CN109066726A - 一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，包括：（1）输入电网信息，包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障、频率安全二元表、暂态和稳态频率安全边界以及候选安全稳定控制措施信息；（2）制定不同类型控制措施的优先级控制方案；（3）根据预想故障造成的不平衡功率量，选择事故后不同类型控制措施的优先级控制方案；（4）对同一优先级的各项控制措施按对系统频率裕度改善的效果灵敏度指标从高到低排序；（5）计算得到预想故障下的初步控制策略；（6）对初步策略进行控制代价优化，形成最终控制策略。本发明解决了多类型措施的协调配合问题，适应了层次化、精益化的现代电网频率控制要求。

Description

一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法

技术领域

本发明涉及一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

电网频率既关系到系统安全稳定运行，也是衡量电能质量的重要指标之一。当今频率安全性受到更多关注，一方面，面对电源结构和电网结构变化的新态势，频率安全问题面临更为严峻的挑战，新能源发电占比的增加使频率的灵活调控更为困难，特/超高压直流跨区域输电规模的扩大使频率安全问题的严重程度更为恶化；另一方面，某些用电设备对包括频率特性在内的供电质量提出了更严格的要求。

依靠事故后紧急控制措施的实施可以避免电力系统受到扰动发生大功率缺额或盈余后发生频率安全事故，阻止电网发生连锁反应。传统频率安全紧急控制措施有：应对系统高频的切机、受入直流紧急功率回降，外送直流紧急功率提升，应对系统低频的切负荷、受入直流紧急功率提升、外送直流紧急功率回降，抽蓄切泵。已有的频率安全紧急控制决策方法，主要集中在直流紧急功率支援、切机切负荷等有功控制时间响应较快的措施上进行优化，对改善安全稳定性，提高安全稳定紧急控制的性价比，降低控制代价，发挥了极为重要的作用。但随着电网特性的变化和新技术的发展，出现了一些新的频率紧急控制措施与控制手段，例如负荷紧急调节、发电出力快速升降和储能技术的应用，如果能够针对电网不同程度频率安全问题，计及更多时间响应特性措施参与电网紧急控制，对于提高电网精益化控制水平具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，解决了多类型措施的协调配合问题，适应了层次化、精益化的现代电网频率控制要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，包括以下步骤：

1)输入电网信息，所述电网信息包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障、频率安全二元表、暂态和稳态频率安全边界以及候选安全稳定控制措施信息；

2)制定不同类型控制措施的优先级控制方案，包括以有功功率响应快为主的控制和以控制代价小为主的控制；

3)根据预想故障造成的不平衡功率量，选择事故后不同类型控制措施的优先级控制方案；

4)对同一优先级的各类控制措施按效果灵敏度指标从高到低排序；

5)通过步骤3)和步骤4)的迭代计算，得到预想故障下的初步控制策略T⁰，并计算策略控制代价

6)根据优先级控制方案判别初步控制策略是否需要进行控制代价优化，若初步控制策略为基于控制代价小为主的优先级控制方案下的结果，则该结果为最终策略；若初步控制策略为基于有功功率响应快为主的优先级控制方案下的结果，则需要对该结果进行控制代价优化。

前述的频率安全二元表是由给定频率偏移门槛值和偏出此给定值的频率异常持续时间构成的二元表，用f_cri,t_cri来表示，其含义是当且仅当频率偏出f_cri的持续时间超过t_cri时，判为暂态频率不满足安全要求，其中，f_cri表示给定频率偏移门槛值，t_cri表示偏出给定值的频率异常持续时间，i＝1,…,N，N为二元表的个数；

所述暂态和稳态频率安全边界是对暂态过程和稳态频率的最大偏移值的界定，设高频暂态最大安全偏移边界为高频稳态最大安全偏移边界为低频暂态最大安全边界频率为低频稳态最大安全偏移边界为

