CN105356472A - 基于源荷特性的在线频率综合控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种基于源荷特性的在线频率综合控制方法，该方法应用于交直流混联系统中，将自动频率控制策略、紧急发电控制和高压直流功率支援策略和低频减载策略作为子策略，协调地组合于在线频率综合控制策略中。三个子策略相互配合，有针对性解决电力系统中出现的不同严重性的频率下降的事件，主要是根据出现事故的严重程度和各个子策略能解决事故严重程度的能力大于事故严重程度的原则选择出最优的频率控制方案。并且在频率控制的过程中，利用WAMS广域测量系统以及SCADA系统实时监测电力系统各元件的运行信息，实时地反馈于频率控制的方案中，在线地修正控制方案，获得最适合当前事故的频率控制方案。

Description

基于源荷特性的在线频率综合控制方法

技术领域

本发明涉及交直流混联系统的现代电力系统保护与控制领域的低频减载方法，属于现代电力系统保护与控制技术领域，特别涉及一种基于源荷特性的在线频率综合控制方法。

背景技术

国内外对频率稳定控制的研究已有成熟的研究成果，提出了许多相关的方法和技术，为了能保证频率稳定于额定值附近的某个允许范围内，电力系统中稳定控制方法主要有两种：一类是频率自动控制技术，主要用于系统正常运行时，当负荷缓慢变化或突增量较小时可以通过负荷本身的频率静态特性进行控制，也可以投入发电机的热备用容量，控制频率波动使其保持稳定；另外一类是紧急情况下的频率控制，是当系统中出现的有功缺额数值较大时，为了防止系统崩溃而采取一定措施使频率恢复稳定，保证系统的稳定运行。低频减载(underfrequencyloadshedding，UFLS)是其中一种紧急情况下的频率控制方法。UFLS技术的主要用于当电力系统出现的有功缺额数值较大时，可以通过切除部分负荷来控制系统频率，使频率恢复到正常运行的允许范围内，阻止事故的进一步扩大。主要方法是对基本轮和特殊轮各轮启动频率值、各轮减载量和其他的一些参数的整定来达到频率控制的目的。UFLS技术已有了较成熟的发展，主要算法可分为：(1)传统法、(2)半自适应法、(3)自适应法和(4)计算机辅助算法四种。UFLS的研究中主要采用单机带负荷和多机带负荷频率反应模型两种模型。

目前，电力系统中应用较多的UFLS算法主要还是传统法，但面对如今电力系统多元化、复杂化的发展，现有的UFLS的适应性无法满足，并不能很好地解决电力系统出现的各种各样的问题。因此需要提出适应性更强、效果更佳的频率控制方法。而且，目前大部分的UFLS的优化方法都是先设定一个目标函数，以此为判据利用数学优化算法对UFLS整个过程进行多次迭代后选出最优的整定方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，对于交直流混联的电力系统，设计了包括了自动频率控制、紧急发电控制和高压直流功率支援和低频减载的频率在线控制策略。该控制策略的三个子策略相互配合，有针对性解决电力系统中出现的不同严重性的频率下降的事件，针对当前的事故，该策略可以根据出现事故的严重程度和各个子策略能解决事故严重程度的能力大于事故严重程度的原则选择出最优的频率控制方案。并且在频率控制的过程中，利用WAMS(WideAreaMeasurementSystem，即广域监测系统)系统以及SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，即数据采集与监视控制系统)系统实时监测交直流混联的电力系统中的各元件的运行信息，实时地反馈于频率控制的方案中，在线地修正控制方案。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于源荷特性的在线频率综合控制方法，包括以下步骤：

