CN110429619B - 一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力系统领域的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，包括步骤：S1：智能网关基于获得的系统参数和实时监测的频率曲线预测频率跌落的最低点；S2：若智能网关监测到频率低于频率正常时的下界值，则智能网关估算有功缺额范围以及频率最低点下界；S3：基于有功缺额和频率最低点下界的估计值，计算保守响应量P_C，切除负荷；S4：智能网关继续监测切除负荷后的系统频率，若频率持续2s超过系统额定频率，则立即恢复误切除的负荷。本发明能够通过动用最少的需求侧负荷资源避免频率接触低频危险阈值，即使在误动作的情况下，也不会造成频率大幅超过额定值，机制自身的容灾能力极强。

Description

一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法。

背景技术

现有的利用需求侧负荷资源进行频率紧急控制的技术，主要是根据系统频率尽可能准确地估计有功缺额，从而切除等额负荷，将迅速跌落的故障频率直接恢复至额定值附近。但是，该方法一旦出现误动作，将导致大量负荷误切断，不仅用户影响范围巨大，而且系统频率将大幅超过额定值，造成一系列后果，这说明此类机制自身的容灾能力较差，尤其对于超大规模电网中的需求侧频率紧急控制来说，对容灾能力的要求更高。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术中的问题，本发明提出一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，在保证频率不会触碰低频危险阈值的前提下，动用最少的需求侧负荷资源进行频率紧急控制，以提升需求侧控制系统自身的容灾能力，即使在系统误动作的情况下，也不会造成频率大幅超过额定值。

技术方案

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，包括安装在用电侧的智能插座、本地侧能量信息网关和智能用电平台，所述智能插座分析计算电气信息以及上传至智能网关，智能插座具备频率等电气信息的采集与上报、自主分析计算、接收执行命令、电器开断控制等功能。所述智能网关管理所辖区内的智能插座并对智能插座上报的信息数据进行整理分析与上报，以及接收监控中心指令。所述智能用电平台与发电侧、电网侧进行实时信息交互，将用电侧数据反馈给发电厂和电网公司，并将系统参数反馈给网关，另外还具有大数据分析的功能。容灾系统的需求侧紧急控制步骤包括：

S1：所述智能网关基于获得的系统参数和实时监测的频率曲线预测频率跌落的最低点；

S2：若智能网关监测到频率低于频率正常时的下界值，则所述智能网关估算有功缺额范围以及频率最低点下界；

S3：基于有功缺额和频率最低点下界的估计值，计算保守响应量P_C，切除负荷；

S4：所述智能网关继续监测切除负荷后的系统频率，若频率持续2s超过系统额定频率，则立即恢复误切除的负荷。

进一步地，步骤S2中所述有功数额估算方法基于系统频率响应模型，其中，系统输入侧的故障功率P_d的符号以发电侧功率增加为正。本系统主要考虑机组突然因故障而退出运行情况下的DTCR切负荷方案。

进一步地，所述P_d为阶跃函数，即P_d(t)＝P_step u(t)，u(t)为单位阶跃函数，t为时间，此时容灾系统输出的时域解为

其中，

对式(1)中的时间t求导，并令t＝0和dω/dt＝0，分别得到频率的初始下降斜率和下垂最低点对应时刻所满足的方程式为：

其中，Δω为频率偏差的标幺值，H为火电机组的惯性时间常数，T_R为再热时间常数，F_H为高压缸稳态输出功率占火电机组总输出功率的百分比，K_m为机械功率增益因素，R为调差系数，D为负荷阻尼系数，ω_n为系统谐振频率，ζ为系统阻尼系数，其余参数均是为了便于表达而设置的辅助参数。

