CN108683195B - 一种温控负荷参与电力系统调频的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温控负荷参与电力系统调频的方法，在温控负荷安装控制器，通过控制器检测系统频率f_now，当控制器检测到系统频率偏差量越限时，根据稳态频率预测值f_pred的大小，采取不同的控制措施、改变负荷的功率需求，配合电网的有功功率调节。本发明既能在较大功率缺额时通过直接切除负荷快速实现功率平衡，又能在较小功率缺额时调整负荷设定温度，逐步恢复系统额定频率，不产生欠调和过调，控制可靠性高、效果好。

Description

一种温控负荷参与电力系统调频的方法

技术领域

本发明属于电力系统安全稳定控制的技术领域，具体涉及一种温控负荷参与电力系统调频的方法。

背景技术

随着的经济发展，能源短缺和环境污染之间的矛盾日益突出。为适应世界经济发展的潮流，我国也积极做出改变。我国未来规划中，耗煤高、能源利用率低的燃煤机组装机容量在总装机容量中所占的比例将大幅下降；核电机组以及无污染的风能和太阳能等可再生能源发电机组的装机容量在总装机容量中所占的比例将大幅上升。电源的受控性能变差以及发电侧提供备用成本增加均使依靠发电侧资源跟踪负荷的传统有功功率平衡控制方式受到挑战。

现有技术中电力系统中存在大量具有能量(热能、电能、化学能等)存储特性的负荷，如空调、冰箱、热水器、电动汽车等，短时间的切断或改变控制参数，不会对用户终端使用特性造成明显的负面作用，具有主动改变运行状态，参与系统有功功率平衡控制的潜能。

现有技术中的温控负荷实现调频的方法是根据频率偏差量大小进行负荷分散式控制，虽然这种方法在保证用户舒适度的同时，系统频率的调节效果有所增强，但是容易产生欠调和过调，并且无法根据频率下降严重程度快速采取紧急控制措施，因而未能充分发挥用户侧负荷的调频作用。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种温控负荷参与电力系统调频的方法，本发明既能在较大功率缺额时通过直接切除负荷快速实现功率平衡，又能在较小功率缺额时调整温控负荷设定温度，逐步恢复系统额定频率，不产生欠调和过调，因此在控制效果上优于其他温控负荷参与电力系统有功调频控制措施。

本发明具体采用以下技术方案。

一种温控负荷参与电力系统调频的方法，其特征是，在温控负荷安装控制器，通过控制器检测系统频率f_now，当控制器检测到系统频率偏差量越限时，根据稳态频率预测值f_pred的大小，采取不同的控制措施、改变负荷的功率需求，配合电网的有功功率调节。

具体包括以下步骤：

1)监视当前电网的系统频率f_now，判断系统频率f_now与额定频率f_n的偏差量是否超过死区频率f_dead，即是否满足f_now＜f_n-f_dead，若是，则执行步骤2)；若否，则继续执行步骤1)；

2)进行稳态频率预测，得到稳态频率预测值f_pred；

3)若稳态频率预测值f_pred小于切负荷阈值，即f_pred＜f_cut，则直接切除温控负荷；若稳态频率预测值f_pred大于切负荷阈值f_cut，即f_pred≥f_cut，则根据频率偏差调节温控负荷设定温度；

4)计时T_delav秒，判断最新时刻电网频率f_new与额定频率f_n的偏差量是否小于死区频率f_dead，即是否满足f_new＞f_n-f_dead，或者电网频率恢复到高于额定频率，即f_new＞f_n，若是，则执行步骤(5)；若否，则返回步骤(2)；

5)若温控负荷被切除，则按照原先设定温度重新投入；若温控负荷设定温度被调节，则恢复其原先设定温度。

所述步骤(1)中的死区频率f_dead高于低频减载特殊轮和基本轮的启动值，取值为0.1Hz-0.7Hz。

所述步骤(2)中的稳态频率f_pred根据公式(1)、(2)预测：

f_pred＝f₀-Δf(t)|_t→∞＝f₀-A (2)

式中，f₀为步骤(1)中频率偏差越限t0时刻的系统频率值(取t0＝0，单位：秒)，f_t为t时刻后的系统频率值，f_pred为稳态频率预测值；其中f₀、f_t、t均为可测量值，A和T为待求系数，f_pred为待求预测量；通过测量f₀及t时刻的频率f_t并带入式(1)，通过曲线拟合的方法可求得A、T；将f₀、A带入式(2)，令t→∞，即可计算出频率稳态预测值f_pred。

所述步骤(3)中，若稳态频率预测值f_pred小于切负荷阈值即f_pred＜f_cut，则直接切除温控负荷，所述切负荷阈值f_cut取值为49.3Hz-49.7Hz；若稳态频率预测值f_pred大于切负荷阈值即f_pred≥f_cut，则根据公式(3)、(4)、(5)、(6)调整温控负荷设定温度T′₊、T′_-：

p_f＝k_f|f_pred-f_n| (3)