对于交直流混联系统出现ΔP_s≤ΔP_p1的偶然事故，采用自动频率控制子策略，同时手动甩负荷装置应处于待命状态；

对于交直流混联系统出现ΔP_p1＜ΔP_s≤ΔP_p2的偶然事故，采用自动频率控制子策略和紧急发电控制和高压直流功率支援策略；

对于交直流混联系统出现ΔP_s＞ΔP_p2的偶然事故，采用自动频率控制子策略、紧急发电控制和高压直流功率支援策略和低频减载策略；

其中ΔP_s为当前事故引起的功率缺额，ΔP_p1、ΔP_p2(ΔP_p1＜ΔP_p2)为策略的启动的判据。

进一步地，所述低频减载策略包括下列步骤：

S1、建立历史优秀UFLS整定数据库，其中UFLS参数整定的格式如下：

<f₁,Δt₁,ΔP_shed,1；f₂,Δt₂,ΔP_shed,2；f₃,Δt₃,ΔP_shed,3；…；f_n,Δt_n,ΔP_shed,n>

其中f_n为第n轮减载的动作频率，Δt_n为第n轮减载的时延，ΔP_shed,n为第n轮减载的负荷切除量，同时需要记录减载过程中当频率下降到UFLS各轮启动值时的有功功率缺额和频率变化率，如下：

<P_def,0；P_def,1；P_def,3；…；P_def,n>

$<{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_1;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_2;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_3;\mathrm{...};{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n>$

其中P_def,0和为交直流混联系统初始有功功率缺额和初始频率变化率，P_def,n和为频率下降到第n轮启动值时的有功功率缺额和频率变化率；

S2、采集交直流混联系统中故障地点以及故障瞬间频率变化率；

S3、将初始频率变化率作为启动判据进行快速减载；

S4、计算交直流混联系统中不平衡有功功率；

S5、利用交直流混联系统中实际数据更新历史整定，进行动态修正UFLS整定方案；

S6、利用模糊控制技术对低频减载策略进行在线控制。

进一步地，所述S5利用交直流混联系统中实际数据更新历史整定，进行动态修正UFLS整定方案具体包括：

S51、UFLS装置的初始化

计算出系统在扰动初始时刻的频率变化率和有功功率缺额P′_def,0，在历史优秀UFLS整定数据库中匹配故障地点、系统有功功率缺额百分比，选择最符合的一组历史方案初始化UFLS装置，如下：

UFLS初始化方案：<f₁,Δt₁,ΔP_shed,1；f₂,Δt₂,ΔP_shed,2；f₃,Δt₃,ΔP_shed,3；…>

假设P′_def,n和为频率下降到UFLS第n启动值时的有功功率缺额和频率变化率，P′_def,n，+1和为频率下降到UFLS第n启动值后一个采样时刻的有功功率缺额和频率变化率；

S52、建立模糊控制模型；

将选取的历史数据作为模糊控制系统的给定输入量，将交直流混联系统实际测量所得的数据作为实际输入量，并且假定初始功率缺额和初始频率变化率的误差作为最大误差，即：

e_p,max＝|P_def,0-P′_def,0|，

$e_{f,max}=\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0-{{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0}^{\&prime;}\right|$

令初始功率缺额的误差和下一采样时刻的功率缺额的误差的变化率作为最大误差变化率：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{p,\max }=\left|\frac{(P_{def,0}-P_{def,0}^{\&prime;})-(P_{def,0,+1}-P_{def,0,+1}^{\&prime;})}{T}\right|$

同理：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{f,\max }=\left|\frac{({\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n^{\&prime;}-{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n)-(\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}^{\&prime;}}-\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}})}{T}\right|;$

S53、模糊域转化；

分别求出频率变化率误差e_f、频率变化率误差的变化率功率缺额误差e_p、功率缺额误差的变化率通过量化因子K_e,f、K_ec,f、K_e,p、K_ec,p分别将输入变量频率变化率误差、频率变化率误差的变化率、功率缺额误差、功率缺额误差变化率模糊化，得出相应的模糊论域，分别计算出E_f、EC_f、E_p和EC_p。

