CN109494761B - 一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法及系统，包括：确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；通过比较最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。通过上述方案精确计算高频故障下控制系统频率峰值所需要的资源等效有功切除量，协调多种资源参与系统的紧急频率控制，兼顾不同资源的经济性和动作速度特性，使得整体上系统的紧急频率控制效果达到最好。

Description

一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体涉及一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法及系统。

背景技术

随着电力系统的迅速发展，越来越多的资源并入到电网中运行，电网结构及其运行方式日趋复杂。风能资源因其对环境影响小、发电成本低、技术发展快且规模效益显著，已经成为发展最快的可再生能源，并开始大规模的并网运行。高压直流(HVDC)输电技术在快速可控性和大规模、远距离输电等方面有着不可替代的优势，其在电能传输方面得到了快速发展。因此，含风电和直流的电网在我国的电网结构中具有一定的普遍意义。

伴随着电网中资源种类的逐渐增多，系统出现故障的概率也有所提高，如风电波动性的扰动，HVDC闭锁等问题，都会导致系统进入紧急状况。电力系统发生大的故障会导致系统频率发生大幅波动、发电机跳闸以及系统解列等影响系统安全稳定运行的问题，此时，必须采取紧急控制措施来稳定系统频率。同时，在当前电力系统中，可参加紧急频率控制的资源逐渐多样化，如火电机组、风机、HVDC等，但是不同调频资源的调频性能存在差异。

目前关于切机的量、轮次以及地点对系统紧急控制的作用，直流如何参与多回路紧急功率支援，快关汽门对紧急控制的效果等方面的研究比较多，但关于紧急控制资源的动作速度特性设计紧急控制策略以及协调多种资源参与系统的紧急频率控制等问题的研究较少。

发明内容

为了填补上述现有技术的空白，本发明提供一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法及系统，依据资源的动作特征精确计算不同资源的等效有功切除量，将系统频率峰值控制在目标阈值以下，从而有效地稳定系统频率。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法，包括：

确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；

基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

通过比较所述最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。

优选的，所述紧急频率控制资源包括：快关汽门、高压直流输电系统和发电机组。

进一步地，通过下式确定系统发生高频故障后需要切除的系统过剩功率：

式中，P_a(t_m)为系统过剩功率，H为发电机组的惯性时间常数，f₀为系统额定频率，Δf_m为系统频率的偏差值，ΔP_m(t)为一次调频调节的机械功率，P_a(t)为系统过剩功率；D为系统的阻尼系数。

进一步地，基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除的最大有效有功动作量包括：

基于系统频率的偏差值，计算故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间；

根据所述故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间定义动作时间；

将所述动作时间和紧急频率控制资源的调节信号量最大值代入预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量。

进一步地，通过下式确定故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间：

式中，α、A_m、φ、Ω均为发电机组惯性时间常数，且

K_s表示系统的频率调节效应系数，且K_S＝K_L+K_G；K_G表示发电机组的频率调节效应系数，K_L表示负荷的频率调节效应系数，T_g为发电机组惯性时间常数，T_f为系统频率下降的时间常数，且

T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，系统频率的偏差值Δf_m＝f_m-f₀中的f_m为系统频率，f₀为系统额定频率。

进一步地，所述有功动作速度模型包括如下的计算式：

式中，ΔY为调度中心传递的调节信号量；T_a为信号传递的时间常数，f₁，f₂，f₃分别为汽轮机高、中、低压缸的稳态输出功率占总的输出功率的百分比，T_CH为高压蒸汽容积时间常数，T_RH为中间再热蒸汽容积时间常数，T_CO为低压蒸汽容积时间常数，s为快关汽门有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，k_dc为高压直流输电系统的调节系数，T_dc为高压直流输电系统的惯性时间常数，ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，s'为高压直流输电系统的有功功率支援量与调节信号量之间的传递函数，s”为发电机组有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，ΔP_ct为发电机组的切机容量，k_c为切机信号的增益，τ₀为发电机组的延迟时间。