所述候选安全稳定控制措施信息包括扰动后控制措施类型、控制动作触发时间、控制策略定值、控制的有功功率时间响应特性及控制措施的单位控制代价。

前述的步骤2)中，

以有功功率响应快为主的控制措施的优先级控制方案，记为是指将各类控制措施按有功功率控制响应时间由快到慢设优先级，相同响应时间情况下，将控制代价小的控制措施设为更高一级控制优先级；

以控制代价小为主的优先级控制方案，记为是指将各类控制措施按控制代价由小到大设优先级，相同控制代价情况下，将有功功率控制响应时间快的设为更高一级控制优先级。

前述的步骤3)中，选择事故后不同类型控制措施的优先级控制方案，具体如下：

(31)采用商品化的电力系统安全稳定分析软件，基于机电暂态仿真数据分析事故后系统频率到达高频暂态最大安全偏移边界所对应的功率盈余量到达高频稳态最大安全偏移边界所对应的功率盈余量到达低频暂态最大安全边界频率所对应的功率缺额量到达低频稳态最大安全偏移边界所对应的功率缺额量

(32)对于高频控制，若当事故造成的功率盈余量时，则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制；当事故造成的功率盈余量ΔP⁺满足：则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，其中，将作为安控启动门槛值，将作为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

若则当事故造成的功率盈余量时，事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，既为安控启动门槛值也为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

对于低频控制，若则当事故造成的功率缺额量时，则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制；当事故造成的功率缺额量ΔP^-满足：则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，其中，将作为安控启动门槛值，将作为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

若则当事故造成的功率缺额量时，事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，既为安控启动门槛值也为各类控制措施优先级控制方案选择定值。

前述的步骤4)中，效果灵敏度指标计算如下：

(41)采用商品化的电力系统量化分析软件，针对暂态频率安全紧急控制预想故障，在没有或计及已有紧急控制措施的前提下，基于频率安全二元表f_cri,t_cri，i＝1,…,N，进行机电暂态时域仿真量化分析计算，得到系统的频率安全裕度

(42)采用商品化的电力系统量化分析软件，在步骤(41)的基础上，针对同一优先级的各类控制措施j，j＝1,…,M，M表示同一优先级的控制措施的数量，基于频率安全二元表f_cri,t_cri，进行机电暂态时域仿真量化分析计算，依次得到计及控制措施j控制量ΔP_ej情况下的系统的频率安全裕度其中，控制量ΔP_ej为设定的步长；

(43)计算各类控制措施j的效果灵敏度指标ET_ej：

前述的步骤6)中，优化过程如下：

(61)在初步控制策略下，通过机电仿真分析，在保证电网安全稳定情况下，减小控制代价最大的控制措施控制量ΔP_减，尝试求解需增加控制代价最小的控制措施控制量ΔP_加，若无解，则尝试增加控制代价次小的控制措施，直到所有控制代价小的措施均无解的情况下，结束，若有解，则形成新的控制策略T¹，计算策略控制代价比较和选择控制代价更小的策略，其中，ΔP_减，ΔP_加为设定的迭代步长；

(62)在步骤(61)的基础上，减小控制策略中控制代价次大的控制措施控制量，尝试求解增加控制代价小的控制措施量，重复步骤(61)，求解满足电网安全稳定的代价更小策略；

(63)重复步骤(61)和(62)，直至初步控制策略中所有的控制措施均优化完为止，输出最终控制策略及控制代价。

前述的策略控制代价的计算为不同故障场景下的控制代价的计算，故障场景l下的控制代价的计算如下：

其中，C_Tl为故障场景l下的控制代价，P_k分别为考虑故障场景l下的控制策略中控制措施k的控制量和控制措施k的单位控制代价，n为故障场景l下的控制策略中控制措施数量。

本发明所达到的有益效果为：本发明提供了一种计及电网不同程度频率安全问题、不同措施有功控制时间响应特性以及控制代价的频率安全紧急协调优化控制决策方法，解决了多类型措施的协调配合问题，适应了层次化、精益化的现代电网频率控制要求。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，包括以下步骤：