进一步地，所述S6利用模糊控制技术对低频减载策略进行在线控制具体包括：

S61、计算计算误差e和误差变化率其中所述误差e是给定值和实际测量值相比较得出的，而所述误差变化率是所述误差e在一个采样周期内增量；

S62、对输入量、输出量的模糊化；

S63、制订模糊控制规则和进行模糊推理；

S64、运行查表法进行模糊量控制量的精确化。

进一步地，所述历史优秀UFLS整定数据库包括各轮动作频率、各轮动作时延、各轮减载的负荷切除量以及各轮启动时的有功功率缺额和频率变化率。

进一步地，考虑切负荷有效性和经济性制定所述低频减载策略，具体如下：

a、考虑切负荷有效性和经济性，建立采用计及节点负荷的切除对频率恢复稳定的有效度和节点单位切负荷的费用的目标函数

其中，a和b分别是节点负荷的切除对频率恢复的有效度和节点单位切负荷的费用的权重，ξ_i为切除节点负荷的经济费用，为点负荷切除对频率恢复的有效度；

b、按F值的大小对负荷进行从大到小的排序，确定负荷切除顺序。

进一步地，所述步骤S2中利用WMAS系统采用数值计算方法计算出故障瞬间系统频率的变化率。

进一步地，所述步骤S3中启动判据为1.5。

进一步地，所述步骤S4中根据发电机的转子运动方程可计算出系统的不平衡功率，其中，所述运动方程为：

$P_{def}=\frac{2H_{eq}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{COI}}{dt}{P}_{eq}$

其中为电力系统全部发电机的额定功率总和，f_N为电力系统的额定频率，H_eq为交直流混联系统惯性中心的等效惯性时间常数。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明综合了自动频率控制、紧急发电控制和高压直流功率支援和低频减载三个频率控制的策略作为子策略组成频率在线控制策略，并利用广域测量技术监测电力系统的实时运行参数，在线地修正频率控制方案，提高控制方案对电力系统的适应性。也提高了频率控制的有效性有经济性。

(2)本发明通过仿真程序建立优化目标函数和优化控制的计算模型，并在寻优可行域内获取最小的优化目标函数，以优化低频减载方案，智能搜索最优整定方案，考虑频率恢复性能，最小化所切负荷量，改善交直流混联系统暂态性能和稳态性能。

附图说明

图1是本发明中在线频率综合控制方法原理图；

图2是本发明中电力系统频率自动控制策略原理图；

图3是本发明中电力系统频率的二次调整原理图；

图4是本发明中UFLS低频舰载策略的流程步骤图；

图5是传统法与本发明中的在线综合控制法的频率变化曲线比较图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

对于交直流混联的电力系统(以下简称交直流混联系统或者电力系统)，本实施例设计了包括了自动频率控制、紧急发电控制和高压直流功率支援以及低频减载的频率在线控制策略。该基于源荷特性的在线频率综合控制方法的三个子策略相互配合，有针对性解决电力系统中出现的不同严重性的频率下降的事件，针对当前的事故，该策略可以根据出现事故的严重程度和各个子策略能解决事故严重程度的能力大于事故严重程度的原则选择出最优的频率控制方案。并且在频率控制的过程中，利用WAMS(WideAreaMeasurementSystem，即广域监测系统)系统以及SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition，即数据采集与监视控制系统)系统实时监测电力系统各元件的运行信息，实时地反馈于频率控制的方案中，在线地修正控制方案。其策略选择的原则如下：

1.对于ΔP_s≤ΔP_p1的偶然事故，采用自动频率控制子策略，同时手动甩负荷装置应处于待命状态；

2.对于ΔP_p1＜ΔP_s≤ΔP_p2的偶然事故，采用自动频率控制子策略和紧急发电控制和高压直流功率支援策略；

3.对于ΔP_s＞ΔP_p2的偶然事故，采用自动频率控制子策略、紧急发电控制和高压直流功率支援策略和低频减载策略。

其中ΔP_s为当前事故引起的功率缺额，ΔP_p1、ΔP_p2(ΔP_p1＜ΔP_p2)为策略的启动的判据。

各个子策略的原理如下：

1.自动频率控制策略：该策略是利用负荷和发电机的静态频率特性来进行频率控制，用于系统出现的有功缺额数值较小的时候。原理如下：

Δf＝-ΔP_D0/K

其中Δf＝f₂-f_N为频率的偏移量，K为系统的频率调节效应系数，ΔP_D0为负荷调节效应产生负荷的增量。

2.紧急发电控制和高压直流功率支援策略，即EAGC/HVDC配合的频率控制方案：用于负荷的增加是突然的且增量较大的情况。原理如下：

$\mathrm{\&Delta;}f=\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_G-{\mathrm{\&Delta;P}}_{D0}}{K}$

