CN108808688A - 一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法，涉及电力系统及自动化控制领域，为解决电网安全稳定控制系统无法对电解铝生产的部分负荷进行切除从而造成负荷过切及电力安全事故而发明。本发明的方法包括：电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算；公用执行站各轮次可切负荷及总量采集；检测是否有元件故障并计算需切负荷总量；需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施。本发明应用于电网安全稳定控制的配置和策略研究中，为涉及电解铝用电负荷的稳控切负荷系统提供参考，同时也适用于电解铝自动控制系统的设计。

Description

一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法

技术领域

本发明涉及电力系统及自动化控制领域，具体涉及一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法。

背景技术

国务院第599号令《电力安全事故应急处置和调查处理条例》(以下简称《条例》)，明确了稳控系统切负荷等同于故障损失负荷，当稳控切负荷导致局部电网损失负荷达到一定比例时同样会触发《条例》，电力生产运行单位需承担相应的电力安全事故责任。目前的稳控切负荷控制按照特定的运行工况配置，当区域内负荷总量较大，切负荷单元较小时，并不会引起切负荷后的区域性电力事故的发生；而当某个切负荷单元负荷较大时，特别是大负荷体量占比达到地区负荷总量一定程度后，将造成切负荷后的电力安全事故。

如果某地区电解铝用电负荷占比过大，当电网故障导致部分元件热稳定问题时，稳控系统切除电解铝用电负荷是最直接有效的手段。由于电解铝用电负荷大且供电可靠性要求高，如果对电解铝全厂负荷进行切除，不仅有全厂停电造成的经济损失，还将造成负荷过切及电力安全事故。国内外尚没有对电解铝部分负荷切除的统一有效方法，对于已建成的电解铝厂，运行单位多采用运行方式控制和事故备案的被动防御措施，大大影响了电网正常运行的灵活性。

因此，为避免上述经济损失和电力安全事故的发生，提高电解铝受端电网的运行灵活性，有必要对电网安全稳定控制系统切除电解铝部分负荷的方法进行研究，为电网安全稳定控制的设备配置和策略研究提供重要参考。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供涉及一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法，用于解决上述问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算；

步骤2：公用执行站各轮次可切负荷及总量采集；

步骤3：检测是否有元件故障并计算需切负荷总量；

步骤4：需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施。

所述步骤1中，电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算，步骤如下：

1)n台整流机组被切除后应能保证电解槽保温电流，即

(N-n)Ik≥I_额ρ (1)

式(1)中：N为整流机组初始运行总台数；

I为单台整流机组额定电流；

k为单台整流机组电流系数，通常取值0～1之间；

I_额为电解槽额定电流，即系列额定电流；

ρ为电解槽保温电流系数。

2)n台整流机组被切除后应能躲过大闭环控制中剩余整流机组的电流分担能力，

(N-n)Ik≤Ni₀ (2)

式(2)中：i₀为单台整流机组初始电流，正常情况下I_额≈Ni₀。

3)可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算。分别对式(1)和(2)求解，得到可切除整流机组台数n满足

令最大可切台数n_max为小于等于的最大正整数，最小需切台数n_min为大于等于的最小正整数，则n是属于区间[n_min，n_max]的所有正整数集合，特别的，当次区域只包含一个正整数时，n_maz＝n_min；该区间上限为固定值，即保温电流是由电解槽的固有特性决定的，对应保温电流的最大可切台数也是固定的；区间下限由初始运行状态决定，即剩余整流变的电流分担能力及最小需切台数受初始运行状态变化而变化。

4)可切负荷量区间计算。当切除n台整流机组时，切除负荷量P_cut为

P_cut＝Nu₀i₀-(N-n)u₀Ik (4)

式(4)中：u₀为单台整流机组初始电压，即系列初始电压，在切负荷过程中可认为维持不变；同时，可定义[P_min，P_max]是对应[n_min，n_max]的实际切除负荷量区间，P_cut是该区间内的一些离散值。

切除负荷量P_cut受到整流机组电流系数k和切除整流机组台数n的共同作用。电流系数k可根据控制需要进行人工设定，当设定值较高时，相同情况下实际切除负荷量较小，反之实际切除负荷量较大；同时，电流系数k的取值也会影响n的取值范围，当k的设定值过低时，n的取值变小，反倒使实际切除负荷量P_cut降低。

由此，当n＝n_max时实际切除负荷量最大，在此基础上利用式(1)变换后对对应的k_max求解，

即k的取值区间为[k_max，1]，当k＝k_max时切负荷量最大，为

P_max≈(1-ρ)u₀I_额 (6)