步骤1，输入电网信息，所述电网信息包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障、频率安全二元表、暂态和稳态频率安全边界以及候选安全稳定控制措施信息。具体的，

频率安全二元表是描述暂态过程对频率安全性要求的信息，是由给定频率偏移门槛值和偏出此给定值的频率异常持续时间构成的二元表(f_cri,t_cri)，其含义是当且仅当频率偏出(低频安全评估时为低于，高频安全评估时为高于)f_cri的持续时间超过t_cri判为暂态频率不满足安全要求，f_cri表示给定频率偏移门槛值，t_cri表示偏出给定值的频率异常持续时间，i＝1,…,N，N为二元表的个数，必要时可用多个二元表进行描述。

暂态和稳态频率安全边界是根据系统频率安全要求，对暂态过程和稳态频率的最大偏移值的界定，其中，设高频暂态最大安全偏移边界为高频稳态最大安全偏移边界为低频暂态最大安全边界频率为低频稳态最大安全偏移边界为

候选安全稳定控制措施信息包括扰动后控制措施类型、控制动作触发时间、控制策略定值、控制的有功功率时间响应特性及控制措施的单位控制代价。

步骤2，制定不同类型控制措施的优先级控制方案scheme_v，包括以有功功率响应快为主的控制和以控制代价小为主的控制，具体分类方法如下：

(1)以有功功率响应快为主的控制措施的优先级控制方案，记为该方案将各类控制措施按有功功率控制响应时间由快到慢设优先级，相同响应时间情况下，将控制代价小的控制措施设为更高一级控制优先级。

(2)以控制代价小为主的优先级控制方案，记为该方案将各类控制措施按控制代价由小到大设优先级，相同控制代价情况下，将有功功率控制响应时间快的设为更高一级控制优先级。控制代价的大小由行业用户预先设定。

步骤3，根据预想故障造成的不平衡功率量，选择事故后不同类型控制措施的优先级控制方案，具体定值方法如下：

(1)采用商品化的电力系统安全稳定分析软件，基于机电暂态仿真数据分析事故后系统频率到达高频暂态最大安全偏移边界所对应的功率盈余量到达高频稳态最大安全偏移边界所对应的功率盈余量到达低频暂态最大安全边界频率所对应的功率缺额量到达低频稳态最大安全偏移边界所对应的功率缺额量其中，的值均可以通过机电时域仿真计算得到。

(2)对于高频控制来讲，若当事故造成的功率盈余量时，则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制；当事故造成的功率盈余量ΔP⁺满足：则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，其中，将作为安控启动门槛值，将作为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

若则当事故造成的功率盈余量时，事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，既为安控启动门槛值也为各类控制措施优先级控制方案选择定值。

对于低频控制来讲，若则当事故造成的功率缺额量时，则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制；当事故造成的功率缺额量则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，其中，将作为安控启动门槛值，将作为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

若则当事故造成的功率缺额量时，事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，既为安控启动门槛值也为各类控制措施优先级控制方案选择定值。

步骤4，在步骤3的基础上，对同一优先级的各类控制措施按对系统频率裕度改善的效果灵敏度指标从高到低排序，其中，效果灵敏度指标计算的具体方法如下：

(41)采用商品化的电力系统量化分析软件，针对暂态频率安全紧急控制预想故障，在没有或计及已有紧急控制措施的前提下，基于频率安全二元表(f_cri,t_cri)(i＝1,…,N)进行机电暂态时域仿真量化分析计算，得到系统的频率安全裕度

(42)采用商品化的电力系统量化分析软件，在(41)的基础上，针对同一优先级的各类控制措施j(j＝1,…,M)，M表示同一优先级的控制措施的数量，基于频率安全二元表(f_cri,t_cri)(i＝1,…,N)进行机电暂态时域仿真量化分析计算，依次得到计及控制措施j(j＝1,…,M)控制量ΔP_ej情况下的系统的频率安全裕度(j＝1,…,M)，其中，控制量ΔP_ej为设定的步长。