其中K为系统的频率调节效应系数，ΔP_G同步器调整使发电机增加的出力变化量，ΔP_D0为负荷调节效应产生负荷的增量。

在交直流混联系统中，可通过区域间的紧急直流功率支援对故障区域进行功率补偿，所采用的高压直流输电模型为：

$T_{dc}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{P}}_{dc}={\mathrm{\&Delta;P}}_{dc,ref}-{\mathrm{\&Delta;P}}_{dc}$

其中P_dc,ref为期望的直流支援功率，P_dc为实际的高压直流功率，T_dc为恒功率控制常数。

3.低频减载策略：用于当系统出现的有功缺额数值较大时的情况。原理如下：

该低频减载策略是在传统低频减载方案的基础上考虑了历史优秀整定方案、同时考虑在频率控制过程中电力系统参数的变化，并利用模糊控制思想对低频减载方案进行在线的修正。

UFLS方案的整定中，为了快速地计算出各整定因素，本实施例在UFLS装置中引入了良好的历史整定数据。建立一个历史数据库，当UFLS装置动作时，先从历史数据库中读取相近的整定方案，初始化UFLS装置。然后进行在线自适应控制，首先第一轮是将初始频率变化率作为启动判据的快速减载方案，目的是更好地恢复系统频率，使系统尽快恢复稳定。UFLS方案流程框图如下所示，其具体步骤如下：

步骤S1、建立历史优秀整定数据库；

历史优秀的整定方案可由系统的仿真实验得出或者电网中的实际应用中得出。因为电力系统的运行方式时刻变化，且系统内各个参数都存在着一定程度的波动。因此为了数据库收录的整定方案更具有普适性，本文采用有功功率缺额百分比为参考，即有功功率缺额每增加1％建立一组数据。UFLS参数整定的格式如下：

<f₁,Δt₁,ΔP_shed,1；f₂,Δt₂,ΔP_shed,2；f₃,Δt₃,ΔP_shed,3；…；f_n,Δt_n,ΔP_shed,n>

其中f_n为第n轮减载的动作频率，Δt_n为第n轮减载的时延，ΔP_shed,n为第n轮减载的负荷切除量(为功率缺额的百分比)。

记录历史数据时需要记录减载过程当频率下降到UFLS各轮启动值时和后1个采样时刻的有功功率缺额和频率变化率，如下：

{P_def,0,P_def,0,+1；P_def,1,P_def,1,+1；P_def,2,P_def,2,+1；…；P_def,n,P_def,n,+1}

其中P_def,0，+1和为扰动瞬间后一个采样时刻的有功功率缺额和频率变化率，P_def,n,+1和表示频率下降到第n轮启动值时的后1个采样时刻的有功功率缺额和频率变化率。

所述历史优秀UFLS整定数据库包括各轮动作频率、各轮动作时延、各轮减载的负荷切除量以及各轮启动时的有功功率缺额和频率变化率。

步骤S2、对交直流混联系统中故障瞬间频率变化率进行采集；

利用WMAS系统，采用数值计算方法可以计算出故障瞬间系统频率的变化率，为了减小故障时刻对初始频率变化率计算的误差，故障瞬间的频率变化率计算时采用故障后第一和第二个采样点的频率值：

$\stackrel{\&CenterDot;}{f_{COI,0}}\&ap;\left(f\right(2)-f(1\left)\right)/T$

其中为故障初始瞬间频率变化率，f(1)和f(2)分别是扰动后的第1、2个采样时刻的系统频率，T为WAMS系统的采样周期，为毫秒级数据。

频率过程中的频率变化率的计算如下。

$\stackrel{\&CenterDot;}{f_{COI,n}}\&ap;\left(f\right(n)-f(n-1\left)\right)/T$

其中f(n)为故障后第n采样时刻的频率值。

步骤S3、将初始频率变化率作为启动判据进行快速减载；

第一轮采用初始频率变化率作为快速减载的启动判据，如当时需启动快速减载(1.5为整定的启动判据)。

步骤S4、系统不平衡有功功率的计算；

由WAMS系统测量计算出故障初始时刻的频率变化率后，根据发电机的转子运动方程可计算出系统的不平衡功率：

$P_{def}=\frac{2H_{eq}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{COI}}{dt}{P}_{eq}$

