CN109217334B - 一种功率的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种功率的控制方法及装置，涉及电力控制技术领域，用于在电力系统发生不确定性故障后快速对系统的功率进行控制。该方法包括：采集电力系统的实时频率数值，根据实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变；若否，判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围；若电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，则确定存在不平衡功率，计算电力系统的不平衡功率值，并根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制。本发明用于电力系统的控制。

Description

一种功率的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及电力控制技术领域，尤其涉及一种功率的控制方法及装置。

背景技术

云南省资源丰富，水电、风电装机容量占比超过70％，云南电网属于多直流电力外送电网，通过多回“西电东送”直流输电工程将省内电力送往珠三角地区。2016年云南电网与南方电网主网实施异步联网后，云南电网同步网的规模明显变小，随着新能源规模日益增大，系统转动惯量的变化使得电力系统的频率特性也随之改变，因此，如何控制频率稳定成为云南电网运行中的突出问题。

通常，频率的稳定与电力系统中的有功功率存在一定关系，当电力系统发生故障造成功率缺额时，即电力系统中的受电装置无法达到额定功率，电力系统的频率会下降，反之电力系统的频率会升高，从而造成电力系统的频率不稳定现象。现有技术中，对于电力系统中的确定性故障，如大功率直流闭锁，电力系统可以采取稳控切机措施控制功率，使电力系统的频率恢复稳定，而对于电力系统中的不确定性故障，电力系统只能通过设置不同轮次的高周切机或低周减载对功率进行控制，但这种控制方法必须等到电力系统的频率偏差较大时才能动作，不能在电力系统发生故障的第一时间快速进行功率控制，因此，基于现有技术的不足，如何在电力系统发生不确定性故障后快速对系统的功率进行控制成为待解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种功率的控制方法及装置，用于在电力系统发生不确定性故障后快速对系统的功率进行控制。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种功率的控制方法，应用于电力系统中，该方法包括：

采集电力系统的实时频率数值，根据实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变；

若否，判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围；

若电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，则确定存在不平衡功率，计算电力系统的不平衡功率值，并根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制。

第二方面，提供一种功率的控制装置，应用于电力系统中，该装置包括：

采集模块，用于采集电力系统的实时频率数值；

处理模块，用于根据采集模块采集的实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变、判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围、计算电力系统的不平衡功率值；

控制模块，用于根据处理模块计算的电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制。

本发明实施例提供的一种应用于电力系统的功率控制方法，通过采集电力系统的实时频率数值，根据实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变、判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围、若电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，则确定存在不平衡功率，计算电力系统的不平衡功率值，并根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制，解决了如何在电力系统发生不确定性故障后快速对系统的功率进行控制成为待解决的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的功率的控制方法流程图之一；

图2为本发明实施例提供的功率的控制方法流程图之二；

图3为本发明实施例提供的电力系统的频率偏差轨迹图之一；

图4为本发明实施例提供的电力系统的频率偏差轨迹图之二；

图5为本发明实施例提供的电力系统的频率偏差轨迹图之三；

图6为本发明实施例提供的电力系统的频率偏差轨迹图之四；

图7为本发明实施例提供的功率的控制装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

还需要说明的是，本发明实施例中，“的(英文：of)”，“相应的(英文：corresponding，relevant)”和“对应的(英文：corresponding)”有时可以混用，应当指出的是，在不强调其区别时，其所要表达的含义是一致的。

本发明实施例提供一种功率的控制方法，应用于电力系统中，参照图1所示，该方法包括：

S1、采集电力系统的实时频率数值。

可选的，在采集电力系统的实时频率数值之前，参照图2所示，该方法还包括：

S01、根据电力系统的运行方式选取变电站，并根据变电站确定电力系统的频率。

具体的，按照电网(即电力系统)的实际运行方式，主要的交流与直流传输线路的选取方式为：建立网络拓扑结构及等值模型，将电网作一定的简化处理并进行系统仿真，调节电网的运行方式为极限方式。选取真实反映系统频率稳定特性的重要变电站，将其频率作为观测信息，通过PMU装置进行实时采集。在云南电网中的实例计算中，选取枢纽站500kV宝峰站的频率轨迹为分析基础。

S2、根据实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变。

具体的，在电网运行过程中，通过相量测量单元PMU采集电力系统中的实时频率数值，差分得到频率微变化量，通过分析相邻时刻频率微变化量是否发生畸变，判断是否为故障清除后频率正常变化斜率。其中，相量测量单元PMU的功能是在线连续不断地监视和测量发电机的功角和各母线电压、电流的幅值和相角。在系统中各发电机以及枢纽变电站安装PMU，并通过通信网络和主站相连。各PMU单元，通过GPS对时在同一时刻采集向量和功角，并在测量的参数上“贴上”时标，实时地向控制中心传送。

