CN109217321B - 一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法及装置 - Google Patents

一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法及装置，所述方法包括确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，令所述参与电网调频的响应负荷群停止运行以帮助电网恢复频率；当电网频率恢复到一次调频死区范围之内时，确定所述参与电网调频的响应负荷群的最小关断时间，并令所述参与电网调频的响应负荷群根据其对应的最小关断时间恢复运行。本发明提供的技术方案能够有效引导频率响应负荷快速有序参与调频，缓解了电网频率的跌落程度，减少了负荷紧急控制措施的切负荷代价，降低了对用户的影响。

Description

一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统需求响应和频率控制技术领域，具体讲涉及一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法及装置。
背景技术
国家大规模开发三北地区光伏和风电、四川水电等清洁能源，并通过建设特高压直流工程向华东地区输送，对节能减排和电能替代发挥了重要作用。但特高压直流线路单体设备输送容量巨大，一旦发生故障将造成受端电网大功率缺失，并影响全网功率平衡和频率稳定。此外，特高压直流故障会严重改变局部地区的潮流方式，引起交流受电通道严重越限，需要大量切除当地负荷。因此，特高压直流故障引起的频率稳定和潮流问题已成为特高压受端电网及华东电网面临的最重大风险之一。
目前，应对直流闭锁故障，平衡电网功率缺额，常用的手段有多直流提升、抽蓄电站切泵等措施，但上述措施在直流严重故障下仍不足以阻止电网的频率跌落，紧急切负荷措施依然是必要手段。负荷紧急控制是一种快速有效的弥补功率缺额和阻止频率跌落的手段，但也会给用户生产及居民生活带来一定影响。
发明内容
本发明提供了一种电网大功率缺失故障负荷参与调频方法，其目的是通过控制负荷有序关断缓解电网在大功率缺失故障时的频率跌落，并在故障恢复时控制负荷有序恢复工作。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法，其改进之处在于，所述方法包括：
根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量，确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，并停止所述参与电网调频的响应负荷群运行；
当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动。
进一步的，所述根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量确定参与电网调频的实际频率响应负荷量，包括：
若PDRN≥PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRmax；
若PDRN＜PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRN；
其中，PDRN为频率响应负荷需求量，PDRmax为参与电网调频的最大频率响应负荷量。
进一步的，所述根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，包括：
将电网中各负荷群按可响应功率的大小进行降序排列，得到负荷群序列；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，确定序列中各负荷群的频率阈值；
将频率阈值高于当前电网频率偏差的负荷群作为参与电网调频的响应负荷群。
进一步的，根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，通过下式确定序列中各负荷群的频率阈值：
Figure BDA0001822434270000021
上式中，Δfth(i)为序列中第i个负荷群的频率阈值，Δfdb为负荷参与一次调频的死区频率，Δfprmax为负荷参与一次调频的最大频率偏差量，k∈[1,i]，i为序列中负荷群的总数，Pk为序列中第k个负荷群的可响应功率，PDR为参与电网调频的实际频率响应负荷量。
进一步的，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动，包括：
将所述参与电网调频的响应负荷群按可响应时间降序排列，得到负荷群新序列；
根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，确定新序列中各负荷群的最小关断时间；
对于经过最小关断时间后的参与电网调频的响应负荷群，则恢复启动。
进一步的，根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，通过下式确定新序列中各负荷群的最小关断时间：
Figure BDA0001822434270000031
其中，Toff(m)为新序列中第m个负荷群的最小关断时间，Toff0为最小关断时间初始参考值，Pq为新序列中第q个参与调频的频率响应负荷群的可响应功率，q∈[1,m]，m为新序列中负荷群总数，kre为梯度恢复系数。
一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频装置，其改进之处在于，所述装置包括：
确定模块：用于根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量，确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；
停止模块：用于根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，并停止所述参与电网调频的响应负荷群运行；
启动模块，用于当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动。
