各轮次的切机量，分为以下方式进行校核分析：

方式一：第1轮切60％，第2轮切20％，第3轮切10％，第4轮切10％；

方式二：第1轮切50％，第2轮切30％，第3轮切10％，第4轮切10％；

方式三：第1轮切40％，第2轮切20％，第3轮切20％，第4轮切20％；

方式四：第1轮切50％，第2轮切30％，第3轮切20％。

仿真结果可支持，加大第一轮次的切机量有利于减小频率波动，加快频率恢复；但第一轮次切机量较大有可能引起低周动作，所以综合考虑前两轮切除比例设置较高为合适。

本发明提出的区域互联电网高频切机的仿真配置方法，全面计及了区域互联电网的频率动态特性，准确把握互联电网发生功率不平衡过程中的最高频率和稳态频率特性，快速分析高频切机的各项参数，并提出相应的配置方案，有利于保证区域互联电网的频率稳定性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据区域互联电网的网架结构，建立区域互联电网仿真数据模型，通过分析区域互联电网拓扑结构和潮流分布，确定高频切机仿真配置故障集；

步骤2：根据区域互联电网的频率特性，确定区域互联电网高频切机的仿真配置原则；

步骤3：建立单机单负荷模型，并验证单机单负荷模型的可用性；

步骤4：确定适合区域互联电网频率特性的最终高频切机配置策略；

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：建立单机单负荷模型，从高频切机仿真配置故障集中选择故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到单机单负荷模型最大频率偏差的时域仿真解Δf_max1和单机单负荷模型稳态频率偏差的时域仿真解Δf_∞1；

步骤3-2：基于区域互联电网仿真数据模型，从高频切机仿真配置故障集中选择与步骤3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差的时域仿真解Δf_max2和区域互联电网仿真数据模型稳态频率偏差的时域仿真解Δf_∞2；

步骤3-3：基于区域互联电网频率动态特性，确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差的时域解析解Δf_max和区域互联电网仿真数据模型稳态频率偏差的时域解析解Δf_∞；

步骤3-4：若Δf_max1＝Δf_max2＝Δf_max和Δf_∞1＝Δf_∞2＝Δf_∞都满足，则可表明单机单负荷模型具有可用性。

2.根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤1中，采用以下分析方法对区域互联电网拓扑结构和潮流分布进行分析；

(1)分析区域互联电网整体出现高频现象风险的故障，即联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障；

(2)分析区域互联电网内部各省级电网出现高频现象风险的故障，即孤网运行故障。

3.根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：高频切机仿真配置故障集中的故障包括联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障和孤网运行故障。

4.根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤2中，仿真配置原则包括以下原则：

原则一：区域互联电网出现高频现象时，频率控制的边界条件根据《电网运行准则》制定；若区域互联电网中含有火力发电机组，则使区域互联电网最高频率不超过51.5Hz，且火力发电机组超速保护控制装置不动作；

原则二：若区域互联电网已有高频切机配置策略，则先对其适应性进行分析，若存在不适应性的情况，在已有高频切机配置策略的基础上采用最终高频切机配置策略；

原则三：若区域互联电网正常运行方式下发电容量不能满足负荷需求，且需要外受功率满足负荷需求，暂不考虑此类区域互联电网配置高频切机；

原则四：若区域互联电网配有低频减载装置，高频切机动作后，低频减载装置不动作；

原则五：若区域互联电网存在大容量直流送出情况，直流换相失败过程中和直流再启动成功后，高频切机不动作；

原则六：高频切机应在区域互联电网维持功角稳定运行前提下动作，若区域互联电网存在因直流闭锁导致暂态功角失稳情况，则不在高频切机防范范围；

原则七：若区域互联电网高频现象由直流闭锁故障而引起，则考虑优先切除直流闭锁故障近端的发电机组。

5.根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：确定有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程；

步骤3-3-2：采用频域法确定区域互联电网中发电机的转速差值标幺值；

步骤3-3-3：确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域解析解Δf_max、Δf_∞。

6.根据权利要求5所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-3-1中，区域互联电网中发电机转子运行方程如下：