ΔT＝p_f(f_pred-f_n) (4)

T′₊＝T₊-ΔT (5)

T′_-＝T_--ΔT (6)

其中，k_f为用户参与度系数，取值为0.0-1.0，p_f为用户参与度，即电网频率变化单位赫兹时温控负荷触发温度的变化量，单位为℃/Hz；f_pred为稳态频率预测值，f_n为额定频率，单位为Hz；ΔT为温控负荷触发温度的变化，T₊、T_-分别为温控负荷上触发温度、下触发温度，T′₊为调整后的上触发温度，T′_-为调整后的下触发温度，单位为℃。

本发明相对于现有技术能取得以下有益效果：

1.本发明当控制器检测到系统频率偏差量越限时，根据稳态频率预测值，通过采取不同的控制措施、改变负荷的功率需求，配合电网的有功功率调节。既能在较大功率缺额时通过直接切除负荷快速实现功率平衡，又能在较小功率缺额时调整温控负荷设定温度，逐步恢复系统额定频率且不产生欠调和过调，因此在控制效果上优于其他温控负荷参与电力系统有功调频控制措施。

2.本发明解决了现有技术中的温控负荷根据频率偏差量大小进行负荷分散式控制的调频方法存在的容易产生欠调和过调、无法根据频率下降严重程度快速采取紧急控制措施以及不能够充分发挥用户侧负荷的调频作用的缺陷，控制可靠性高、效果好。

附图说明

图1所示为本发明一种温控负荷参与电力系统调频的方法流程图；

图2所示为稳态预测频率f_pred＜f_cut情况下，采用传统负荷调频、本发明负荷调频、发电机一次调频的控制效果对比曲线；

图3所示为稳态预测频率f_pred＞f_cut情况下，采用传统负荷调频、本发明负荷调频、发电机一次调频的控制效果对比曲线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案进一步详细表述。

结合图1至图3，一种温控负荷参与电力系统调频的方法，如附图1所示，在温控负荷安装控制器，通过控制器检测系统频率f_now，当控制器检测到系统频率偏差量越限时，根据稳态频率预测值f_pred的大小，采取不同的控制措施、改变负荷的功率需求，配合电网的有功功率调节，具体包括以下步骤：

1)监视当前电网的系统频率f_now，判断系统频率f_now与额定频率f_n的偏差量是否超过死区频率f_dead，即是否满足f_now＜f_n-f_dead，若是，则执行步骤2)；若否，则继续执行步骤1)；所述死区频率f_dead高于低频减载特殊轮和基本轮的启动值，取值为0.1Hz-0.7Hz，本申请实施例优选f_dead＝0.1Hz；

2)进行稳态频率预测，得到稳态频率预测值f_pred；

所述的稳态频率f_pred根据公式(1)、(2)预测：

f_pred＝f₀-Δf(t)|_t→∞＝f₀-A (2)

式中，f₀为步骤(1)中频率偏差越限t0时刻的系统频率值(取t0＝0，单位：秒)，f_t为t时刻后的系统频率值，f_pred为稳态频率预测值；其中f₀、f_t、t均为可测量值，A和T为待求系数，f_pred为待求预测量；通过测量f₀及t时刻的频率f_t并带入式(1)，通过曲线拟合的方法可求得A、T；将f₀、A带入式(2)，令t→∞，即可计算出频率稳态预测值f_pred。

3)若稳态频率预测值f_pred小于切负荷阈值，即f_pred＜f_cut，则直接切除温控负荷；所述切负荷阈值f_cut取值为(49.3Hz-49.7Hz)，本申请实施例优选f_cut＝49.5Hz；

若稳态频率预测值f_pred大于切负荷阈值即f_pred≥f_cut，则根据频率偏差调节温控负荷设定温度，具体根据公式(3)、(4)、(5)、(6)调整温控负荷设定温度T′₊、T′_-：

p_f＝k_f|f_pred-f_n| (3)

ΔT＝p_f(f_pred-f_n) (4)

T′₊＝T₊-ΔT (5)

T′_-＝T_--ΔT (6)

其中，k_f为用户参与度系数，取值为0.0-1.0，p_f为用户参与度，即电网频率变化单位赫兹时温控负荷触发温度的变化量，单位为℃/Hz；f_pred为稳态频率预测值，f_n为额定频率，ΔT为温控负荷触发温度的变化，单位为℃；T₊、T_-分别为温控负荷上触发温度、下触发温度，T′₊为调整后的上触发温度，T′_-为调整后的下触发温度，单位为℃。