示例性的，以2017年云南电网系统频率仿真曲线为例进行算例说明，参照图3、图4中的频率上升速率与系统中不平衡功率量存在明显关系，与故障后的时间期间的系统损失功率存在着对应关系。

其中，图3中为发生直流闭锁2500MW后，故障后云南电网损失外送功率为2500MW，故障后0至5秒钟期间最大频差为0.71Hz(额定频率为50Hz)，系统由50Hz升高至50.71Hz，期间平均上升速率为0.14Hz每秒，故障后0至2秒钟上升速率相对较快，约0.22Hz每秒。图4中为发生直流闭锁5000MW后，故障后云南电网损失外送功率为5000MW，故障后0至7秒钟期间最大频率差为1.89Hz(额定频率为50Hz)，系统频率由50Hz升高至51.89Hz，期间平均上升速率为0.27Hz每秒，故障后0至2秒钟频率的上升速率相对较快，约0.48Hz每秒。

具体的，判断电力系统的频率的斜率是否发生突变包括：判断电力系统的实时频率数值是否满足公式：|Δf(t+mT)|<f_U且|Δf(t+mT)|<k|Δf(t+(m-1)T)|；若是，则判断电力系统的频率的斜率未发生突变。

其中，t为采集电力系统的实时频率数值的初始时刻，T为电力系统的实时频率数值的采样周期，m为大于1的整数，Δf为电力系统的实时频率的微变化量，f_U为电力系统的实时频率的非正常频率偏差值，k为线性约束因子。

示例性的，根据PMU装置采集周期为100Hz为例，量测计算得出的频率值一般为每秒钟100次。通过故障清除后频率斜率识别方法为：采用相量测量单元PMU采集得到步骤S1中频率观测节点的实时频率序列：{f(t),f(t+T),f(t+2T)....},t为采样起始时刻,T为采样周期，对连续时刻频率数值进行差分运算，得到频率微变化量，其中m值越小反应越灵敏，但对量测精度要求越高。图3与图4中的频率轨迹是在故障后5-7秒钟频率升到最高值，0.1秒钟的计算精度可以满足实际要求。m取值为10，为每0.1秒钟计算一次微变量，正常频率变化率在0.10Hz/0.10s以下，考虑一定的裕度后，当每次微变量Δf超过0.2Hz/0.10s为频率异常值，即(Δf>f_U＝0.2)时不启动频率积分算法，进入下一采样时刻，重复步骤S1对电力系统的实时频率数值进行采集。

一般故障期间频率变化相对剧烈，为了躲过故障期间的非正常频率畸变，通过判断k值，线性约束因子k取值范围为5-10，并判断|Δf(t+mT)|<f_U，|Δf(t+mT)|<k|Δf(t+(m-1)T)|是否成立，如成立，则判断此时刻为故障清除后频率上升或下降斜率正常，电力系统执行步骤S3进行频率轨迹面积积分，若不成立则进入下一采样时刻，重复步骤S1对电力系统的实时频率数值进行采集。

S3、判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围。

具体的，当确定实时频率数值满足公式：|f(t)-n|>Δf_dz时，判断电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，其中，f(t)为电力系统的实时频率数值，n为电力系统的额定频率，Δf_dz为电力系统的频率死区。

示例性的，在步骤S2中，当判断故障清除后频率为正常变化斜率后，即电力系统的频率的斜率未发生突变，以故障清除后的实时频率数值为积分基数，电力系统的额定频率n为50Hz，设置频率死区为[49.8Hz，50.2Hz]，Δf_dz为0.20Hz，当频率在频率死区外时，即电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，电力系统确定存在不平衡功率值，开始进行频率轨迹面积积分，频率回到频率死区内停止积分。

S4、计算电力系统的不平衡功率值，并根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制。

具体的，根据公式：

计算电力系统的频率积分值，其中，A为电力系统的频率积分值，t₀为积分起始时间，t_end为积分终止时间，f(t)为电力系统的实时频率数值，n为电力系统的额定频率。

根据公式：P＝k(f，a)×A计算电力系统的不平衡功率值，其中，P为电力系统的不平衡功率值，k(f，a)为电力系统的频率和功率对应的系数函数。

示例性的，以图3、图4为例进行说明，根据公式：

计算电力系统的频率积分值，选择t_end为2秒，计算的电力系统的频率积分值，即轨迹面积A为0.37Hz.s，选择电力系统的频率和功率对应的系数函数k(50.53，0.37)＝2900，则电力系统的不平衡功率值P为1073MW。在实际仿真分析中，直流闭锁了2500MW，其他直流FLC提升功率1530MW，实际不平衡功率约为970MW。因此以图3为例的本发明提供的功率控制方法中的不平衡功率量计算误差为103MW，计算精度约为90.4％。