进一步的，所述根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量确定参与电网调频的实际频率响应负荷量，包括：
若PDRN≥PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRmax；
若PDRN＜PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRN；
其中，PDRN为频率响应负荷需求量，PDRmax为参与电网调频的最大频率响应负荷量。
进一步的，所述根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，包括：
将电网中各负荷群按可响应功率的大小进行降序排列，得到负荷群序列；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，确定序列中各负荷群的频率阈值；
将频率阈值高于当前电网频率偏差的负荷群作为参与电网调频的响应负荷群。
进一步的，根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，通过下式确定序列中各负荷群的频率阈值：
Figure BDA0001822434270000041
上式中，Δfth(i)为序列中第i个负荷群的频率阈值，Δfdb为负荷参与一次调频的死区频率，Δfpr max为负荷参与一次调频的最大频率偏差量，k∈[1,i]，Pk为序列中第k个负荷群的可响应功率，PDR为参与电网调频的实际频率响应负荷量。
进一步的，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动，包括：
将所述参与电网调频的响应负荷群按可响应时间降序排列，得到负荷群新序列；
根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，确定新序列中各负荷群的最小关断时间；
对于经过最小关断时间后的参与电网调频的响应负荷群，则恢复启动。
进一步的，根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，通过下式确定新序列中各负荷群的最小关断时间：
Figure BDA0001822434270000042
其中，Toff(m)为新序列中第m个负荷群的最小关断时间，Toff0为最小关断时间初始参考值，Pq为新序列中第q个参与调频的频率响应负荷群的可响应功率，q∈[1,m]，m为新序列中负荷群总数量，kre为梯度恢复系数。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，在电网发生大功率缺失故障时，能够通过确定参与电网调频的实际频率响应负荷量进一步确定参与电网调频的响应负荷群，并引导频率响应负荷快速有序参与调频，为电网功率缺额时提供了有效支撑，减弱电网频率的跌落程度和负荷紧急控制措施的切负荷总量以及控制代价，并避免了负荷无序动作对对电网频率造成额外冲击，降低了对用户的影响；并在电网恢复过程中对海量分散负荷分组设置不同的最小关断时间，能够控制负荷有序恢复工作。本发明提供的技术方案可应用于电力系统调度层，使得调度中心可以对系统的频率响应负荷智能终端进行有序控制，增强电力系统稳定性和抵御大规模连锁故障的能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种电网大功率缺失故障负荷参与调频方法流程图；
图2为本发明提供的一种电网大功率缺失故障负荷参与调频装置图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
一种电网大功率缺失故障负荷参与调频方法，如图1所示，所述方法包括：
根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量，确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，并停止所述参与电网调频的响应负荷群运行；
当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动。
具体的，所述根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量确定参与电网调频的实际频率响应负荷量，包括：
若PDRN≥PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRmax；
若PDRN＜PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRN；
其中，PDRN为频率响应负荷需求量，PDRmax为参与电网调频的最大频率响应负荷量。
具体的，所述根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，包括：
将电网中各负荷群按可响应功率的大小进行降序排列，得到负荷群序列；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，确定序列中各负荷群的频率阈值；
将频率阈值高于当前电网频率偏差的负荷群作为参与电网调频的响应负荷群。
具体的，根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，通过下式确定序列中各负荷群的频率阈值：
Figure BDA0001822434270000061
上式中，Δfth(i)为序列中第i个负荷群的频率阈值，Δfdb为负荷参与一次调频的死区频率，Δfpr max为负荷参与一次调频的最大频率偏差量，k∈[1,i]，Pk为序列中第k个负荷群的可响应功率，PDR为参与电网调频的实际频率响应负荷量。
例如，设电网中存在10个负荷群G1～G10，其可响应功率如下表1：
表1负荷群G1～G10的可响应功率
Figure BDA0001822434270000062
将负荷群G1～G10按可响应功率的大小降序排列，则负荷群的序列如下表2：
表2负荷群G1～G10的序列
Figure BDA0001822434270000063