上式表明，当切除整流机组台数按最大可能台数考虑时，通过k值的优化，最大可切除负荷量为故障前功率扣除保温负荷后的多余部分。

所述步骤2中，公用执行站各轮次可切负荷及总量采集，步骤如下：

1)公用执行站采用按轮次优先级排序的决策方式，即：各个公用执行站的可切负荷分为1～m轮上送至控制站，控制站事先对执行站进行设定切除优先级别；在策略动作并计算出要切负荷量后，控制站按轮次切除各个执行站的负荷，在同一轮次内，优先级高的站点的负荷优先切除，直到所切负荷量满足要切负荷量为止；公用执行站按轮次优先级排序如下表所示：

2)特别的，可以将具有相同优先级的多个负荷单元或者平行多回线路负荷合并为一个负荷上送至控制站，需切除时这些负荷将被一起切除。

所述步骤3中，检测是否有元件故障并计算需切负荷总量，步骤如下：

1)检测是否有元件故障；

2)确定故障前运行状态；

3)判定故障元件和故障类型；

4)计算需切负荷总量ΔP：

ΔP＝P₀-P_lim (7)

式(7)中：P₀为元件过载动作时功率；

P_lim为元件过载动作功率定值。

所述步骤4中，需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施，步骤如下：

1)切负荷量采用如下策略在电解执行站和公用执行站之间进行分配：

当ΔP＞P_max时，切除电解铝n_max台整流机组，不足部分切公用站负荷ΔP-P_max；

当ΔP＝P_max时，切除电解铝n_max台整流机组；

当ΔP∈(P_min，P_max)时，切除电解铝n_min台整流机组，不足部分切公用站负荷ΔP-P_min；

当ΔP＝P_min时，切除电解铝n_min台整流机组；

当ΔP＜P_min，切除公用站负荷ΔP。

2)根据需要发送切负荷命令至电解执行站并执行，切除n台整流机组或不切除整流机组。

3)根据需要发送切负荷命令至公用执行站并执行。公用执行站对所有负荷按既定轮次顺序累加后匹配扣除电解铝可切负荷后的剩余负荷，设最后一个负荷为SxLy，则切除该负荷及其之前的所有负荷。

本发明提出的一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法，可解决电网安全稳定控制系统无法对电解铝生产的部分负荷进行切除从而造成负荷过切及电力安全事故的问题，应用于电网安全稳定控制的配置和策略研究中，为涉及电解铝用电负荷的稳控切负荷系统提供参考，同时也适用于电解铝自动控制系统的设计。

附图说明

图1某地区电网网架结构示意图；

图中：1、2、3、4、5、6为220kV变电站，A、B为220kV电解用户站，C为火电厂，

D为500kV变电站,E为500kV线路，F为220kV线路；

图2某地区电网安全稳定控制系统配置拓扑图；

图3一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的某一实施例，其中，附图构成本申请的一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本发明公开了一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算；

步骤2：公用执行站各轮次可切负荷及总量采集；

步骤3：检测是否有元件故障并计算需切负荷总量；

步骤4：需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施。

所述步骤1中，电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算，步骤如下：

1)n台整流机组被切除后应能保证电解槽保温电流，即

(N-n)Ik≥I_额ρ (1)

式(1)中：N为整流机组初始运行总台数；

I为单台整流机组额定电流；

k为单台整流机组电流系数，通常取值0～1之间；

I_额为电解槽额定电流，即系列额定电流；

ρ为电解槽保温电流系数。

2)n台整流机组被切除后应能躲过大闭环控制中剩余整流机组的电流分担能力，

(N-n)Ik≤Ni₀ (2)

式(2)中：i₀为单台整流机组初始电流，正常情况下I_额≈Ni₀。

3)可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算。分别对式(1)和(2)求解，得到可切除整流机组台数n满足

令最大可切台数n_max为小于等于的最大正整数，最小需切台数n_min为大于等于的最小正整数，则n是属于区间[n_min，n_max]的所有正整数集合，特别的，当次区域只包含一个正整数时，n_maz＝n_min；该区间上限为固定值，即保温电流是由电解槽的固有特性决定的，对应保温电流的最大可切台数也是固定的；区间下限由初始运行状态决定，即剩余整流变的电流分担能力及最小需切台数受初始运行状态变化而变化。

4)可切负荷量区间计算。当切除n台整流机组时，切除负荷量P_cut为

P_cut＝Nu₀i₀-(N-n)u₀Ik (4)

式(4)中：u₀为单台整流机组初始电压，即系列初始电压，在切负荷过程中可认为维持不变；同时，可定义[P_min，P_max]是对应[n_min，n_max]的实际切除负荷量区间，P_cut是该区间内的一些离散值。

