CN104897956B - 一种在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法。本发明基于接入电网运行的单相或三相电力电子逆变器为调节对象，首先，根据逆变器当前的输出有功功率，设定输出有功功率的一定比例作为突变量，并利用此突变量调节逆变器的输出有功功率突变；其次，通过多次同步测量逆变器出口的有功功率和频率值，形成有功功率和频率的两个测量列；然后，通过数据处理，计算确定有功功率与频率动特性系数、有功功率与频率静特性系数和相应设定条件下的最大频率偏移值。本方法利用逆变器能够快速调节输出功率的特性，主动产生设定的输出有功功率突变，而不需要切合电网负荷，因而可以实现在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数。

Description

一种在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法

技术领域

本发明涉及电网运行参数的在线检测技术领域，更具体地说，涉及一种在线主动测量所接入电网的有功功率与频率的动特性与静特性系数的测量方法。

背景技术

随着智能电网的建设需要，柔性直流输配电技术被广泛应用于电网，特别是分布式能源发电通过电力电子逆变装置接入电网中，电网的运行保护与调度需要在线主动识别电网的有功功率与频率特性系数，从而为电网的并网或孤网运行、并网与孤网运行模式的转换提供重要的电网运行参数，而且，可灵活控制的电力电子逆变装置为在线主动测量所接入电网的有功功率与频率的动特性与静特性系数提供了技术的可行性。

电网的有功功率与频率特性系数是运行保护与调度的重要参数，为保证分布式能源发电可实现即插即用方式接入电网，更迫切需要在线主动识别所接入电网的有功功率与频率特性系数，达到协调各电源之间的优化运行，也为电网频率的稳定控制提供准确的运行参数。传统的有功功率与频率特性系数测量方法，由于发电机均具有转子惯量而不能提供其输出有功功率的突变，只能通过切合电网中的负荷来产生有功功率的突变量，因而希望精确在线控制负荷来进行测量该系数不现实。然而，分布式能源发电通过电力电子逆变装置接入电网中，由于电力电子逆变器是通过电子信号控制电力器件的导通或关断，没有旋转机械部件，可以被看作没有惯量的发电机，因而能够产生突变的有功功率输出，为本测量方法提供了可行性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法，该方法基于与电网连接的电力电子逆变装置，具体包括如下步骤：

(1)测量逆变器出口的有功功率即功率P₀和频率f₀；

(2)根据逆变器功率P₀与额定功率P_n，设定功率的变化量ΔP、测量总次数2M，且满足0<P₀+M*ΔP≤P_n；并初始化测量计数i＝1；

(3)给定逆变器的突变量为i*ΔP，调节逆变器的输出功率为P_i＝P₀+i*ΔP；

(4)按设定的时间间隔与测量点数，多次同步测量逆变器出口的有功功率P和频率f；

(5)计算在(3)～(4)设定条件下的功率与频率动特性系数、静特性系数和最大频率偏移值Δf_max1i；

(6)给定逆变器的突变量为-i*ΔP，调节逆变器的输出功率为P₀；

(7)按设定的时间间隔与测量点数，多次同步测量逆变器出口的有功功率P和频率f；

(8)计算(6)～(7)设定条件下的功率与频率动特性系数、静特性系数和最大频率偏移值Δf_max2i；

(9)判断最大频率偏移值Δf_max＝max{|Δf_max1i|,|Δf_max2i|}是否大于预设的定值f_set：如果大于f_set，则转至步骤(11)。

(10)判断测量计数i是否小于M：如果i<M，则使i值加1，转至步骤(3)，继续测量；否则，转至步骤(11)。

(11)计算2i次测量的功率与频率动特性系数、静特性系数的平均值与标准偏差，输出测量结果；测量结束。

本发明能在线主动测量有功功率与频率动特性系数、有功功率与频率静特性系数、最大频率偏移值等参数，采用多次同步测量电力电子逆变器交流出口得到两个测量列：有功功率测量列和频率测量列。本方法的测量条件设定特征为：有功功率的变化量是基于当前电力电子逆变器交流出口输出功率的一定比例，且有功功率变化量采用一正一负的变化量作为一对设定的测量条件。本发明可以同步完成有功功率与频率动特性系数、有功功率与频率静特性系数的测量，也可以单独完成其中的任一项。本发明还可以得到各个设定测量条件下的最大频率偏移值。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