图4中根据公式：

计算电力系统的频率积分值为0.94Hz.s，选择电力系统的频率和功率对应的系数函数k(51.05，0.94)＝3800，则不平衡功率为3572MW，在实际仿真分析中，直流闭锁了5000MW，其他直流FLC提升功率1640MW，不平衡功率约为3360MW。以图4为例的本发明提供的功率控制方法中计算误差为212MW，计算精度94.1％。

图3中轨迹面积A为正，系统频率超过额定频率50Hz，电力系统设置的功率值为1200MW，图3中系统不平衡功率为1073MW，由于图3中系统不平衡功率小于电力系统设置的功率值，不满足高频控制要求，返回至步骤S1进入下一采样时刻。图4中不平衡功率为3572MW，大于电力系统设置的功率值，满足高频控制要求。电力系统发出高频功率控制命令，如降低机组出力或者提高外送直流功率等高频控制措施。

示例性的，参照图5所示为例进行说明。

图5中根据公式：

计算电力系统的频率积分值为-0.78Hz.s，选择电力系统的频率和功率对应的系数函数k(49.18，0.68)＝3500，则不平衡功率为-2730MW，在实际仿真分析中，跳机组损失功率为5000MW，计算中直流FLC降低功率2450MW，实际不平衡功率约为-2550MW。本发明方法计算误差为180MW，计算精度93.4％。

图5中轨迹面积A为负，系统频率低于额定频率50Hz，电力系统设置的功率值为1500MW，图3中系统不平衡功率为-2730MW，电力系统不平衡功率值的绝对值大于电力系统设置的功率值，满足低频控制要求。电力系统发出低频功率控制命令，如降低外送直流功率等低频控制措施。

示例性的，参照图6所示为故障发生2秒钟后，降低云南直流外送功率2000MW后的频率轨迹仿真曲线，系统频率偏差为-0.87Hz(额定频率为50Hz)，此时系统最低频率为49.13Hz，将频率的最低值提高0.53Hz。实际运行中云南电网第一轮低频减载动作值为49.0Hz，当频率低于49Hz后将会第一轮低频将自动切除云南电网负荷的7％(切除负荷值约1000MW)，采取控制措施后将不会触发云南电网第一轮低频减载动作，可减少电网大面积停电的风险。

通过采集电力系统的实时频率数值，根据实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变、判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围、计算电力系统的不平衡功率值，并根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制，解决了如何在电力系统发生不确定性故障后快速对系统的功率进行控制成为待解决的问题。

本发明又一实施例提供一种功率的控制装置，应用于电力系统中，参照图7所示，该装置10包括：

采集模块101，用于采集电力系统的实时频率数值。

处理模块102，用于根据采集模块采集的实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变、判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围、计算电力系统的不平衡功率值。

控制模块103，用于根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制。

通过采集模块采集电力系统的实时频率数值，处理模块根据实时频率数值判断电力系统的频率的斜率是否发生突变、判断电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围、计算电力系统的不平衡功率值，并根据电力系统的不平衡功率值对电力系统的功率进行控制，解决了如何在电力系统发生不确定性故障后快速对系统的功率进行控制成为待解决的问题。

进一步的，处理模块还用于根据电力系统的运行方式选取变电站，并根据变电站确定电力系统的频率。

进一步的，处理模块具体用于：判断电力系统的实时频率数值是否满足公式：|Δf(t+mT)|<f_U且|Δf(t+mT)|<k|Δf(t+(m-1)T)|；若满足公式，处理模块判断电力系统的频率的斜率未发生突变。

其中，t为采集电力系统的实时频率数值的初始时刻，T为电力系统的实时频率数值的采样周期，m为大于1的整数，Δf为电力系统的实时频率的微变化量，f_U为电力系统的实时频率的非正常频率偏差值，k为线性约束因子。

进一步的，处理模块具体用于：当实时频率数值满足公式：|f(t)-n|>Δf_dz时，判断电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，其中，f(t)为电力系统的实时频率数值，n为电力系统的额定频率，Δf_dz为电力系统的频率死区。

进一步的，处理模块具体用于：根据公式：

计算电力系统的频率积分值，其中，A为电力系统的频率积分值，t₀为积分起始时间，t_end为积分终止时间、f(t)为电力系统的实时频率数值，n为电力系统的额定频率。

根据公式：P＝k(f，a)×A计算电力系统的不平衡功率值，其中P为电力系统的不平衡功率值，k(f，a)为电力系统的频率和功率对应的系数函数。

进一步的，控制模块具体用于：当电力系统的不平衡功率值为正，且不平衡功率值的绝对值大于电力系统设置的功率值时，发出高频控制指令。

当电力系统的不平衡功率值为负，且不平衡功率值的绝对值大于电力系统设置的功率值时，发出低频控制指令。

本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种功率的控制方法，应用于电力系统中，其特征在于，包括：