设参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝2.9GW，负荷参与一次调频的死区频率Δfdb＝-0.05Hz，负荷参与一次调频的最大频率偏差量Δfprmax＝-0.4Hz；则序列中负荷群的频率阈值如下表3：
表3负荷群G1～G10的频率阈值
Figure BDA0001822434270000064
设当前电网频率偏差为-0.2Hz，则令负荷G3、G9和G2关闭。
具体的，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动，包括：
将所述参与电网调频的响应负荷群按可响应时间降序排列，得到负荷群新序列；
根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，确定新序列中各负荷群的最小关断时间；
对于经过最小关断时间后的参与电网调频的响应负荷群，则恢复启动。
具体的，根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，通过下式确定新序列中各负荷群的最小关断时间：
Figure BDA0001822434270000071
其中，Toff(m)为新序列中第m个负荷群的最小关断时间，Toff0为最小关断时间初始参考值，Pq为新序列中第q个参与调频的频率响应负荷群的可响应功率，q∈[1,m]，m为新序列中负荷群总数量，kre为梯度恢复系数。
例如，设电网中存在的可响应时间由高到低的10个参与电网调频的响应负荷群H1～H10，其响应功率如下表4：
表4参与电网调频的响应负荷群H1～H10的可响应功率
Figure BDA0001822434270000072
设最小关断时间初始参考值Toff0＝30s，梯度恢复系数kre＝0.01，其最小关断时间分别计算如下表5：
表5参与电网调频的响应负荷群H1～H10的最小关断时间
Figure BDA0001822434270000073
当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内时，令负荷群H1～H10在经过其对应的最小关断时间后恢复工作。
本发明提供的技术方案，通过分散设置负荷的频率阈值有效引导频率响应负荷快速有序参与调频，在电网发生大功率缺失故障时为电网功率缺额时提供了有效支撑，减弱电网频率的跌落程度和负荷紧急控制措施的切负荷总量以及控制代价，能够有效避免负荷无序动作对对电网频率造成额外冲击，降低了对用户的影响；并在电网恢复过程中对海量分散负荷分组设置不同的最小关断时间，能够控制负荷有序恢复工作。本发明提供的技术方案可应用于电力系统调度层，使得调度中心可以对系统的频率响应负荷智能终端进行有序控制，增强电力系统稳定性和抵御大规模连锁故障的能力。
一种电网大功率缺失故障负荷参与调频装置，如图2所示，所述装置包括：
确定模块：用于根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量，确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；
停止模块：用于根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，并停止所述参与电网调频的响应负荷群运行；
启动模块，用于当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动。
具体的，所述根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量确定参与电网调频的实际频率响应负荷量，包括：
若PDRN≥PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRmax；
若PDRN＜PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRN；
其中，PDRN为频率响应负荷需求量，PDRmax为参与电网调频的最大频率响应负荷量。
具体的，所述根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，包括：
将电网中各负荷群按可响应功率的大小进行降序排列，得到负荷群序列；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，确定序列中各负荷群的频率阈值；
将频率阈值高于当前电网频率偏差的负荷群作为参与电网调频的响应负荷群。
具体的，根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，通过下式确定序列中各负荷群的频率阈值：
Figure BDA0001822434270000081
上式中，Δfth(i)为序列中第i个负荷群的频率阈值，Δfdb为负荷参与一次调频的死区频率，Δfprmax为负荷参与一次调频的最大频率偏差量，k∈[1,i]，Pk为序列中第k个负荷群的可响应功率，PDR为参与电网调频的实际频率响应负荷量。
具体的，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动，包括：
将所述参与电网调频的响应负荷群按可响应时间降序排列，得到负荷群新序列；
根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，确定新序列中各负荷群的最小关断时间；
对于经过最小关断时间后的参与电网调频的响应负荷群，则恢复启动。
具体的，根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，通过下式确定新序列中各负荷群的最小关断时间：
Figure BDA0001822434270000091
其中，Toff(m)为新序列中第m个负荷群的最小关断时间，Toff0为最小关断时间初始参考值，Pq为新序列中第q个参与调频的频率响应负荷群的可响应功率，q∈[1,m]，m为新序列中负荷群总数量，kre为梯度恢复系数。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频方法，其特征在于，所述方法包括：
