CN109787223B - 一种提高电网安全性的分散式备用调频方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，步骤为：一、分散备用识别、优先级分配和动态参数更新：主要为本地自主调频智能插座提供系统全局参数，使分散式备用具备自主响应能力；二、离线模型训练、物理简化模型和在线校正预测：具有提供频率偏移预警、有功缺额估计的功能；三、分散备用主动响应策略和调频暂态过程控制：为本地插座提供了切负荷策略，能够精准响应调频需求，控制频率暂态过程，本发明能够解决现有电网安全保障方法无法从本质上提升电网安全稳定性，无法提升电网运行的经济性，而且在大面积切除负荷时会造成部分用户完全处于停电状态，严重影响用电满意度的问题。

Description

一种提高电网安全性的分散式备用调频方法

技术领域

本发明涉及电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种提高电网安全性的分散式备用调频方法。

背景技术

电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，称为电力网，简称电网。它包含变电、输电、配电三个单元。电力网的任务是输送与分配电能，改变电压。

电网为各地提供用电，而为了保障电网供电的安全性，存在许多种能有效保障电网安全性的方法，但现有保障安全性的方法都或多或少的存在缺陷，例如阈值设定法通常在电网频率低于某一阈值时，大面积切除负荷。该方法将造成部分用户完全处于停电状态，严重影响用电满意度，同时，由于该技术并没有增加电能备用容量，无法从本质上提升电网安全稳定性，无法提升电网运行的经济性。

为了能够有效的保障用户的用电安全，提高用户的满意度，且能够从本质上提升电网安全性并提升电网运行的经济性，因此提出一种提高电网安全性的分散式备用调频方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，能够解决现有电网安全保障方法无法从本质上提升电网安全稳定性，无法提升电网运行的经济性，而且在大面积切除负荷时会造成部分用户完全处于停电状态，严重影响用电满意度的问题。

本发明通过以下技术方案予以实现：一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，所述分散式备用调频方法步骤包括：

一、分散备用上线：为本地自主调频智能插座提供系统全局参数，使分散式备用具备自主响应能力；

二、频率在线预测：具有提供频率偏移预警、有功缺额估计的功能；

三、动态备用控制：为本地插座提供了切负荷策略，能够精准响应调频需求，控制频率暂态过程。

优选的，所述分散式备用调频方法步骤一具体为：

S1：分散备用识别；

S2：优先级分配；

S3：动态参数更新。

优选的，所述分散式备用调频方法步骤二具体为：

S1：离线模型训练；

S2：物理简化模型；

S3：在线校正预测。

优选的，所述分散式备用调频方法步骤三具体为：

S1：分散备用主动响应策略；

S2：调频暂态过程控制。

优选的，所述分散式备用调频方法步骤一是基于智能用电网络(1)的前提下使用的，且智能用电网络(1)包括：能效终端(101)、能量信息网关(102)和用电数据处理中心(103)。

优选的，所述分散式备用调频方法步骤二中当频率在一段时间T_samp内总是保持频率标准区间[f₁，f₂]＝[49.5Hz，50.5Hz]之下的时候，在t_m时刻预测频率降落的最低点f_nadir，如果f_nadir低于49.2Hz，则分散式备用立刻进行一次调频。

一次调频总量可由下式计算：

其中，k_PFR为一次调频的负荷-频率系数，Δ_fnadir为额定频率与预测最低点频率之差。

优选的，所述分散备用主动响应策略为：由于事先按优先级为各级负荷进行了排序，且认为同级电器的额定有功功率相近，基于动态参数更新，第i级插座已知的信息包括：系统一次调频有功总量ΔP_PFR，各优先级有功总量

和第i级电器总数

自身电器有功功率

从而可以计算第i级自身跳闸概率

或第i级第j个智能插座的自身跳闸概率

优选的，所述调频暂态过程控制方法为：

对于一次调频来说，分散式备用响应在毫秒级，因此所有参与响应负荷均在第一时间立刻切除；

对于二次调频来说，具体要通过各插座按均匀分布随机产生断电延时，第j个插座延时参数记为

由下式产生。

其中，U(0，T_{delay_max})为0到T_{delay_max}之间产生的均匀分布随机数。

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是本发明中本地侧分散式备用调频技术示意图；

图2是本发明中智能用电网络结构示意图；

图3是本发明中考虑优先级的分散式备用切断概率加权计算方法图；

图4是本发明中本地分散式备用自主调频流程图。

附图标记如下：1-智能用电网络、101-能效终端、102-能量信息网关、103-用电数据处理中心。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