切除负荷量P_cut受到整流机组电流系数k和切除整流机组台数n的共同作用。电流系数k可根据控制需要进行人工设定，当设定值较高时，相同情况下实际切除负荷量较小，反之实际切除负荷量较大；同时，电流系数k的取值也会影响n的取值范围，当k的设定值过低时，n的取值变小，反倒使实际切除负荷量P_cut降低。

由此，当n＝n_max时实际切除负荷量最大，在此基础上利用式(1)变换后对对应的k_max求解，

即k的取值区间为[k_max，1]，当k＝k_max时切负荷量最大，为

P_max≈(1-ρ)u₀I_额 (6)

上式表明，当切除整流机组台数按最大可能台数考虑时，通过k值的优化，最大可切除负荷量为故障前功率扣除保温负荷后的多余部分。

结合实施例来看，某地区电网网架结构如图1所示，500kV变电站所供负荷包含6个220kV公用变电站和2个220kV电解用户站，其中220kV公用变电站5和6所供负荷因涉及城区负荷和重要负荷，不作为切负荷对象，则相应的安全稳定控制系统配置拓扑如图2所示。

电解执行站内相关电气参数及对可切负荷量按步骤1方法，计算如下：

所述步骤2中，公用执行站各轮次可切负荷及总量采集，步骤如下：

1)公用执行站采用按轮次优先级排序的决策方式，即：各个公用执行站的可切负荷分为1～m轮上送至控制站，控制站事先对执行站进行设定切除优先级别；在策略动作并计算出要切负荷量后，控制站按轮次切除各个执行站的负荷，在同一轮次内，优先级高的站点的负荷优先切除，直到所切负荷量满足要切负荷量为止；公用执行站按轮次优先级排序如下表所示：

2)特别的，可以将具有相同优先级的多个负荷单元或者平行多回线路负荷合并为一个负荷上送至控制站，需切除时这些负荷将被一起切除。

结合实施例来看，某地区电网安全稳定控制系统的4个220kV公用执行站对所有110kV出线的实时负荷进行排序采集。其中，公用执行站1最大可切线路12回，最大可切负荷155MW；公用执行站2最大可切线路7回，最大可切负荷97MW；公用执行站3最大可切线路7回，最大可切负荷174MW；公用执行站4最大可切线路5回，最大可切负荷111MW。

所述步骤3中，检测是否有元件故障并计算需切负荷总量，步骤如下：

1)检测是否有元件故障；

2)确定故障前运行状态；

3)判定故障元件和故障类型；

4)计算需切负荷总量ΔP：

ΔP＝P₀-P_lim (7)

式(7)中：P₀为元件过载动作时功率；

P_lim为元件过载动作功率定值。

结合实施例来看，某地区电网的500kV主变压器构成为3×750MVA，检测到故障前三台主变下网负荷共1340MW，当其中两台主变故障退出运行后剩余1台主变过载，过载1.79倍，需实施稳控切负荷措施。单台主变过载动作功率定值按1.4倍主变容量考虑，则根据式(7)需切负荷总量ΔP为290MW。

所述步骤4中，需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施，步骤如下：

1)切负荷量采用如下策略在电解执行站和公用执行站之间进行分配：

当ΔP＞P_max时，切除电解铝n_max台整流机组，不足部分切公用站负荷ΔP-P_max；

当ΔP＝P_max时，切除电解铝n_max台整流机组；

当ΔP∈(P_min，P_max)时，切除电解铝n_min台整流机组，不足部分切公用站负荷ΔP-P_min；

当ΔP＝P_min时，切除电解铝n_min台整流机组；

当ΔP＜P_min，切除公用站负荷ΔP。

2)根据需要发送切负荷命令至电解执行站并执行，切除n台整流机组或不切除整流机组。

3)根据需要发送切负荷命令至公用执行站并执行。公用执行站对所有负荷按既定轮次顺序累加后匹配扣除电解铝可切负荷后的剩余负荷，设最后一个负荷为SxLy，则切除该负荷及其之前的所有负荷。

结合实施例来看，电解执行站A和电解执行站B最大可切除负荷共203MW，小于本次执行中的需切负荷总量，稳控主站执行步骤4中的第一条策略，并下发切负荷命令至各执行站：

切除电解执行站A共2台整流机组，实际切除负荷73MW；

切除电解执行站B共3台整流机组，实际切除负荷130MW；

切除公用执行站1共2回110kV负荷线路，实际切除负荷25MW；

切除公用执行站2共2回110kV负荷线路，实际切除负荷19MW；

切除公用执行站3共2回110kV负荷线路，实际切除负荷35MW；

切除公用执行站4共1回110kV负荷线路，实际切除负荷12MW；

整个系统最终实际切除负荷共294MW，略有过切，满足控制要求。

以上所述仅为本发明的一个实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于电解铝控制特性的稳控切负荷方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算；