根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量，确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，并停止所述参与电网调频的响应负荷群运行；
当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内时，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动；
所述根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，包括：
将电网中各负荷群按可响应功率的大小进行降序排列，得到负荷群序列；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，确定序列中各负荷群的频率阈值；
将频率阈值高于当前电网频率偏差的负荷群作为参与电网调频的响应负荷群；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，通过下式确定序列中各负荷群的频率阈值：
Figure FDA0003710457800000011
上式中，Δfth(i)为序列中第i个负荷群的频率阈值，Δfdb为负荷参与一次调频的死区频率，Δfprmax为负荷参与一次调频的最大频率偏差量，k∈[1，i]，i为序列中负荷群的总数，Pk为序列中第k个负荷群的可响应功率，PDR为参与电网调频的实际频率响应负荷量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量确定参与电网调频的实际频率响应负荷量，包括：
若PDRN≥PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRmax；
若PDRN＜PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRN；
其中，PDRN为频率响应负荷需求量，PDRmax为参与电网调频的最大频率响应负荷量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动，包括：
将所述参与电网调频的响应负荷群按可响应时间降序排列，得到负荷群新序列；
根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，确定新序列中各负荷群的最小关断时间；
对于经过最小关断时间后的参与电网调频的响应负荷群，则恢复启动。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，通过下式确定新序列中各负荷群的最小关断时间：
Figure FDA0003710457800000021
其中，Toff(m)为新序列中第m个负荷群的最小关断时间，Toff0为最小关断时间初始参考值，Pq为新序列中第q个参与调频的频率响应负荷群的可响应功率，q∈[1，m]，m为新序列中负荷群总数，kre为梯度恢复系数。
5.一种电网大功率缺失故障负荷群参与调频装置，其特征在于，所述装置包括：
确定模块：用于根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量，确定参与电网调频的实际频率响应负荷量；
停止模块：用于根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，并停止所述参与电网调频的响应负荷群运行；
启动模块，用于当电网的当前频率恢复到一次调频死区之内，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动；
所述根据参与电网调频的实际频率响应负荷量确定参与电网调频的响应负荷群，包括：
将电网中各负荷群按可响应功率的大小进行降序排列，得到负荷群序列；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，确定序列中各负荷群的频率阈值；
将频率阈值高于当前电网频率偏差的负荷群作为参与电网调频的响应负荷群；
根据参与电网调频的实际频率响应负荷量，通过下式确定序列中各负荷群的频率阈值：
Figure FDA0003710457800000031
上式中，Δfth(i)为序列中第i个负荷群的频率阈值，Δfdb为负荷参与一次调频的死区频率，Δfprmax为负荷参与一次调频的最大频率偏差量，k∈[1，i]，i为序列中负荷群的总数，Pk为序列中第k个负荷群的可响应功率，PDR为参与电网调频的实际频率响应负荷量。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述根据参与电网调频的最大频率响应负荷量和频率响应负荷需求量确定参与电网调频的实际频率响应负荷量，包括：
若PDRN≥PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRmax；
若PDRN＜PDRmax，则参与电网调频的实际频率响应负荷量PDR＝PDRN；
其中，PDRN为频率响应负荷需求量，PDRmax为参与电网调频的最大频率响应负荷量。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述参与电网调频的响应负荷群经过相应的最小关断时间后恢复启动，包括：
将所述参与电网调频的响应负荷群按可响应时间降序排列，得到负荷群新序列；
根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，确定新序列中各负荷群的最小关断时间；
对于经过最小关断时间后的参与电网调频的响应负荷群，则恢复启动。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，根据参与电网调频的响应负荷群的可响应功率，通过下式确定新序列中各负荷群的最小关断时间：
Figure FDA0003710457800000041
其中，Toff(m)为新序列中第m个负荷群的最小关断时间，Toff0为最小关断时间初始参考值，Pq为新序列中第q个参与调频的频率响应负荷群的可响应功率，q∈[1，m]，m为新序列中负荷群总数，kre为梯度恢复系数。
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