其中为电力系统全部发电机的额定功率总和，f_N为电力系统的额定频率，H_eq为交直流混联系统惯性中心的等效惯性时间常数。

步骤S5、利用交直流混联系统中实际数据更新历史整定，进行动态修正UFLS整定方案；

目前，许多UFLS的应用中认为在频率下降过程中的频率变化率是线性变化的，即在故障后瞬间的频率变化率(K为常数),UFLS结束后的的线性过程。实际上在UFLS动作的过程中，频率变化率是非线性减小的。每轮UFLS动作后，频率变化率都会突变。因此，在每UFLS动作后都要更新系统的不平衡功率，再计算下一轮UFLS动作参数。利用系统实际数据更新历史整定，过程如下：

步骤S51、UFLS装置的初始化；

计算出系统在扰动初始时刻的频率变化率和有功功率缺额P′_def,0，在历史数据库中匹配故障地点、系统有功功率缺额百分比。选择最符合的一组历史方案初始化UFLS装置。如下：

UFLS初始化方案：<f₁,Δt₁,ΔP_shed,1；f₂,Δt₂,ΔP_shed,2；f₃,Δt₃,ΔP_shed,3；…>

假设P′_def,n和为频率下降到UFLS第n启动值时的有功功率缺额和频率变化率，P′_def,n，+1和为频率下降到UFLS第n启动值后一个采样时刻的有功功率缺额和频率变化率。

步骤S52、建立模糊控制模型；

本发明中将选取历史数据作为模糊控制系统的给定输入量，将电力系统实际测量所得的数据作为实际输入量。并且假定初始功率缺额和初始频率变化率的误差作为最大误差，即：

e_p,max＝|P_def,0-P′_def,0|，

$e_{f,max}=\left|{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0-{{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0}^{\&prime;}\right|$

令初始功率缺额的误差和下一采样时刻的功率缺额的误差的变化率作为最大误差变化率：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{p,max}=\left|\frac{(P_{def,0}-P_{def,0}^{\&prime;})-(P_{def,0,+1}-P_{def,0,+1}^{\&prime;})}{T}\right|$

同理：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{f,\max }=\left|\frac{({\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n^{\&prime;}-{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n)-(\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}^{\&prime;}}-\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}})}{T}\right|$

步骤S53、模糊域转化；

分别求出频率变化率误差e_f、频率变化率误差的变化率功率缺额误差e_p、功率缺额误差的变化率

其中，频率变化率误差为：

$e_f={\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n^{\&prime;}-{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n$

其中，频率变化率误差的变化率为：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_f=\left|\frac{({\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n^{\&prime;}-{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n)-(\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}^{\&prime;}}-\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}})}{T}\right|$

其中，功率缺额误差为：

e_p＝P_def,n-P′_def,n

其中，功率缺额误差的变化率为：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_p=\frac{(P_{def,n}-P_{def,n}^{\&prime;})-(P_{def,n,+1}-P_{def,n,+1}^{\&prime;})}{T}$

通过量化因子K_e,f、K_ec,f、K_e,p、K_ec,p分别将输入变量频率变化率误差、频率变化率误差的变化率、功率缺额误差、功率缺额误差变化率模糊化，得出相应的模糊论域，分别计算出E_f、EC_f、E_p和EC_p。如果某个输入量模糊化后超出了他的模糊论域，则取模糊论域内的边界值作为他的模糊化后的值，其正负通过该值超出的方向决定。

通过e_f和对控制量Δt(该轮UFLS动作延时)进行决策，确定Δt的精确模糊论域值。通过e_p和对控制量Δp(该轮UFLS的负荷切除量)进行决策，确定Δp的精确模糊论域值。如下：