4)计时T_delay秒，T_delay长短根据控制的需要确定，判断最新时刻电网频率f_new与额定频率f_n的偏差量是否小于死区频率f_dead，即是否满足f_new＞f_n-f_dead，或者电网频率恢复到高于额定频率，即f_new＞f_n，若是，则执行步骤(5)；若否，则返回步骤(2)；

5)若温控负荷被切除，则按照原先设定温度重新投入；若温控负荷设定温度被调节，则恢复其原先设定温度。

如图2所示，曲线1为仅靠发电机调速器一次调频的仿真曲线，最终频率稳定在49.5Hz。曲线2为根据频率偏差量大小进行负荷分散式控制的仿真曲线，最终频率稳定在50.05Hz，产生超调。本发明(曲线3)在图中A点检测到频率偏差越限，并且预测稳态频率49.5Hz，采取切除温控负荷的措施，使系统频率快速恢复到49.8Hz。

如图3所示，曲线1为仅靠发电机调速器一次调频的仿真曲线，最终频率稳定在49.6Hz。曲线2为根据频率偏差量大小进行负荷分散式控制的仿真曲线，最终频率稳定在50.02Hz，产生超调。本发明(曲线3)在图中A点检测到频率偏差越限，并且预测稳态频率49.6Hz，采取调节温控负荷设定温度的措施，最终使系统频率恢复到49.9Hz。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种温控负荷参与电力系统调频的方法，其特征是，在温控负荷安装控制器，通过控制器检测系统频率f_now，当控制器检测到系统频率偏差量越限时，根据稳态频率预测值f_pred的大小，采取不同的控制措施、改变负荷的功率需求，配合电网的有功功率调节；具体包括以下步骤：

1)监视当前电网的系统频率f_now，判断系统频率f_now与额定频率f_n的偏差量是否超过死区频率f_dead，即是否满足f_now<f_n-f_dead，若是，则执行步骤2)；若否，则继续执行步骤1)；

2)进行稳态频率预测，得到稳态频率预测值f_pred；

3)若稳态频率预测值f_pred小于切负荷阈值f_cut,即f_pred<f_cut，则直接切除温控负荷；若稳态频率预测值f_pred大于切负荷阈值f_cut，即f_pred≥f_cut，则根据频率偏差调节温控负荷设定温度，具体根据以下公式(3)、(4)、(5)、(6)调整温控负荷设定温度T′₊、T′_-：

p_f＝k_f|f_pred-f_n| (3)

ΔT＝p_f(f_pred-f_n) (4)

T′₊＝T₊-ΔT (5)

T′_-＝T_--ΔT (6)

其中，k_f为用户参与度系数，取值为0.0-1.0，p_f为用户参与度，即电网频率变化单位赫兹时温控负荷触发温度的变化量，单位为℃/Hz；f_pred为稳态频率预测值，f_n为额定频率，单位为Hz；ΔT为温控负荷触发温度的变化，T₊、T_-分别为温控负荷上触发温度、下触发温度，T′₊为调整后的上触发温度，T′_-为调整后的下触发温度，单位为℃；

4)计时T_delay秒，判断最新时刻电网频率f_new与额定频率f_n的偏差量是否小于死区频率f_dead，即是否满足f_new>f_n-f_dead，或者电网频率恢复到高于额定频率，即f_new>f_n，若是，则执行步骤(5)；若否，则返回步骤(3)；

5)若温控负荷被切除，则按照原先设定温度重新投入；若温控负荷设定温度被调节，则恢复其原先设定温度。

2.如权利要求1所述的一种温控负荷参与电力系统调频的方法，其特征是，所述步骤1)中的死区频率f_dead高于低频减载特殊轮和基本轮的启动值，取值为0.1Hz-0.7Hz。

3.如权利要求1所述的一种温控负荷参与电力系统调频的方法，其特征是，所述步骤2)中的稳态频率f_pred根据公式(1)、(2)预测：

f_pred＝f₀-Δf(t)|_t→∞＝f₀-A (2)

式中，f₀为步骤(1)中频率偏差越限t0时刻的系统频率值，取t0＝0，单位：秒，f_t为t时刻后的系统频率值,f_pred为稳态频率预测值；其中f₀、f_t、t均为可测量值，A和T为待求系数，f_pred为待求预测量；通过测量f₀及t时刻的频率f_t并带入式(1),通过曲线拟合的方法可求得A、T；将f₀、A带入式(2)，令t→∞,即可计算出频率稳态预测值f_pred。

4.如权利要求1所述的一种温控负荷参与电力系统调频的方法，其特征是，所述步骤3)中，若稳态频率预测值f_pred小于切负荷阈值即f_pred<f_cut，则直接切除温控负荷，所述切负荷阈值f_cut取值为49.3Hz-49.7Hz。

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