进一步地，所述通过比较最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略包括：

若系统过剩功率未超过动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除系统过剩功率；

若所述系统过剩功率大于最大有效有功动作量，则切除出力与系统过剩功率相近的发电机组，并将切除发电机组后的剩余有功功率与最大有效有功动作量进行比较；

若切除发电机组后的剩余有功功率未超过所述最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除所述切除发电机组后的剩余有功功率；若切除发电机组后的剩余有功功率大于所述最大有效有功动作量，则切除出力大于所述切除发电机组后的剩余有功功率的发电机组。

进一步地，通过下式确定切除发电机组后的剩余有功功率：

式中，ΔP′为切除发电机组后的剩余有功功率，ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量；ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，ΔP_Tkg为快关汽门总的可调容量，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调节容量。

进一步地，通过下式确定快关汽门的可调容量：

式中，ΔP_Tkg为快关汽门的可调容量，m为带有快关汽门装置的火电机组个数，B_i为火电机组i的快关汽门调节比例，P_i为火电机组i的装机容量。

进一步地，通过下式确定高压直流输电系统的可调容量：

ΔP_Tdc＝k_aP_Edc

式中，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调容量，k_a为直流的过载能力系数，P_Edc为直流额定有功功率传输量。

一种计及资源动作速度的紧急频率控制系统，包括：

确定模块，用于确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；

计算模块，用于基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

控制模块，用于通过比较所述最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法及系统，用以解决含新能源和直流输电的系统在故障或大扰动等紧急情况下的频率稳定问题。首先，确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量。通过对直流紧急功率支援、快关汽门以及切机等控制资源建立有功动作速度模型，分析不同紧急频率控制资源的动作速度对系统紧急频率控制的影响，从而计算获得精确的高频故障下控制系统频率峰值所需要的资源等效有功切除量。

其次，通过比较最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。以上协调多种资源参与系统的紧急频率控制方案，兼顾了不同资源的经济性和动作速度特性，有效地改善紧急情况下电网频率动态性能，使得系统频率峰值控制在目标阈值以下，有效地稳定系统频率。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的方法流程图；

图2是本发明实施例中提供的风电经HVDC外送的两区域仿真系统结构示意图；

图3是本发明实施例中提供的不同动作速度的资源对紧急频率控制的示意图；

图4是本发明实施例中提供的策略执行流程图；

图5是本发明实施例中提供的仿真实例中计及资源动作速度与不计及资源动作速度的控制效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法，如图1所示，包括：

S1确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；

S2基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

S3通过比较所述最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。

其中，紧急频率控制资源包括发电机组、风机、HVDC等，本发明通过分析发电机组、风机、HVDC等资源的动作速度特性，精确计算高频故障下控制系统频率峰值所需要的资源等效有功切除量；如图3所示，基于不同动作速度的资源对紧急频率控制亦不同的特点，协调多种资源参与系统的紧急频率控制，兼顾不同资源的经济性和动作速度特性，使得整体上系统的紧急频率控制效果达到最好，如图5所示。

具体地，本发明采用以下技术方案实现，包括下列步骤：

步骤S1中，通过下式确定系统发生高频故障后需要切除的系统过剩功率：

式中，P_a(t_m)为系统过剩功率，H为发电机组的惯性时间常数，f₀为系统额定频率，Δf_m为系统频率的偏差值，ΔP_m(t)为一次调频调节的机械功率，P_a(t)为系统过剩功率；D为系统的阻尼系数。

步骤S2中，基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除的最大有效有功动作量包括：

a，基于系统频率的偏差值，计算故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间；

所述故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间是将系统频率的偏差值Δf_m＝f_m-f₀代入近似频率响应方程中得到的。近似频率响应方程为：

其中，

T_g为发电机惯性时间常数；K_G为发电机的频率调节效应系数，K_L为负荷的频率调节效应系数，T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，

表示系统频率下降的时间常数，K_S＝K_L+K_G表示整个系统的频率调节效应系数。

由此获得下式所示的故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间：

式中，α、A_m、φ、Ω均为发电机组惯性时间常数，且

K_s表示系统的频率调节效应系数，且K_S＝K_L+K_G；K_G表示发电机组的频率调节效应系数，K_L表示负荷的频率调节效应系数，T_g为发电机组惯性时间常数，T_f为系统频率下降的时间常数，且