其中R为模糊推理规则，U_t和U_p为控制量Δt和Δp的模糊论域。然后再分别与比例因子K_Δt、K_Δp相乘得出控制输出量的精确值Δt、Δp：

Δt＝K_Δt×U_t

Δp＝K_Δp×U_p

求出了控制量Δt和Δp的精确值后，可直接用于UFLS方案的修正，形成利用频率控制过程中的电力系统参数的实时值来在线修正UFLS方案的在线和反馈的控制方法。

步骤S6、利用模糊控制技术对低频减载策略进行在线控制；

步骤S5之前都只是求出误差，然后将误差通过简单的代数关系对输出量进行控制，输入量控制域将会对输出量造成影响，为了消除这种影响，将输入量、输出量的控制域相互隔离，也为了对低频减载进行在线控制时控制系统更具智能化和更好的鲁棒性，本步骤引入了模糊控制技术对低频减载方案进行在线控制，即采用在线控制方式，利用模糊算法进行控制。

通过e_f和对控制量Δt(该轮UFLS动作延时)进行决策，确定Δt的精确模糊论域值。通过e_p和对控制量Δp(该轮UFLS的负荷切除量)进行决策，确定Δp的精确模糊论域值。然后再分别与比例因子K_Δt、K_Δp相乘得出控制输出量的精确值Δt、Δp。

考虑切负荷有效性和经济性制定减载策略。具体如下：

a.考虑切负荷有效性和经济性，建立采用计及节点负荷的切除对频率恢复稳定的有效度和节点单位切负荷的费用的目标函数

其中，a和b分别是节点负荷的切除对频率恢复的有效度和节点单位切负荷的费用的权重，ξ_i为切除节点负荷的经济费用，为点负荷切除对频率恢复的有效度

b.按F值的大小对负荷进行从大到小的排序，确定负荷切除顺序。

在进一步地实施方式中，本发明公开的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，还包括下列准备步骤：

步骤S01、建立自动频率控制子策略模型

电力系统在正常运行时发电机组的功频静态特性曲线为P_G(f)，具体参照附图2所示，负荷的静态频率特性曲线为P_D(f)，两者相交于点A，此时频率为f_N。如果在某一时刻，系统负荷突然增加了ΔP_D0，此时负荷的静态频率特性曲线变为P′_D(f)，如果电力系统中的发电机组调速器未启动，发电机的出力仍保持为P_GN，则此时发电机组的功频静态特性曲线与负荷的静态频率特性曲线相交于点1，此时系统频率下降为f₁。若调速器启动，增加了ΔP_G的功率，并且发电机的功频特性保持不变。则系统的稳定运行点变为点B，相应的频率为f₂。即：

Δf＝-ΔP_D0/K

其中Δf＝f₂-f_N为频率的偏移量，K为系统的频率调节效应系数，ΔP_D0为负荷调节效应产生负荷的增量。

步骤S02、建立紧急发电控制和高压直流功率支援策略模型；

电力系统在正常运行时，发电机组的频率静态特性曲线3与负荷的频率静态曲线2相交，此时电力系统的频率为f₀，当电力系统的负荷突然增加ΔP_D0，负荷的频率静态特性曲线变为曲线1。此时，若电力系统的发电机出力不变，则频率下降到f₁，若EAGC系统启动并增加了发电机的出力，则发电机的频率静态曲线变为4，即

$\mathrm{\&Delta;}f=\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_G-{\mathrm{\&Delta;P}}_{D0}}{K}$

其中K为系统的频率调节效应系数，ΔP_G同步器调整使发电机增加的出力变化量，ΔP_D0为负荷调节效应产生负荷的增量。

在交直流混联电力系统中，可通过区域间的紧急直流功率支援对故障区域进行功率补偿，所采用的高压直流输电模型为：

$T_{dc}\mathrm{\&Delta;}{\stackrel{\&CenterDot;}{P}}_{dc}={\mathrm{\&Delta;P}}_{dc,ref}-{\mathrm{\&Delta;P}}_{dc}$