参看图1-4：一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，分散式备用调频方法步骤包括：

一、分散备用上线：为本地自主调频智能插座提供系统全局参数，使分散式备用具备自主响应能力。

分散备用上线基于智能用电网络1的前提下使用的，且智能用电网络1包括：能效终端101、能量信息网关102和用电数据处理中心103。

步骤一具体为：

S1：分散备用识别；

S2：优先级分配；

S3：动态参数更新。

二、频率在线预测：具有提供频率偏移预警、有功缺额估计的功能。

当频率在一段时间T_samp内总是保持频率标准区间[f₁，f₂]＝[49.5Hz，50.5Hz]之下的时候，在t_m时刻预测频率降落的最低点f_nadir，如果f_nadir低于49.2Hz，则分散式备用立刻进行一次调频。

步骤二具体为：

S1：离线模型训练；

S2：物理简化模型；

S3：在线校正预测。

三、动态备用控制：为本地插座提供了切负荷策略，能够精准响应调频需求，控制频率暂态过程。

步骤三具体为：

S1：分散备用主动响应策略；

S2：调频暂态过程控制。

且分散备用主动响应策略为：由于事先按优先级为各级负荷进行了排序，且认为同级电器的额定有功功率相近，基于动态参数更新，第i级插座已知的信息包括：系统一次调频有功总量ΔP_PFR，各优先级有功总量

...，

和第i级电器总数

自身电器有功功率

从而可以计算第i级自身跳闸概率

或第i级第j个智能插座的自身跳闸概率

且调频暂态过程控制方法为：

对于一次调频来说，分散式备用响应在毫秒级，因此所有参与响应负荷均在第一时间立刻切除；

对于二次调频来说，具体要通过各插座按均匀分布随机产生断电延时，第j个插座延时参数记为

由下式产生。

其中，U(0，T_{delay_max})为0到T_{delay_max}之间产生的均匀分布随机数。

一次调频总量可由下式计算：

其中，k_PFR为一次调频的负荷-频率系数，Δ_fnadir为额定频率与预测最低点频率之差。

本发明在使用时，提出一个具体的实施例子如下：

(一)算例简介：

假设某地区装机总容量为150MW，最大总负荷100MW，最大分散式备用大约占总负荷比例的30％，主要包括空调和电热水器两种。用户签订的分散式备用主动响应协议中设置优先级均为空调先切断，电热水器后切断。对空调和电热水器的额定功率进行聚类，得到额定功率分别为500W和1000W两类空调，电热水器仅聚类为一类，额定功率为1000W，则优先级总共划分为n＝3级，第1级为500W空调，第2级为1000W空调，第3级为1000W电热水器。

(二)分散式备用上线：

分散备用识别：在某天12:55，某电器级分散式备用接入智能插座启动运行，经智能插座的电器识别过程，识别为空调A1。然后，插座将空调的消耗的额定有功功率P_NA1＝1000W等信息上报给网关。

优先级分配：网关接收插座信息并分析A1的优先级，由于用户将A1事先设定为第2优先级，因此网关反馈插座优先级为2。

动态参数更新：网关将最近时间(12:55)更新(每五分钟更新一次)的全局信息下发给该智能插座，内容包括：此时系统一次调频和二次调频的有功-频率系数k_PFR＝100MW/Hz，k_SFR＝50MW/Hz，系统各级分散式备用储备

各级分散式备用数量为

至此，分散式备用A1完成上线过程，成为精确可控可自主响应的调频负荷之一。

(三)频率在线预测：

在该天12:56，智能插座检测到系统频率f跌落至49.45Hz，利用事先离线训练得出的频率预测模型，预测到1.5s后频率将跌落至最低点f_nadir＝49.15Hz，于是各电器级分散式备用将进行动作。

(四)动态备用控制：

1、电器级分散式备用一次调频主动响应过程

分散式备用首先进行一次调频。

由于预测频率差值：

Δf_nadir＝50--49.15＝0.85Hz

所以一次调频量为：

ΔP_PFR＝k_PFRΔf_nadir/50＝100*0.85/50＝1.7MW

即系统预计1.5s后将产生1.7MW有功缺额，于是分散式备用总共需要切除1.7MW，各级中每个智能插座计算自身的切断概率并产生随机数执行，即以下(1)、(2)、(3)同时在第1、2、3级所有智能插座中分别执行。

(1)第1级智能插座切断的概率计算，由于：

即一次调频量大于第1级分散式备用总量，因此第1级所有插座全部精准可靠切断所带负荷(即所有500W空调)，在毫秒级判断后立即执行。

(2)第2级智能插座切断的功率加权概率计算，由于：

即一次调频量扣除第1级所有调频量后剩余的调频量小于第2级最大调频量，因此第2级插座按一定概率切断。

以第2级某两个空调B1、B2为例，二者实际工作功率分别为1000W和1020W。则智能插座B1切断的加权概率值为

智能插座B2切断的加权概率值为

判断完成后，在毫秒级立即执行。

最终，由于

足够大，被切断的功率总和将接近1.2MW。

(3)第3级智能插座切断的概率计算

即前两级调频量已经足够完成一次调频，因此第3级所有插座均不切断。

2、电器级分散式备用二次调频主动响应过程

(1)电器级分散式备用二次调频量计算

完成一次调频后，等待频率达到新的平衡点。若f_ss＞49.5Hz，则所有分散式备用不进行二次调频，否则立刻进行二次调频，不妨假设f_ss＝49.48Hz，则二次调频量为：