$J\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=T_m-T_e=\frac{P_m}{\mathrm{\ω}}-\frac{P_e}{\mathrm{\ω}}---\left(1\right)$

其中，J为发电机的转动惯量；ω为同步角速度；T_m为机械转矩；T_e为电磁转矩；P_m为发电机机械功率；P_e为发电机电磁功率；P_L为负荷电功率；不考虑有功网损时，有P_e≈P_L，于是式(1)表示为：

$J\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=T_m-T_e=\frac{P_m}{\mathrm{\ω}}-\frac{P_e}{\mathrm{\ω}}\≈\frac{P_m}{\mathrm{\ω}}-\frac{P_L}{\mathrm{\ω}}---\left(2\right)$

不考虑发电机组备用容量的情况下，P_m保持为恒定值P_m0；认定母线电压不变，P_L可表示为其中P_L0为负荷电功率初始值，K_L为负荷的频率调节系数，于是式(2)表示为：

$J\frac{d\mathrm{\ω}}{dt}=\frac{P_m}{\mathrm{\ω}}-\frac{P_{L0}}{{\left(2\mathrm{\π}\right)}^{K_L}}{\mathrm{\ω}}^{K_L-1}---\left(3\right)$

令故障瞬间发电机的同步角速度为ω₀，同步角速度差值为Δω，机械转矩差值为ΔT_m，电磁转矩差值为ΔT_e，于是ω＝ω₀+Δω，T_m＝T_m0+ΔT_m，T_e＝T_e0+ΔT_e，取惯性常数M＝Jω₀，则有：

$T_m=T_{m0}+{\mathrm{\ΔT}}_m=\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\frac{{\mathrm{dT}}_m}{d\mathrm{\ω}}{|}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0}\·\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}=\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}-\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}.\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(4\right)$

$T_e=T_{e0}+{\mathrm{\ΔT}}_e=\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\frac{{\mathrm{dT}}_e}{d\mathrm{\ω}}{|}_{\mathrm{\ω}={\mathrm{\ω}}_0}\·\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}=\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}+(K_L-1)\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}.\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(5\right)$

根据式(1)、(4)和(5)有：

$M\frac{d}{dt}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\[\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}+(K_L-1)\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}\]\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}=\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}-\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(6\right)$

令ΔP_m/P_m0为发电机机械功率增量标么值，Δω/ω₀为发电机同步角速度增量标么值，于是，一阶惯性传递函数β(t)表示为：

$\frac{{\mathrm{\ΔP}}_m}{P_{m0}}=-\frac{1}{R}\mathrm{\β}\left(t\right)\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}=-\frac{1}{R}\·(1-e^{-t/T})\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(7\right)$

其中，R为调差系数，T为调速器动作时间常数；

于是，有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程表示为：

$M\frac{d}{dt}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\[\frac{1}{R}\mathrm{\β}\left(t\right)\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}+\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}+(K_L-1)\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}\]\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_0}=\frac{P_{m0}}{{\mathrm{\ω}}_0}-\frac{P_{L0}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(8\right).$

7.根据权利要求6所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-3-2中，发电机综合调速特性用ΔP_e(S)表示，且有其中M为惯性常数，S为运算子符号；考虑到阻尼作用和一阶惯性延时环节，有：

$\left({\mathrm{\ΔP}}_e\right(S)-D_T\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}(S)-\frac{1/R}{1+TS}\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}(S\left)\right)\·\frac{1}{MS}=\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\left(S\right)---\left(9\right)$

其中，R为调差系数，T为调速器动作时间常数，D_T为阻尼系数；

由式(9)可得：

$\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\left(S\right)}{{\mathrm{\ΔP}}_e\left(S\right)}=\frac{1+TS}{{\mathrm{MTS}}^2+(D_{T}T+M)S+(D_T+1/R)}---\left(10\right)$