其中P_dc,ref为期望的直流支援功率，P_dc为实际的高压直流功率，T_dc为恒功率控制常数。

步骤S03、建立低频减载策略模型；

该步骤包括以下几个步骤：

步骤S031、选取频率变化率误差e_f、频率变化率误差的变化率功率缺额误差e_p、功率缺额误差的变化率的模糊量化后的档位为6，并求出相应的模糊量，如下：

$\{\begin{array}{c}{K}_e=n/e_{\max }\\ K_{ec}=m/{\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{\max }\\ K_u=u_{\max }/g\end{array};$

步骤S032、确定模糊决策规则如下：

包括确定频率变化率误差e_f与频率变化率误差的变化率的决策过程以及对功率缺额误差e_p与功率缺额误差的变化率的决策过程。

下表为频率变化率误差e_f、频率变化率误差的变化率的决策过程。

表1模糊决策规则表

注：表中空格表示“0”。

对功率缺额误差e_p、功率缺额误差的变化率的决策过程同理。

以下通过实例对本发明作进一步的补充说明：

选用MATLAB作为仿真平台，按照本发明的步骤，选用四机两区域的交直流混联系统进行策略的仿真。先利用传统UFLS整定方案进行仿真，然后再针对同一事故选用本发明所提的在线频率控制方案进行对比仿真。仿真模型的主要参数如下表。

表2模型主要参数

故障情况设置如下：在t＝1s时，节点14出现有功功率缺额，传统法仿真时功率缺额的大小是区域2总负荷的50％，在线法仿真时功率缺额的大小是区域2总负荷的50.5％，功率缺额设置有偏差主要是考虑实际系统中出现的功率缺额数值也会和历史库中的数据有偏差，所得电力系统频率的变化曲线图如附图5所示。

综上所述，电力系统中缓慢或微小的频率波动并不会对系统造成严重的危害，因此频率稳定的控制技术可采取自动频率控制方案和EAGC/HVDC配合的方案。其中自动频率控制方案考虑了负荷本身的频率特性和发电机组的频率特性，对频率进行控制。而EAGC/HVDC技术对能较有效的对较大扰动引起的频率下降进行控制。最后UFLS能通过切除部分负荷来保证在大扰动下系统不会崩溃。三种频率稳定控制方法的配合能应对电力系统中的大部分扰动引起的频率下降。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

对于交直流混联系统出现ΔP_s≤ΔP_p1的偶然事故，采用自动频率控制子策略，同时手动甩负荷装置应处于待命状态；

对于交直流混联系统出现ΔP_p1＜ΔP_s≤ΔP_p2的偶然事故，采用自动频率控制子策略和紧急发电控制和高压直流功率支援策略；

对于交直流混联系统出现ΔP_s＞ΔP_p2的偶然事故，采用自动频率控制子策略、紧急发电控制和高压直流功率支援策略和低频减载策略；

其中ΔP_s为当前事故引起的功率缺额，ΔP_p1、ΔP_p2(ΔP_p1＜ΔP_p2)为策略的启动的判据。

2.根据权利要求1所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述低频减载策略包括下列步骤：

S1、建立历史优秀UFLS整定数据库，其中UFLS参数整定的格式如下：

<f₁,Δt₁,ΔP_shed,1；f₂,Δt₂,ΔP_shed,2；f₃,Δt₃,ΔP_shed,3；…；f_n,Δt_n,ΔP_shed,n>

其中f_n为第n轮减载的动作频率，Δt_n为第n轮减载的时延，ΔP_shed,n为第n轮减载的负荷切除量，同时需要记录减载过程中当频率下降到UFLS各轮启动值时的有功功率缺额和频率变化率，如下：

<P_def,0；P_def,1；P_def,3；…；P_def,n>

$<{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_1;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_2;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_3;...;{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n>$

其中P_def,0和为交直流混联系统初始有功功率缺额和初始频率变化率，P_def,n和为频率下降到第n轮启动值时的有功功率缺额和频率变化率；

S2、采集交直流混联系统中故障地点以及故障瞬间频率变化率；

S3、将初始频率变化率作为启动判据进行快速减载；

S4、计算交直流混联系统中不平衡有功功率；

S5、利用交直流混联系统中实际数据更新历史整定，进行动态修正UFLS整定方案；

S6、利用模糊控制技术对低频减载策略进行在线控制。

3.根据权利要求2所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述S5利用交直流混联系统中实际数据更新历史整定，进行动态修正UFLS整定方案具体包括：