T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，系统频率的偏差值Δf_m＝f_m-f₀中的f_m为系统频率，f₀为系统额定频率。

b，根据故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间定义动作时间Δt_mc＝t_m-t_c；

c，将动作时间和紧急频率控制资源的调节信号量最大值代入预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量ΔP_Lkd＝ΔP_kg+ΔP_dc；或者计算动作时间内通过高压直流输电系统和发电机组切除系统过剩功率的最大有效有功动作量，或者计算动作时间内通过快关汽门和发电机组切除系统过剩功率的最大有效有功动作量。从而突出了考虑多种控制资源的优越性。此处以动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量为例。其中，t_m为故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间，t_c为标准时间间隔，ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量，ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量。

有功动作速度模型的构建如下式：

式中，ΔY为调度中心传递的调节信号量；T_a为信号传递的时间常数，f₁，f₂，f₃分别为汽轮机高、中、低压缸的稳态输出功率占总的输出功率的百分比，f₁+f₂+f₃＝1，一般的f₁∶f₂∶f₃＝0.3∶0.4∶0.3；T_CH为高压蒸汽容积时间常数，一般为0.1～0.4s；T_RH为中间再热蒸汽容积时间常数，一般为4～11s；T_CO为低压蒸汽容积时间常数，一般为0.3～0.5s。ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量，s为快关汽门有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，k_dc为高压直流输电系统的调节系数，T_dc为高压直流输电系统的惯性时间常数，ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，s'为高压直流输电系统的有功功率支援量与调节信号量之间的传递函数，s”为发电机组有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，ΔP_ct为发电机组的切机容量，k_c为切机信号的增益，τ₀为发电机组的延迟时间。

如图4所示，步骤S3中，通过比较最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略包括：

若系统过剩功率未超过动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除系统过剩功率；

若所述系统过剩功率大于最大有效有功动作量，则切除出力与系统过剩功率相近的发电机组，并将切除发电机组后的剩余有功功率与最大有效有功动作量进行比较；

若切除发电机组后的剩余有功功率未超过所述最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除所述切除发电机组后的剩余有功功率；若切除发电机组后的剩余有功功率大于所述最大有效有功动作量，则切除出力大于所述切除发电机组后的剩余有功功率的发电机组。

具体地：在动作时间Δt_mc内，高压直流输电系统的紧急功率支援和快关汽门能够动作的最大有效有功量为ΔP_Lkd。当ΔP_Lkd≥P_a(t_m)时，快关汽门和HVDC能够完全切除系统过剩功率时，只需要依据快关汽门和HVDC可调容量进行比例切除系统过剩功率，而不需要切机。

快关汽门和HVDC无法完全切除系统过剩功率时，则先切除发出的有功量ΔP_Sdt最接近系统有功过剩量P_a(t_m)的发电机组。当ΔP_Sct≥P_a(t_m)时，直接切除所选机组。当ΔP_Sct＜P_a(t_m)时，计算剩余有功功率ΔP′＝P_a(t_m)-ΔP_Sct，分为以下两种来切除过剩功率。

1)ΔP′≤ΔP_Lkd

快关汽门和HVDC有能力切除剩余有功功率时，依据它们的可调容量大小进行比例切除剩余的有功功率ΔP′。具体的分配策略如下：

式中，ΔP_kg为快关汽门在t_me时间内需要动作的有功量；ΔP_dc为直流在t_me时间内需要回降的有功量。ΔP_Tkg为快关汽门总的可调容量，ΔP_Tdc为直流的可调节容量。

2)ΔP′＞ΔP_Lkd

当快关汽门和HVDC可切除的有功功率小于ΔP′时，需要增大切机量。选择切除发出功率大于系统过剩功率P_a(t_m)且最接近P_a(t_m)的机组，而不利用快关汽门和HVDC切除有功功率。