ΔP_SFR＝k_SFR*(50-f_ss)/50＝50*0.52/50＝0.52MW

按照上述各级插座计算切断概率的方法可知，第1级没有调频储备，无切断概率，第2级承担所有二次调频任务，各插座切断概率约为

第3级仍不参与调频。

(2)调频动态过程控制

确定调频量后，各插座将按照平均延时切断，以保证较优的调频动态过程。

第2优先级参与二次调频的电器数量大约为N_response＝0.52MW/1000＝520个，将这520个调频电器按均匀概率分布设置在T_{delay_max}＝1.5s内全部切断，第j个插座的延时为

以将要切断的空调C1和空调C2为例，空调C1和C2对应的智能插座生成的切断延时随机数分别为0.256s和1.204s，则两个智能插座分别将空调C1和C2在第0.256s和1.204s时刻予以切断。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，其特征在于：所述分散式备用调频方法步骤包括：

一、分散备用上线：为本地自主调频智能插座提供系统全局参数，使电器级分散式备用具备自主响应能力；所述分散式备用调频方法是基于智能用电网络(1)的前提下使用的，且智能用电网络(1)包括：能效终端(101)、能量信息网关(102)和用电数据处理中心(103)；

所述分散式备用调频方法步骤一具体为：

S1：分散备用识别：电器级分散式备用负荷接入智能插座启动运行，智能插座对所监控的分散式备用负荷进行识别，智能插座将识别出的负荷A1消耗的额定有功功率信息上报给网关，从而使得系统掌握所有分散式备用负荷的响应能力；

S2：优先级分配：网关接收智能插座信息并分析负荷A1的优先级，根据用户事先设定的优先级反馈给智能插座；

S3：动态参数更新：实时对系统参数进行监测，并由网关将最近更新的包括计算调频量和跳闸概率所必要的全局参数下发给智能插座；

二、频率在线预测：具有提供频率偏移预警、有功缺额估计的功能；

所述分散式备用调频方法步骤二具体为：

S1：离线模型训练；

S2：物理简化模型；

S3：在线校正预测；

三、动态备用控制：为本地插座提供切负荷策略，能够精准响应调频需求，控制频率暂态过程；所述分散式备用调频方法步骤三具体为：

S1：电器级分散式备用主动响应策略；根据步骤一中优先级分配和动态参数更新的信息，并基于步骤二所得到的频率在线预测模型，分散式备用与智能插座判断系统功率缺额大小，并且由智能插座基于概率决策是否切除所监控的电器级负荷；

S2：调频暂态过程控制；对于一次调频来说，分散式备用响应在毫秒级，因此所有参与响应负荷均在第一时间立刻切除；对于二次调频来说，具体要通过各插座按均匀分布随机产生断电延时，第j个插座延时响应参数记为

由下式产生；

其中，U(0,T_{delay_max})为0到T_{delay_max}之间产生的均匀分布随机数。

2.根据权利要求1所述的一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，其特征在于：所述分散式备用调频方法步骤二中当频率在一段时间T_samp内总是保持频率标准区间[f₁,f₂]＝[49.5Hz,50.5Hz]之下的时候，在t_m时刻预测频率降落的最低点f_nadir，如果f_nadir低于49.2Hz，则分散式备用立刻进行一次调频；一次调频总量可由下式计算：

其中，k_PFR为一次调频的负荷-频率系数，Δf_nadir为额定频率与预测最低点频率之差。

3.根据权利要求1所述的一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，其特征在于：所述分散式备用主动响应策略为：由于事先按优先级为各级负荷进行了排序，且认为同级电器的额定有功功率相近，基于动态参数更新，第i级插座已知的信息包括：系统一次调频有功总量ΔP_PFR，各优先级有功总量

和第i级电器总数

自身电器有功功率

从而可以计算第i级智能插座的自身跳闸概率

或第i级第j个智能插座的自身跳闸概率

4.根据权利要求3所述的一种提高电网安全性的分散式备用调频方法，其特征在于：所述第i级智能插座的自身跳闸概率

具体过程为：首先，计算第i级分散备用的预期响应量

如下：

如果

说明第i-1级分散备用容量已经足够，则第i优先级负荷不参与响应，即第i级插座跳闸概率

否则，第i级分散备用参与响应，并进一步计算第i+1级预期响应量为：

如果

说明第i级分散备用容量不足，则第i级分散备用全部参与响应，即

否则，第i级分散备用充足，第i级分散备用仅部分参与调频，此时需要计算第i优先级第j个插座的加权跳闸概率

如下式：

式中，U(0,1)表示第i优先级第j个插座基于均匀概率分布产生的0到1之间的随机数。

Images