S51、UFLS装置的初始化；

计算出系统在扰动初始时刻的频率变化率和有功功率缺额P′_def,0，在历史优秀UFLS整定数据库中匹配故障地点、系统有功功率缺额百分比，选择最符合的一组历史方案初始化UFLS装置，如下：

UFLS初始化方案：<f₁,Δt₁,ΔP_shed,1；f₂,Δt₂,ΔP_shed,2；f₃,Δt₃,ΔP_shed,3；…>

假设P′_def,n和为频率下降到UFLS第n启动值时的有功功率缺额和频率变化率，P′_def,n，+1和为频率下降到UFLS第n启动值后一个采样时刻的有功功率缺额和频率变化率；

S52、建立模糊控制模型；

将选取的历史数据作为模糊控制系统的给定输入量，将交直流混联系统实际测量所得的数据作为实际输入量，并且假定初始功率缺额和初始频率变化率的误差作为最大误差，即：

e_p,max＝|P_def,0-P′_def,0|，

$e_{f,max}=|{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0-{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_0^{\&prime;}|$

令初始功率缺额的误差和下一采样时刻的功率缺额的误差的变化率作为最大误差变化率：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{p,max}=\left|\frac{(P_{def,0}-P_{def,0}^{\&prime;})-(P_{def,0,+1}-P_{def,0,+1}^{\&prime;})}{T}\right|$

同理：

${\stackrel{\&CenterDot;}{e}}_{f,max}=\left|\frac{({\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n^{\&prime;}-{\stackrel{\&CenterDot;}{f}}_n)-(\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}^{\&prime;}}-\stackrel{\&CenterDot;}{f_{n,+1}})}{T}\right|;$

S53、模糊域转化；

分别求出频率变化率误差e_f、频率变化率误差的变化率功率缺额误差e_p、功率缺额误差的变化率通过量化因子K_e,f、K_ec,f、K_e,p、K_ec,p分别将输入变量频率变化率误差、频率变化率误差的变化率、功率缺额误差、功率缺额误差变化率模糊化，得出相应的模糊论域，分别计算出E_f、EC_f、E_p和EC_p。

4.根据权利要求2所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述S6利用模糊控制技术对低频减载策略进行在线控制具体包括：

S61、计算计算误差e和误差变化率其中所述误差e是给定值和实际测量值相比较得出的，而所述误差变化率是所述误差e在一个采样周期内增量；

S62、对输入量、输出量的模糊化；

S63、制订模糊控制规则和进行模糊推理；

S64、运行查表法进行模糊量控制量的精确化。

5.根据权利要求2所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述历史优秀UFLS整定数据库包括各轮动作频率、各轮动作时延、各轮减载的负荷切除量以及各轮启动时的有功功率缺额和频率变化率。

6.根据权利要求1所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，考虑切负荷有效性和经济性制定所述低频减载策略，具体如下：

a、考虑切负荷有效性和经济性，建立采用计及节点负荷的切除对频率恢复稳定的有效度和节点单位切负荷的费用的目标函数

其中，a和b分别是节点负荷的切除对频率恢复的有效度和节点单位切负荷的费用的权重，ξ_i为切除节点负荷的经济费用，为点负荷切除对频率恢复的有效度；

b、按F值的大小对负荷进行从大到小的排序，确定负荷切除顺序。

7.根据权利要求2所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述步骤S2中利用WMAS系统采用数值计算方法计算出故障瞬间系统频率的变化率。

8.根据权利要求2所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述步骤S3中启动判据为1.5。

9.根据权利要求2所述的基于源荷特性的在线频率综合控制方法，其特征在于，所述步骤S4中根据发电机的转子运动方程可计算出系统的不平衡功率，其中，所述运动方程为：

$P_{def}=\frac{2H_{eq}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{COI}}{dt}{P}_{eq}$

其中为电力系统全部发电机的额定功率总和，f_N为电力系统的额定频率，H_eq为交直流混联系统惯性中心的等效惯性时间常数。