(43)计算各类控制措施j(j＝1,…,M)对系统频率裕度改善的效果灵敏度指标ET_ej：

步骤5，通过步骤3和步骤4的迭代计算，得到预想故障下的初步控制策略T⁰，控制策略包含如切机地点和切机量、紧急调制哪几回直流和调制量等信息；

然后计算策略控制代价如下：

其中，为故障场景l下的控制代价，P_k分别为考虑故障场景l下的控制策略中控制措施k的控制量和控制措施k的单位控制代价，n为故障场景l下的控制策略中控制措施数量。

步骤6，根据优先级控制方案判别初步控制策略是否需要进行控制代价优化，若该控制策略为基于控制代价小为主的优先级控制方案下的结果，则该结果为最终策略，若该控制策略为基于有功功率响应快为主的优先级控制方案下的结果，则需要对该结果进行控制代价优化，具体方法如下：

(61)在初步控制策略下，通过机电仿真分析，在保证电网安全稳定情况下，减小控制代价最大的控制措施控制量ΔP_减(若该控制措施为离散型，则按单项整体减少)，尝试求解需增加控制代价最小的控制措施控制量ΔP_加，若无解，则尝试增加控制代价次小的控制措施，直到所有控制代价小的措施均无解的情况下，结束，若有解，则形成新的控制策略T¹，计算策略控制代价比较和选择控制代价更小的策略，其中，ΔP_减，ΔP_加为设定的迭代步长。

(62)在(61)的基础上，减小控制策略中控制代价次大的控制措施控制量，尝试求解增加控制代价小的控制措施量，重复(61)步骤，求解满足电网安全稳定的代价更小策略。

(63)重复以上步骤，直至策略中所有的控制措施均优化完为止，输出最终控制策略及控制代价。

本发明方法以系统安全稳定为约束，以控制代价最小为目标，计及电网频率问题严重程度、不同控制措施时间响应特性及控制代价，形成了多类措施的频率安全紧急协调优化控制决策技术，解决了多类型措施的协调配合问题，适应了层次化、精益化的现代电网频率控制要求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)输入电网信息，所述电网信息包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障、频率安全二元表、暂态和稳态频率安全边界以及候选安全稳定控制措施信息；

2)制定不同类型控制措施的优先级控制方案，包括以有功功率响应快为主的控制和以控制代价小为主的控制；

3)根据预想故障造成的不平衡功率量，选择事故后不同类型控制措施的优先级控制方案；

4)对同一优先级的各类控制措施按效果灵敏度指标从高到低排序；

5)通过步骤3)和步骤4)的迭代计算，得到预想故障下的初步控制策略T⁰，并计算策略控制代价

6)根据优先级控制方案判别初步控制策略是否需要进行控制代价优化，若初步控制策略为基于控制代价小为主的优先级控制方案下的结果，则该结果为最终策略；若初步控制策略为基于有功功率响应快为主的优先级控制方案下的结果，则需要对该结果进行控制代价优化。

2.根据权利要求1所述的一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，所述频率安全二元表是由给定频率偏移门槛值和偏出此给定值的频率异常持续时间构成的二元表，用f_cri,t_cri来表示，其含义是当且仅当频率偏出f_cri的持续时间超过t_cri时，判为暂态频率不满足安全要求，其中，f_cri表示给定频率偏移门槛值，t_cri表示偏出给定值的频率异常持续时间，i＝1,…,N，N为二元表的个数；

所述暂态和稳态频率安全边界是对暂态过程和稳态频率的最大偏移值的界定，设高频暂态最大安全偏移边界为高频稳态最大安全偏移边界为低频暂态最大安全边界频率为低频稳态最大安全偏移边界为