该测量方法正是利用电力电子逆变器可以突变调节其有功功率的输出，为分布式电源接入电网的即插即用功能提供技术支撑。在分布式电源接入电网系统后，或在孤网运行时，本测量方法可在线主动产生设定的有功功率突变量，然后测量逆变器接入点电网的频率响应，利用测量所得的频率测量列，实现有功功率与频率动特性系数、有功功率与频率静特性系数和相应设定条件下的最大频率偏移值。本测量方法具有在线主动识别电网运行参数的特点，能够在线及时、准确获取电网的有功功率与频率特性系数，为电网中分布式电源之间的可靠协调运行与频率稳定控制提供重要的运行参数，从而为分布式电源实现即插即用功能提供识别接入电网的有功功率与频率特性系数的方法，具有广阔的应用前景，但至今还未有个人或单位提出相应的在线主动测量方法。

附图说明

图1是本发明实例中在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术实现和理解的。

本测量方法是基于单相或三相电力电子逆变器(以下简称为逆变器)为调节对象，首先，根据逆变器交流出口当前的输出有功功率，设定一定比例的有功功率突变量调节逆变器的输出有功功率；其次，通过多次同步测量逆变器交流出口的有功功率和频率值；然后，计算确定有功功率与频率动特性系数(以下简称动特性系数)、有功功率与频率静特性系数(以下简称静特性系数)和相应设定条件下的最大频率偏移值。

本测量方法的流程框图如图1所示。本测量方法给出一个详细实现案例，但本方法不仅限于此案例，其详细步骤如下：

本案例开始测量前，电力电子逆变器已接入电网且处于稳定工作状态，向电网输出功率在逆变器的额定功率P_n以内。

第一步，测量逆变器交流出口的有功功率即功率为P₀和频率为f₀。

第二步，设定功率的变化量ΔP与测量总次数最大值2M，通常|ΔP|＝0.05*P₀，且满足0<P₀+M*ΔP≤P_n；本案例取M＝3；并初始化测量计数i＝1。

第三步，设定逆变器的突变量为i*ΔP，调节逆变器的输出功率突变为P_i＝P₀+i*ΔP，本设定条件记为1i条件。

第四步，按设定的时间间隔和测量点数，多次同步测量逆变器交流出口的有功功率P和频率f：本测量方法既可采用等时间间隔测量，也可采用变时间间隔测量。为方便叙述，本案例采用等时间间隔测量，考虑到我国交流电网的额定频率为50Hz，测量点的时间间隔取为40ms，并设定测量点数N＝500个。于是，经过测量可得到两个测量列：功率测量列PN＝{P₀,P₁,P₂,……,P₅₀₀}，频率测量列F＝{f₀,f₁,f₂,……,f₅₀₀}。

第五步，计算本设定条件下的动特性系数、静特性系数和最大频率偏移值Δf_max1i：

1.动特性系数K_d1i计算过程为：(1)在功率测量列PN中，从P₁开始顺序与P_i比较，确定第D个功率值P_D满足|P_D-P_i|≤K_P*|i*ΔP|，K_P可选取[0.02,0.2]之间的数值，一般取K_P＝0.04；(2)计算f_d1i＝(f_D+f_D+1)/2；(3)计算K_d1i＝-i*ΔP/(f_d1i-f₀)。

2.静特性系数K_s1i计算过程为：(1)从某一时刻T起，如T＝250测量点，计算{f_T,f_T+1,…,f_T+L-1}的平均值f_s1＝(f_T+f_T+1+…+f_T+L-1)/L，L可取大于或等于10以上的整数，如10、16、20、32、40等整数，为叙述方便，本案例取L＝16；(2)计算{f_T,f_T+1,…,f_T+L-1}的标准偏差又令S＝T+L；(3)从第S测量点起，计算{f_S,f_S+1,…,f_S+L-1}的平均值f_s2＝(f_S+f_S+1+…+f_S+L-1)/L；(4)计算{f_S,f_S+1,…,f_S+L-1}的标准偏差(5)计算若且N-S≥2L，则令f_s1＝f_s2、σ₁＝σ₂和S＝S+L，转至第(3)步，重新计算f_s2；(6)计算K_s1i＝-i*ΔP/(f_s2-f₀)。