其中，通过下式确定快关汽门的可调容量：

式中，ΔP_Tkg为快关汽门的可调容量，m为带有快关汽门装置的火电机组个数，B_i为火电机组i的快关汽门调节比例，P_i为火电机组i的装机容量。

通过下式确定高压直流输电系统的可调容量：

ΔP_Tdc＝k_aP_Edc

式中，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调容量，k_a为直流的过载能力系数，P_Edc为直流额定有功功率传输量。

此外，切机的可调容量为：

其中，ΔP_Tct为总的切机可调节容量；n为火电机组的个数；m为风电机组的个数；P_Sti为第i台火力发电机组实际出力；P_Swj为第j台风力发电机实际出力。

实施例1：

1：获取电力系统的实时频率值，当频率高于紧急频率控制策略的启动值f_c时，启动本策略。

2：计算故障发生后频率到达目标控制峰值时系统的过剩功率。根据下面公式获取系统频率到达目标阈值的时间t_m。

其中，

T_g为发电机惯性时间常数；K_G为发电机的频率调节效应系数，K_L为负荷的频率调节效应系数，T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，

表示系统频率下降的时间常数，K_S＝K_L+K_G表示整个系统的频率调节效应系数。

将t_m带入下面公式，得到频率到达目标控制峰值时系统的过剩功率P_a(t_m)

其中，H为发电机的惯性时间常数；f₀为系统额定频率；Δf(t)为系统的频率偏差值；ΔP_m(t)为一次调频调节的机械功率；P_a(t)为系统有功过剩量；D为系统的阻尼系数。

3：比较快关汽门和HVDC的最大有效有功动作量之和ΔP_Lkd和系统有功过剩量P_a(t_m)的大小。根据快关汽门和HVDC的可调容量得到它们的最大有功调节信号ΔY_max。将动作时间Δt_mc＝t_m-t_c和每种资源的最大有功调节信号ΔY_max带入有功速度动作模型得到资源所能动作的最大有效有功量。ΔP_Lkd为快关汽门和HVDC的最大有效有功动作量之和，

若ΔP_Lkd≥P_a(t_m)，即在时间Δt_mc内，直流紧急功率支援和快关汽门有能力切除系统的有功过剩量，只需要依据快关汽门和HVDC可调容量进行比例切除系统过剩功率，而不需要切机。

若ΔP_Lkd＜P_a(t_m)，快关汽门和HVDC无法完全切除系统过剩功率时，则先切除发出的有功量ΔP_Sdt最接近系统有功过剩量P_a(t_m)的发电机组。

4：比较ΔP_Sdt和P_a(t_m)的大小。若ΔP_Sct≥P_a(t_m)，直接切除所选机组。若ΔP_Sct＜P_a(t_m)，计算剩余有功功率ΔP′＝P_a(t_m)-ΔP_Sct，分为以下两种来切除过剩功率。

1)ΔP′≤ΔP_Lkd

快关汽门和HVDC有能力切除剩余有功功率时，利用它们进行比例切除剩余的有功功率ΔP′。

2)ΔP′＞ΔP_Lkd

当快关汽门和HVDC可切除的有功功率小于ΔP′时，需要增大切机量。选择切除发出功率大于系统过剩功率P_a(t_m)且最接近P_a(t_m)的机组，而不利用快关汽门和HVDC切除有功功率。

实施例2：

本发明的目的是：通过分析火电机组、风机、HVDC等调频资源的动作速度特性，精确计算高频故障下控制系统频率峰值所需要的资源等效有功切除量，协调多种资源参与系统的紧急频率控制，兼顾不同资源的经济性和动作速度特性，使得整体上系统的紧急频率控制效果达到最好。

具体包括下列步骤：

1.建立紧急频率控制资源有功动作速度模型。直流紧急控制有功改变量与调节信号量之间的传递函数为：

其中，k_dc为直流系统的调节系数；T_dc为直流系统总的惯性时间常数；ΔP_dc为直流输电线路紧急支援的有功量；ΔY为调度中心传递的调节信号量。

快关汽门有功改变量与调节信号量之间的传递函数为：

其中，T_a为信号传递的总的时间常数，f₁，f₂，f₃分别为汽轮机高、中、低压缸的稳态输出功率占总的输出功率的百分比，f₁+f₂+f₃＝1，一般的f₁∶f₂∶f₃＝0.3∶0.4∶0.3；T_CH为高压蒸汽容积时间常数，一般为0.1～0.4s；T_RH为中间再热蒸汽容积时间常数，一般为4～11s；T_CO为低压蒸汽容积时间常数，一般为0.3～0.5s。