步骤2：公用执行站各轮次可切负荷及总量采集；

步骤3：检测是否有元件故障并计算需切负荷总量；

步骤4：需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施；

其中：

所述步骤1中电解执行站可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算，步骤如下：

1)n台整流机组被切除后应能保证电解槽保温电流，即

(N-n)Ik≥I_额ρ

其中：N为整流机组初始运行总台数；

I为单台整流机组额定电流；

k为单台整流机组电流系数，通常取值0～1之间；

I_额为电解槽额定电流，即系列额定电流；

ρ为电解槽保温电流系数；

2)n台整流机组被切除后应能躲过大闭环控制中剩余整流机组的电流分担能力，

(N-n)Ik≤Ni₀

其中：i₀为单台整流机组初始电流，正常情况下I_额≈Ni₀；

3)可切除整流机组台数区间和可切负荷量区间计算；可切除整流机组台数n满足

令最大可切台数n_max为小于等于的最大正整数，最小需切台数n_min为大于等于的最小正整数，则n是属于区间[n_min，n_max]的所有正整数集合，特别的，当次区域只包含一个正整数时，n_maz＝n_min；该区间上限为固定值，即保温电流是由电解槽的固有特性决定的，对应保温电流的最大可切台数也是固定的；区间下限由初始运行状态决定，即剩余整流变的电流分担能力及最小需切台数受初始运行状态变化而变化；

4)可切负荷量区间计算；当切除n台整流机组时，切除负荷量P_cut为

P_cut＝Nu₀i₀-(N-n)u₀Ik

其中：u₀为单台整流机组初始电压，即系列初始电压，在切负荷过程中可认为维持不变；同时，可定义[P_min，P_max]是对应[n_min，n_max]的实际切除负荷量区间，P_cut是该区间内的一些离散值；

切除负荷量P_cut受到整流机组电流系数k和切除整流机组台数n的共同作用；电流系数k可根据控制需要进行人工设定，当设定值较高时，相同情况下实际切除负荷量较小，反之实际切除负荷量较大；同时，电流系数k的取值也会影响n的取值范围，当k的设定值过低时，n的取值变小，反倒使实际切除负荷量P_cut降低；

由此，当n＝n_max时实际切除负荷量最大，在此基础上对对应的k_max求解，

即k的取值区间为[k_max，1]，当k＝k_max时切负荷量最大，为

P_max≈(1-ρ)u₀I_额

上式表明，当切除整流机组台数按最大可能台数考虑时，通过k值的优化，最大可切除负荷量为故障前功率扣除保温负荷后的多余部分；

所述步骤2中公用执行站各轮次可切负荷及总量采集，步骤如下：

1)公用执行站采用按轮次优先级排序的决策方式，即：各个公用执行站的可切负荷分为1～m轮上送至控制站，控制站事先对执行站进行设定切除优先级别；在策略动作并计算出要切负荷量后，控制站按轮次切除各个执行站的负荷，在同一轮次内，优先级高的站点的负荷优先切除，直到所切负荷量满足要切负荷量为止；

2)特别的，可以将具有相同优先级的多个负荷单元或者平行多回线路负荷合并为一个负荷上送至控制站，需切除时这些负荷将被一起切除；

所述步骤3中检测是否有元件故障并计算需切负荷总量，步骤如下：

1)检测是否有元件故障；

2)确定故障前运行状态；

3)判定故障元件和故障类型；

4)计算需切负荷总量ΔP：

ΔP＝P₀-P_lim

其中：P₀为元件过载动作时功率；

P_lim为元件过载动作功率定值；

所述步骤4中需切负荷总量与电解铝负荷可切负荷量区间比较并执行稳控措施，步骤如下：

1)切负荷量采用如下策略在电解执行站和公用执行站之间进行分配：

当ΔP＞P_max时，切除电解铝n_max台整流机组，不足部分切公用站负荷ΔP-P_max；

当ΔP＝P_max时，切除电解铝n_max台整流机组；

当ΔP∈(P_min，P_max)时，切除电解铝n_min台整流机组，不足部分切公用站负荷ΔP-P_min；

当ΔP＝P_min时，切除电解铝n_min台整流机组；

当ΔP＜P_min，切除公用站负荷ΔP；

2)根据需要发送切负荷命令至电解执行站并执行，切除n台整流机组或不切除整流机组；

3)根据需要发送切负荷命令至公用执行站并执行；公用执行站对所有负荷按既定轮次顺序累加后匹配扣除电解铝可切负荷后的剩余负荷，设最后一个负荷为SxLy，则切除该负荷及其之前的所有负荷。