3.最大频率偏移值Δf_max1i：在测量列F中通过比较找出最大的f_J＝max{|f₁-f₀|,|f₂-f₀|,……,|f₅₀₀-f₀|}，则计算得Δf_maxqi＝(f_J-1+f_J+f_J+1)/3-f_D。

4.第六步，给定逆变器的突变量为-i*ΔP，调节逆变器的输出功率突变为P₀＝P_i-i*ΔP，本设定条件记为2i条件。

第七步，重复第四步的测量，得到本设定条件下的两个测量列。

第八步，重复第五步的处理，在功率测量列PN中，从P₁开始顺序与P₀比较，确定第D个功率值P_D满足|P_D-P₀|≤K_P*|i*ΔP|，得到本设定条件下的动特性系数K_d2i＝i*ΔP/(f_d2i-f₀)，静特性系数K_s2i＝i*ΔP/(f_s2-f₀)和最大频率偏移值Δf_max2i。

第九步，取两次最大频率偏移值Δf_max＝max{|Δf_max1i|,|Δf_max2i|}，判断Δf_max是否大于预设的定值f_set：如果Δf_max>f_set，则转至步骤第十一步。判断值取值为f_set＝k_set*|Δf_B|，其中：Δf_B为国家标准允许B类电网(系统容量在3000MW以下的电网系统)频率偏差为±0.5Hz；k为设定阈值的系数，可取[0.1,1.0]之间的数值。本案例中取k_set＝0.6，则f_set＝0.3Hz。

第十步，判断测量计数i是否小于M：如果i<M，则i＝i+1，转至步骤第三步，继续测量；否则，转至步骤第十一步。

第十一步，计算2i次测量的动特性系数、静特性系数的平均值与标准偏差，输出测量结果。以下计算中，记测量的总次数为2W＝2i。

1.动特性系数平均值计算为：

2.静特性系数平均值计算为：

3.输出测量结果：有功功率P₀，频率f₀，测量的总次数2W，功率的变化量ΔP，动特性系数平均值静特性系数平均值动特性系数平均值的标准偏差σ_d，静特性系数平均值的标准偏差σ_s，每次设定测量条件下的最大频率偏移值Δf_max1i、Δf_max2i等。

4.测量结束。

Claims (1)

1.一种在线主动测量电网的有功功率与频率特性系数的方法，该方法基于与电网连接的电力电子逆变装置，其特征在于包括如下步骤：

(1)测量逆变器交流出口的有功功率即功率P₀和频率f₀；

(2)根据逆变器功率P₀与额定功率P_n，设定功率的变化量ΔP、测量总次数最大值2M，且满足0<P₀+M*ΔP≤P_n；并初始化测量计数i＝1；

(3)给定逆变器的突变量为i*ΔP，调节逆变器的输出功率突变为P_i＝P₀+i*ΔP；

(4)按设定的时间间隔与测量点数，多次同步测量逆变器出口的有功功率P和频率f；

(5)计算在(3)～(4)设定条件下的功率与频率动特性系数、功率与频率静特性系数和最大频率偏移值Δf_max1i；

(6)给定逆变器的突变量为‐i*ΔP，调节逆变器的输出功率为P₀；

(7)按设定的时间间隔与测量点数，多次同步测量逆变器出口的有功功率P和频率f；

(8)计算(6)～(7)设定条件下的功率与频率动特性系数、功率与频率静特性系数和最大频率偏移值Δf_max2i；

(9)判断最大频率偏移值Δf_max＝max{|Δf_max1i|,|Δf_max2i|}是否大于预设的定值f_set：如果大于f_set，则转至步骤(11)；

(10)判断测量计数i是否小于M：如果i<M，则使i值加1，转至步骤(3)，继续测量；否则，转至步骤(11)；

(11)计算2i次测量的功率与频率动特性系数以及功率与频率静特性系数的平均值与标准偏差，输出测量结果；测量结束。