进一步地，式(2-a)的基础上，考虑以下三个因素来估算超大规模电网在故障后的有功缺额范围：1)考虑采样率造成的误差；2)考虑频率正常波动的影响；3)考虑系统参数H时变误差带来的影响：随着开机台数的变化，系统参数H的等效值在运行过程中可能发生间歇性的变化，然而全局通信不宜过于频繁地进行，智能插座接收到的参数信息不可能总是与准确信息保持一致。考虑基于数据突变的通信模式，将突变上传阈值设置为2％，因此H最大存在2％的相对误差。综合上述因素，所述有功缺额范围公式为：

其中，e_ff表示频率波动导致的P_step估计偏差，取值[-2.5％,+2.5％]；

e_H表示实际系统参数H与分散式事故备用所获取H的偏差，取值[-2％,+2％]；H最大存在2％的相对误差；r_s为采样率，目前PMU最快可达120次每秒。

进一步地，频率下垂最低点时对应最大频率偏差量的时刻为：

对应的频率最低点为：

对应的频率最低点下界估计为：

式(5)中，将

替换为P_step，则求出对应的频率值为频率的最低点估计值f_nadir。

式(5)中其余的系统参数也可能存在一定的时变误差，但为了保证响应的快速性，在此不过分复杂化此处的频率估计过程，考虑H和P_step估计误差下的计算结果已经足够准确。

进一步地，所述S3中，保守响应量P_C的整定公式为：

其中，

表示P_step绝对值的最小值；k_C表示保守响应量占有功缺额P_step的比例；

P_C0表示考虑

的保守响应量，

为系统允许的最低频率，

k_rel为保证频率恢复至

之上的可靠系数，取值1.05-1.2。

进一步地，所述保守响应量P_C至少为P_step的15％，且频率最低点f_nadir高于发电机允许的最低频率，以及f_nadir高于低频减载设置的最高频率触发值，以避免低频减载装置动作。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提出了一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，基于系统频率响应模型计算有功缺额的范围，从而提出保守响应量的整定公式，能够通过动用最少的需求侧负荷资源避免频率接触低频危险阈值，即使在误动作的情况下，也不会造成频率大幅超过额定值，机制自身的容灾能力极强。

优点：(1)该机制能够利用最少的响应资源避免系统频率接触低频危险阈值；(2)即使需求侧系统误动作切除负荷，也不会造成系统频率大幅超过额定值。

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为本发明的需求侧频率紧急控制系统整体框架图；

图2为本发明的系统频率响应模型图；

图3为本发明的需求侧频率紧急控制系统流程图；

图4为本发明实施例1中频率紧急控制的容灾系统响应结果曲线图；

图5为本发明实施例1中不同响应量的误动作情况下的频率响应曲线图。

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。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1，结合图1-3，以50Hz额定系统频率为例，对本系统实时方式进行说明。

需求侧频率紧急控制系统与发电侧/电网侧实时通信，上报可控负荷信息，下发必要的系统参数，智能插座自主实时监测频率。

系统参数为：

据此可以计算出系统频率响应模型在阶跃输入下的时域方程中的各参数值：

ω_n＝0.559,

φ₁＝131.94°

ω_r＝0.348,φ₂＝141.54°

α＝6.011,

φ＝-9.60°

假设在仿真时间t＝0s之前，系统正常运行，频率为f_N＝50Hz。在t＝0s时刻，系统突然遭遇某种故障，基于式(1)-(2)，智能插座检测到频率的初始下降斜率m0＝-1.25，基于式(3)得出P_step＝2Hm₀/f_N＝-0.2，采样率取为120次每秒，P_step估计范围为[-0.2091Hz,-0.1911Hz]，则基于式(4)-(5)得频率最低点估计值为48.9210Hz，对应的时间t_z＝2.35s。

根据式(5)得出频率最低点下界的估计值为48.8523Hz，频率允许的最低值按照通常取值取为49.2Hz，因此基于式(7)可计算出

取k_C为25％，k_rel为1.1，基于式(6)可计算出最终的保守响应量

在需求侧频率紧急控制系统正常动作的情况下，频率响应结果如图4所示(0s时故障发生，0.3s容错机制动作)。可以看出，容灾机制下频率被良好地控制在49.2Hz以上，能够避免频率降至低频崩溃区域。