当机组进行切机操作时，机组有功改变量与调节信号量之间的传递函数为：

其中，ΔP_ct为所切机组的容量；ΔY为切机控制信号量；k_c为切机信号的增益；τ₀为机组的延迟时间。

2.计算紧急频率控制资源的可调容量。快关汽门可调容量计算公式为：

其中，ΔP_Tkg为快关汽门总的可调容量，m为带有快关汽门装置的火电机组个数；B_i为火电机组i的快关汽门调节比例；P_i为火电机组i的装机容量。

HVDC的可调容量为：

ΔP_Tdc＝k_aP_Edc

其中，ΔP_Tdc为直流的可调节容量；k_a为直流的过载能力系数；P_Edc为直流额定有功功率传输量。

切机的可调容量为：

其中，ΔP_Tct为总的切机可调节容量；n为火电机组的个数；m为风电机组的个数；P_Sti为第i台火力发电机组实际出力；P_Swj为第j台风力发电机实际出力。

3.计算发生高频故障后不采取紧急措施到达临界频率的时间。系统的近似频率响应方程为：

其中，

T_g为发电机惯性时间常数；K_G为发电机的频率调节效应系数，K_L为负荷的频率调节效应系数，T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，

表示系统频率下降的时间常数，K_S＝K_L+K_G表示整个系统的频率调节效应系数。

将临界频率偏差值Δf_m＝f_m-f₀代入到系统近似频率响应方程，可以计算得到系统频率到达目标阈值的时间t_m表达式为：

4.计算故障后系统所需切除的过剩功率。计算公式为：

其中，H为发电机的惯性时间常数；f₀为系统额定频率；Δf(t)为系统的频率偏差值；ΔP_m(t)为一次调频调节的机械功率；P_a(t)为系统有功过剩量；D为系统的阻尼系数。

5.计算动作时间内资源所能切除的最大有效有功量。将动作时间Δt_mc＝t_m-t_c和每种资源的最大有功调节信号ΔY_max带入有功速度动作模型得到资源所能切除的最大有效有功量。

6.计及资源动作速度的紧急高频控制的策略选择。在动作时间Δt_mc内，直流紧急功率支援和快关汽门能够动作的最大有效有功量为ΔP_Lkd。当ΔP_Lkd≥P_a(t_m)时，快关汽门和HVDC能够完全切除系统过剩功率时，只需要依据快关汽门和HVDC可调容量进行比例切除系统过剩功率，而不需要切机。

快关汽门和HVDC无法完全切除系统过剩功率时，则先切除发出的有功量ΔP_Sdt最接近系统有功过剩量P_a(t_m)的发电机组。当ΔP_Sct≥P_a(t_m)时，直接切除所选机组。当ΔP_Sct＜P_a(t_m)时，计算剩余有功功率ΔP′＝P_a(t_m)-ΔP_Sct，分为以下两种来切除过剩功率。

1)ΔP′≤ΔP_Lkd

快关汽门和HVDC有能力切除剩余有功功率时，依据它们的可调容量大小进行比例切除剩余的有功功率ΔP′。具体的分配策略如下：

式中，ΔP_kg为快关汽门在t_mc时间内需要动作的有功量；ΔP_dc为直流在t_mc时间内需要回降的有功量。ΔP_Tkg为快关汽门总的可调容量，ΔP_Tdc为直流的可调节容量。

2)ΔP′＞ΔP_Lkd

当快关汽门和HVDC可切除的有功功率小于ΔP′时，需要增大切机量。选择切除发出功率大于系统过剩功率P_a(t_m)且最接近P_a(t_m)的机组，而不利用快关汽门和HVDC切除有功功率。