所述候选安全稳定控制措施信息包括扰动后控制措施类型、控制动作触发时间、控制策略定值、控制的有功功率时间响应特性及控制措施的单位控制代价。

3.根据权利要求1所述的一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，

以有功功率响应快为主的控制措施的优先级控制方案，记为是指将各类控制措施按有功功率控制响应时间由快到慢设优先级，相同响应时间情况下，将控制代价小的控制措施设为更高一级控制优先级；

以控制代价小为主的优先级控制方案，记为是指将各类控制措施按控制代价由小到大设优先级，相同控制代价情况下，将有功功率控制响应时间快的设为更高一级控制优先级。

4.根据权利要求3所述的一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，所述步骤3)中，选择事故后不同类型控制措施的优先级控制方案，具体如下：

(31)采用商品化的电力系统安全稳定分析软件，基于机电暂态仿真数据分析事故后系统频率到达高频暂态最大安全偏移边界所对应的功率盈余量到达高频稳态最大安全偏移边界所对应的功率盈余量到达低频暂态最大安全边界频率所对应的功率缺额量到达低频稳态最大安全偏移边界所对应的功率缺额量

(32)对于高频控制，若当事故造成的功率盈余量时，则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制；当事故造成的功率盈余量ΔP⁺满足：则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，其中，将作为安控启动门槛值，将作为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

若则当事故造成的功率盈余量时，事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，既为安控启动门槛值也为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

对于低频控制，若则当事故造成的功率缺额量时，则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制；当事故造成的功率缺额量ΔP^-满足：则事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，其中，将作为安控启动门槛值，将作为各类控制措施优先级控制方案选择定值；

若则当事故造成的功率缺额量时，事故后各类控制措施优先级控制方案按控制，既为安控启动门槛值也为各类控制措施优先级控制方案选择定值。

5.根据权利要求2所述的一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，效果灵敏度指标计算如下：

(41)采用商品化的电力系统量化分析软件，针对暂态频率安全紧急控制预想故障，在没有或计及已有紧急控制措施的前提下，基于频率安全二元表f_cri,t_cri，i＝1,…,N，进行机电暂态时域仿真量化分析计算，得到系统的频率安全裕度

(42)采用商品化的电力系统量化分析软件，在步骤(41)的基础上，针对同一优先级的各类控制措施j，j＝1,…,M，M表示同一优先级的控制措施的数量，基于频率安全二元表f_cri,t_cri，进行机电暂态时域仿真量化分析计算，依次得到计及控制措施j控制量ΔP_ej情况下的系统的频率安全裕度其中，控制量ΔP_ej为设定的步长；

(43)计算各类控制措施j的效果灵敏度指标ET_ej：

6.根据权利要求1所述的一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，所述步骤6)中，优化过程如下：

(61)在初步控制策略下，通过机电仿真分析，在保证电网安全稳定情况下，减小控制代价最大的控制措施控制量ΔP_减，尝试求解需增加控制代价最小的控制措施控制量ΔP_加，若无解，则尝试增加控制代价次小的控制措施，直到所有控制代价小的措施均无解的情况下，结束，若有解，则形成新的控制策略T¹，计算策略控制代价比较和选择控制代价更小的策略，其中，ΔP_减，ΔP_加为设定的迭代步长；

(62)在步骤(61)的基础上，减小控制策略中控制代价次大的控制措施控制量，尝试求解增加控制代价小的控制措施量，重复步骤(61)，求解满足电网安全稳定的代价更小策略；

(63)重复步骤(61)和(62)，直至初步控制策略中所有的控制措施均优化完为止，输出最终控制策略及控制代价。

7.根据权利要求6所述的一种综合多类措施的频率安全紧急协调优化控制方法，其特征在于，所述策略控制代价的计算为不同故障场景下的控制代价的计算，故障场景l下的控制代价的计算如下：

其中，C_Tl为故障场景l下的控制代价，P_k分别为考虑故障场景l下的控制策略中控制措施k的控制量和控制措施k的单位控制代价，n为故障场景l下的控制策略中控制措施数量。