在需求侧频率紧急控制系统误动作的情况下，不同响应量下的频率曲线如图5所示(0.3s误动作，2.3s恢复)。可以看出，本专利容错机制的0.0770的响应量是合理的，即使误动作，频率最大约50.4Hz，显著小于对比方案的误动作频率50.8Hz和51.1Hz。本专利机制在误动作情况下，给系统带来的影响相对较小。

综合图4和图5可知，本发明提出的超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，在有效避免频率降至最低允许频率的同时，还能在误动作情况下对系统造成最小的影响，因此容灾能力较强。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，包括安装在用电侧的智能插座、本地侧能量信息网关和智能用电平台，所述智能插座分析计算电气信息以及上传至智能网关，所述智能网关管理所辖区内的智能插座并对智能插座上报的信息数据进行整理分析与上报，所述智能用电平台与发电侧、电网侧进行实时信息交互，并将系统参数反馈给网关，其特征在于：容灾系统的需求侧紧急控制步骤包括：

S1：所述智能网关基于获得的系统参数和实时监测的频率曲线预测频率跌落的最低点；

S2：若智能网关监测到频率低于频率正常时的下界值，则所述智能网关估算有功缺额范围以及频率最低点下界；

S3：基于有功缺额和频率最低点下界的估计值，计算保守响应量P_C，切除负荷；

S4：所述智能网关继续监测切除负荷后的系统频率，若频率持续2s超过系统额定频率，则立即恢复误切除的负荷。

2.根据权利要求1所述的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，其特征在于：步骤S2中所述有功缺 额估算方法基于系统频率响应模型，其中，系统输入侧的故障功率P_d的符号以发电侧功率增加为正。

3.根据权利要求2所述的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，其特征在于：所述P_d为阶跃函数，即P_d(t)＝P_step u(t)，u(t)为单位阶跃函数，t为时间，此时容灾系统输出的时域解为

其中，

其中，Δω为频率偏差的标幺值，H为火电机组的惯性时间常数，T_R为再热时间常数，F_H为高压缸稳态输出功率占火电机组总输出功率的百分比，K_m为机械功率增益因素，R为调差系数，D为负荷阻尼系数，ω_n为系统谐振频率，ζ为系统阻尼系数，其余参数均是为了便于表达而设置的辅助参数；

对t求导，并令t＝0和dω/dt＝0分别得到频率的初始下降斜率和下垂最低点对应时刻所满足的方程式为：

4.根据权利要求3所述的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，其特征在于：所述有功缺额范围公式为：

其中，e_ff表示频率波动导致的P_step估计偏差，取值[-2.5％,+2.5％]；

e_H表示实际系统参数H与分散式事故备用所获取H的偏差，取值[-2％,+2％]；H最大存在2％的相对误差；r_s为采样率。

5.根据权利要求3所述的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，其特征在于：频率下垂最低点时对应最大频率偏差量的时刻为：

对应的频率最低点为：

对应的频率最低点下界估计为：

6.根据权利要求5所述的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，其特征在于：所述S3中，保守响应量P_C的整定公式为：

其中，

表示P_step绝对值的最小值；k_C表示保守响应量占有功缺额P_step的比例；

P_C0表示考虑

的保守响应量，

为系统允许的最低频率，

k_rel为保证频率恢复至

之上的可靠系数，取值1.05-1.2。

7.根据权利要求6所述的一种超大规模电网的需求侧频率紧急控制的容灾反应方法，其特征在于：所述保守响应量P_C至少为P_step的15％，且频率最低点f_nadir高于发电机允许的最低频率，以及f_nadir高于低频减载设置的最高频率触发值，以避免低频减载装置动作。

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