实施例3：

基于同一发明构思，本申请还提出一种计及资源动作速度的紧急频率控制系统，包括：

确定模块，用于确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；

计算模块，用于基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

控制模块，用于通过比较所述最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。

其中，确定模块包括：确定单元，用于通过下式确定系统发生高频故障后需要切除的系统过剩功率：

式中，P_a(t_m)为系统过剩功率，H为发电机组的惯性时间常数，f₀为系统额定频率，Δf_m为系统频率的偏差值，ΔP_m(t)为一次调频调节的机械功率，P_a(t)为系统过剩功率；D为系统的阻尼系数。

计算模块包括：

预构建单元，用于通过下式构建有功动作速度模型：

式中，ΔY为调度中心传递的调节信号量；T_a为信号传递的时间常数，f₁，f₂，f₃分别为汽轮机高、中、低压缸的稳态输出功率占总的输出功率的百分比，T_CH为高压蒸汽容积时间常数，T_RH为中间再热蒸汽容积时间常数，T_CO为低压蒸汽容积时间常数，ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量，s为快关汽门有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，k_dc为高压直流输电系统的调节系数，T_dc为高压直流输电系统的惯性时间常数，ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，s'为高压直流输电系统的有功功率支援量与调节信号量之间的传递函数，s”为发电机组有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，ΔP_ct为发电机组的切机容量，k_c为切机信号的增益，τ₀为发电机组的延迟时间。

第一计算单元，用于基于系统频率的偏差值，计算故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间；

定义单元，用于根据故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间定义动作时间Δt_mc＝t_m-t_c；

第二计算单元，用于将所述动作时间和紧急频率控制资源的调节信号量最大值代入预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量ΔP_Lkd＝ΔP_kg+ΔP_dc；其中，t_m为故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间，t_c为标准时间间隔，ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量，ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量。

进一步地，第一计算单元又包括第一确定子单元，用于通过下式确定故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间：

式中，α、A_m、

Ω、和T_g分别为发电机组惯性时间常数，且

Ks表示系统的频率调节效应系数，K_S＝K_L+K_G，K_G为发电机组的频率调节效应系数，K_L为负荷的频率调节效应系数，

为系统频率下降的时间常数，T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，系统频率的偏差值Δf_m＝f_m-f₀中的f_m为系统频率，f₀为系统额定频率。

控制模块包括：

第一控制单元，用于若系统过剩功率未超过动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除系统过剩功率；

第二控制单元，用于若所述系统过剩功率大于最大有效有功动作量，则切除出力与系统过剩功率相近的发电机组，并将切除发电机组后的剩余有功功率与最大有效有功动作量进行比较；

第三控制单元，用于若切除发电机组后的剩余有功功率未超过所述最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除所述切除发电机组后的剩余有功功率；

第四控制单元，用于若切除发电机组后的剩余有功功率大于所述最大有效有功动作量，则切除出力大于所述切除发电机组后的剩余有功功率的发电机组。

进一步地，第三控制单元又包括第二确定子单元，用于通过下式确定切除发电机组后的剩余有功功率：

式中，ΔP′为切除发电机组后的剩余有功功率，ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量；ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，ΔP_Tkg为快关汽门总的可调容量，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调节容量。

第一控制单元又包括第三、第四确定子单元；

其中，第三确定子单元用于通过下式确定快关汽门的可调容量：

式中，ΔP_Tkg为快关汽门的可调容量，m为带有快关汽门装置的火电机组个数，B_i为火电机组i的快关汽门调节比例，P_i为火电机组i的装机容量。

第四确定子单元用于通过下式确定高压直流输电系统的可调容量：

ΔP_Tdc＝k_aP_Edc

式中，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调容量，k_a为直流的过载能力系数，P_Edc为直流额定有功功率传输量。

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。

Claims (6)