设发电机发电出力过剩标么值为K，且有ΔP_e＝K/S，于是可得：

$\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\left(S\right)=\frac{K\left(1+TS\right)}{S\[{\mathrm{MTS}}^2+\left(D_{T}T+M\right)S+\left(D_T+1/R\right)\]}\\ =\frac{K}{D_T+1/R}\[\frac{1}{S}+\frac{-S+\left(\frac{1}{MR}-\frac{1}{T}\right)}{{\left(S+\frac{D_{T}T+M}{2MT}\right)}^2+\[\frac{D_T+1/R}{MT}-\frac{1}{4}{\left(\frac{D_T}{M}+\frac{1}{T}\right)}^2\]}\]\end{array}---\left(11\right)$

令中间量于是同步角速度差值标幺值Δω(t)表示为：

$\mathrm{\Δ}\mathrm{\ω}\left(t\right)=\frac{K}{D_T+\frac{1}{R}}\[1-(\cos bt-\frac{(a+c)}{b}\sin bt)e^{-at}\]---\left(12\right).$

8.根据权利要求7所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-3-3中，区域互联电网仿真数据模型稳态频率有名值Δf(t)表示为：

$\mathrm{\Δ}f\left(t\right)=\frac{50K}{D_T+\frac{1}{R}}\[1-\sqrt{1+{\left(\frac{a+c}{b}\right)}^2}\cos \left(bt+{\mathrm{tg}}^{-1}\frac{\left(a+c\right)}{b}\right)e^{-at}\]---\left(13\right)$

根据Δf(t)即可得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差Δf_max；且对Δf(t)求极值，可知Δf(t)取Δf_max时的t_max满足下式：

$t_{max}=\frac{{\mathrm{tg}}^{-1}(-\frac{a}{b})-{\mathrm{tg}}^{-1}\left(\frac{a+c}{b}\right)+k\mathrm{\π}}{b}---\left(14\right)$

其中，k为正整数；

由式(13)可得稳态频率偏差Δf_∞为：

${\mathrm{\Δf}}_{\mathrm{\∞}}=\frac{50K}{D_T+\frac{1}{R}}---\left(15\right).$

9.根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述步骤4中，确定配置参数，并根据不同配置参数的组合结果进行对比，最终确定满足高频切机对区域互联电网不同运行工况和故障形式的配置参数，完成高频切机配置。

10.根据权利要求9所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述配置参数包括切机动作延时、切机频率定值和各轮次切机量；

通过经验确定切机动作延时，取0.2～0.3秒；

通过最佳切机频段确定切机频率定值；

通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量。

11.根据权利要求10所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：通过最佳切机频段确定切机频率定值过程中，最佳切机频段的确定通过以下步骤：

(1)基于单机单负荷模型，模拟孤网运行故障，区域互联电网频率变化率分为以下阶段：

第一阶段：区域互联电网的频率范围为50～50.5Hz；

第二阶段：区域互联电网的频率范围为50.5～51Hz；

第三阶段：区域互联电网的频率范围为51.0～51.3Hz；

第四阶段：区域互联电网的频率范围为51.3～51.7Hz；

(2)确定频率上升速率减慢阶段为最佳切机频段。

12.根据权利要求10所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量的过程中，最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例分别按照以下方式确定：

(1)最小切机容量的确定：基于区域互联电网的拓扑结构分析，提高高频切机配置策略的适应性，以区域互联电网可能出现的最严重功率盈余比例为基础，应用单机单负荷模型，分析不同切机频率定值时，即可确定频率恢复要求的最小切机容量；

(2)切机轮次和各轮次切机比例的确定：根据确定的最小切机容量作为总切机量，将高频切机的动作轮次及各轮次的切机量，分为以下方式进行校核分析：

方式一：第1轮切60％，第2轮切20％，第3轮切10％，第4轮切10％；

方式二：第1轮切50％，第2轮切30％，第3轮切10％，第4轮切10％；

方式三：第1轮切40％，第2轮切20％，第3轮切20％，第4轮切20％；

方式四：第1轮切50％，第2轮切30％，第3轮切20％。