采集所述电力系统的实时频率数值，根据所述实时频率数值判断所述电力系统的频率的斜率是否发生突变；

若否，判断所述电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围；

若所述电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，则确定存在不平衡功率，计算所述电力系统的不平衡功率值，并根据所述电力系统的不平衡功率值对所述电力系统的功率进行控制；

所述计算所述电力系统的不平衡功率值包括：根据公式

计算所述电力系统的频率积分值，其中，A为所述电力系统的频率积分值，t₀为积分起始时间，t_end为积分终止时间，f(t)为所述电力系统的实时频率数值，n为所述电力系统的额定频率；根据公式：P＝k(f，a)×A计算所述电力系统的不平衡功率值，其中，P为所述电力系统的不平衡功率值，k(f，a)为所述电力系统的频率和功率对应的系数函数；

所述判断所述电力系统的频率的斜率是否发生突变包括：

判断所述电力系统的实时频率数值是否满足公式：|Δf(t+mT)|<f_U且|Δf(t+mT)|<k|Δf(t+(m-1)T)|；若是，则判断所述电力系统的频率的斜率未发生突变；

其中，t为采集所述电力系统的实时频率数值的初始时刻，T为所述电力系统的实时频率数值的采样周期，m为大于1的整数，Δf为所述电力系统的实时频率的微变化量，f_U为所述电力系统的实时频率的非正常频率偏差值，k为线性约束因子。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集所述电力系统的实时频率数值之前，所述方法还包括：

根据所述电力系统的运行方式选取变电站，并根据所述变电站确定所述电力系统的频率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围包括：

当确定所述实时频率数值满足公式：|f(t)-n|>Δf_dz时，判断所述电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，其中，f(t)为所述电力系统的实时频率数值，n为所述电力系统的额定频率，Δf_dz为所述电力系统的频率死区。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电力系统的不平衡功率值对所述电力系统的功率进行控制包括：

当所述电力系统的不平衡功率值为正，且所述不平衡功率值的绝对值大于所述电力系统设置的功率值时，发出高频控制指令；

当所述电力系统的不平衡功率值为负，且所述不平衡功率值的绝对值大于所述电力系统设置的功率值时，发出低频控制指令。

5.一种功率的控制装置，应用于电力系统中，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集所述电力系统的实时频率数值；

处理模块，用于根据所述采集模块采集的所述实时频率数值判断所述电力系统的频率的斜率是否发生突变；若所述电力系统的频率的斜率没有发生突变，则判断所述电力系统的实时频率数值是否超出频率限制范围；若所述电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，则确定存在不平衡功率，计算所述电力系统的不平衡功率值；

所述处理模块具体用于：根据公式：

计算所述电力系统的频率积分值，其中，A为所述电力系统的频率积分值，t₀为积分起始时间，t_end为积分终止时间，f(t)为所述电力系统的实时频率数值，n为所述电力系统的额定频率；根据公式：P＝k(f，a)×A计算所述电力系统的不平衡功率值，其中P为所述电力系统的不平衡功率值，k(f，a)为所述电力系统的频率和功率对应的系数函数；

控制模块，用于根据所述处理模块计算的所述电力系统的不平衡功率值对所述电力系统的功率进行控制；

所述处理模块具体用于：

判断所述电力系统的实时频率数值是否满足公式：|Δf(t+mT)|<f_U且|Δf(t+mT)|<k|Δf(t+(m-1)T)|；若满足该公式，所述处理模块判断所述电力系统的频率的斜率未发生突变；

其中，t为采集所述电力系统的实时频率数值的初始时刻，T为所述电力系统的实时频率数值的采样周期，m为大于1的整数，Δf为所述电力系统的实时频率的微变化量，f_U为所述电力系统的实时频率的非正常频率偏差值，k为线性约束因子。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述处理模块还用于根据所述电力系统的运行方式选取变电站，并根据所述变电站确定所述电力系统的频率。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

当确定所述实时频率数值满足公式：|f(t)-n|>Δf_dz时，判断所述电力系统的实时频率数值超出频率限制范围，其中，f(t)为所述电力系统的实时频率数值，n为所述电力系统的额定频率，Δf_dz为所述电力系统的频率死区。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述控制模块具体用于：

当所述电力系统的不平衡功率值为正，且所述不平衡功率值的绝对值大于所述电力系统设置的功率值时，发出高频控制指令；

当所述电力系统的不平衡功率值为负，且所述不平衡功率值的绝对值大于所述电力系统设置的功率值时，发出低频控制指令。

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