1.一种计及资源动作速度的紧急频率控制方法，其特征在于，包括：

确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；

基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

通过比较所述最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内；

通过下式确定系统发生高频故障后需要切除的系统过剩功率：

式中，P_a(t_m)为系统过剩功率，H为发电机组的惯性时间常数，f₀为系统额定频率，Δf_m为系统频率的偏差值，ΔP_m(t)为一次调频调节的机械功率，P_a(t)为系统过剩功率；D为系统的阻尼系数；

基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除的最大有效有功动作量包括：

基于系统频率的偏差值，计算故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间；

根据所述故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间定义动作时间；

将所述动作时间和紧急频率控制资源的调节信号量最大值代入预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

通过下式确定故障发生时刻系统频率达到目标控制峰值的时间：

式中，α、A_m、φ、Ω均为发电机组惯性时间常数，且

K_s表示系统的频率调节效应系数，且K_S＝K_L+K_G；K_G表示发电机组的频率调节效应系数，K_L表示负荷的频率调节效应系数，T_g为发电机组惯性时间常数，T_f为系统频率下降的时间常数，且

T_s为系统的惯性时间常数，ΔP_oLo为系统初始过负荷量，系统频率的偏差值Δf_m＝f_m-f₀中的f_m为系统频率，f₀为系统额定频率；

所述有功动作速度模型包括如下的计算式：

式中，ΔY为调度中心传递的调节信号量；T_a为信号传递的时间常数，f₁，f₂，f₃分别为汽轮机高、中、低压缸的稳态输出功率占总的输出功率的百分比，T_CH为高压蒸汽容积时间常数，T_RH为中间再热蒸汽容积时间常数，T_CO为低压蒸汽容积时间常数，s为快关汽门有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，k_dc为高压直流输电系统的调节系数，T_dc为高压直流输电系统的惯性时间常数，ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，s'为高压直流输电系统的有功功率支援量与调节信号量之间的传递函数，s”为发电机组有功功率变化量与调节信号量之间的传递函数，ΔP_ct为发电机组的切机容量，k_c为切机信号的增益，τ₀为发电机组的延迟时间；

所述通过比较最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略包括：

若系统过剩功率未超过动作时间内通过高压直流输电系统与快关汽门切除系统过剩功率的最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除系统过剩功率；

若所述系统过剩功率大于最大有效有功动作量，则切除出力与系统过剩功率相近的发电机组，并将切除发电机组后的剩余有功功率与最大有效有功动作量进行比较；

若切除发电机组后的剩余有功功率未超过所述最大有效有功动作量，则根据高压直流输电系统与快关汽门的可调容量按比例切除所述切除发电机组后的剩余有功功率；若切除发电机组后的剩余有功功率大于所述最大有效有功动作量，则切除出力大于所述切除发电机组后的剩余有功功率的发电机组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紧急频率控制资源包括：快关汽门、高压直流输电系统和发电机组。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式确定切除发电机组后的剩余有功功率：

式中，ΔP′为切除发电机组后的剩余有功功率，ΔP_kg为快关汽门有功功率变化量；ΔP_dc为高压直流输电系统的有功功率支援量，ΔP_Tkg为快关汽门总的可调容量，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调节容量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下式确定快关汽门的可调容量：

式中，ΔP_Tkg为快关汽门的可调容量，m为带有快关汽门装置的火电机组个数，B_i为火电机组i的快关汽门调节比例，P_i为火电机组i的装机容量。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下式确定高压直流输电系统的可调容量：

ΔP_Tdc＝k_aP_Edc

式中，ΔP_Tdc为高压直流输电系统的可调容量，k_a为直流的过载能力系数，P_Edc为直流额定有功功率传输量。

6.一种采用权利要求1-5任一项所述计及资源动作速度的紧急频率控制方法的计及资源动作速度的紧急频率控制系统，其特征在于，包括：

确定模块，用于确定发生高频故障后需要切除的系统过剩功率；

计算模块，用于基于预先构建的有功动作速度模型，计算动作时间内通过紧急频率控制资源切除系统过剩功率的最大有效有功动作量；

控制模块，用于通过比较所述最大有效有功动作量与系统过剩功率之间的大小，制定计及资源动作速度的紧急高频控制策略，并采用相应策略控制系统频率至目标控制峰值范围内。

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