CN111444596A - 电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置 - Google Patents

电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置，所述方法包括：确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；根据功率扰动值、负荷频率调节效应系数、整体惯量、发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定功率扰动发生后电力系统的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。

Description

电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置。
背景技术
当前，部分地区风电资源丰富，当地无法全部消纳。且随着特高压直流输电技术的发展，形成了包含高比例风电且通过特高压直流外送的电网。风机通常通过电力电子器件接入电网，转子与电网解耦，导致系统惯量下降，且风机通常没有参与系统的调频过程，二者共同导致电力系统的调频能力降低；另一方面，特高压直流输电系统往往容量设计较大，一旦发生直流闭锁等故障，将会给系统带来巨大的功率冲击。两大方面因素叠加导致电网的频率问题凸显。因此，需要一种判断电力系统受到一定的功率扰动后其频率偏差是否越限的方法，来判断某运行状态下电力系统的频率安全性。
现有技术中，采用软件仿真的方式模拟电力系统的频率波动。
但是，软件模拟的方式不能实时地对电力系统的频率进行检测，且仅能算出数值解，不能将频率安全约束判定条件用电网参数解析的表示。
发明内容
本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置，用于解决现有技术中的上述技术问题。
为了解决上述技术问题，一方面，本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，包括：
确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和所述原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
进一步地，所述根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量，具体包括：
以电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量的和作为电力系统的整体惯量。
进一步地，所述根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数，具体包括：
利用一阶惯性环节，对参与一次调频的发电机组的发电机调速器与原动机系统阶跃响应进行拟合，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
进一步地，所述功率判定约束条件的公式如下：
Figure BDA0002409639020000021
Figure BDA0002409639020000022
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
另一方面，本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，包括：
获取模块，用于确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
统计模块，用于根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
拟合模块，用于根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
检测模块，用于根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
进一步地，所述统计模块具体用于：
以电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量的和作为电力系统的整体惯量。
进一步地，所述拟合模块具体用于：
利用一阶惯性环节，对参与一次调频的发电机组的发电机调速器与原动机系统阶跃响应进行拟合，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
进一步地，所述功率判定约束条件的公式如下：
Figure BDA0002409639020000031
Figure BDA0002409639020000032
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
再一方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器，以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现上述第一方面提供的方法的步骤。
又一方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述第一方面提供的方法的步骤。
本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法及装置，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法示意图；
图2为本发明实施例提供的电力系统频率动态过程模型框图；
图3为本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测装置示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了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。
图1为本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，其执行主体为电力系统功率扰动后频率安全性检测装置。该方法包括：
步骤S101、确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数。
具体来说，图2为本发明实施例提供的电力系统频率动态过程模型框图，如图2所示，首先确定系统可能受到的功率扰动数值ΔPOL0以及频率偏差限值Δfmax。统计当前系统中的开机状态，并计算当前系统的负荷频率调节效应系数kD。
电力系统可能受到的功率扰动值可以直接从调度平台获取。
频率偏差限值可以根据实际需要进行配置。
负荷频率调节效应系数是根据历史数据确定的经验值，与系统所在的地区以及季节有关。
步骤S102、根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量。
具体来说，在确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数之后，根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量。
例如，将当前系统所有并网运行的同步发电机组惯量相加，得到系统的整体惯量TS。
步骤S103、根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
具体来说，在确定电力系统的整体惯量之后，根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
例如，统计参与一次调频的机组数量n，对每一台并网且参与一次调频的发电机组，使用一阶惯性环节
Figure BDA0002409639020000051
对发电机调速器和原动机的阶跃响应进行拟合。确定发电机调速器和原动机的传递函数。
步骤S104、根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
具体来说，最后计算根据负荷调节效应系数、系统整体惯量以及参与一次调频的发电机进行预设的功率判定约束条件的计算，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
例如，功率判定约束条件的数学表达式如下：
Figure BDA0002409639020000061
Figure BDA0002409639020000062
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
若该约束条件成立，则该系统受到数值为ΔPOL0的功率扰动后系统频率偏差不超过限值Δfmax。
本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。
基于上述任一实施例，进一步地，所述根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量，具体包括：
以电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量的和作为电力系统的整体惯量。
具体来说，在本发明实施例中，以电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量的和作为电力系统的整体惯量TS。
本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。
基于上述任一实施例，进一步地，所述根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数，具体包括：
利用一阶惯性环节，对参与一次调频的发电机组的发电机调速器与原动机系统阶跃响应进行拟合，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
具体来说，在本发明实施例中，统计参与一次调频的机组数量n，对每一台并网且参与一次调频的发电机组，使用一阶惯性环节
Figure BDA0002409639020000071
对发电机调速器和原动机的阶跃响应进行拟合。
发电机调速器和原动机的阶跃响应曲线与一阶惯性环节阶跃响应曲线形状相似，故可以使用一个一阶惯性环节来对发电机调速器和原动机的传递函数进行等效。使用最小二乘法进行曲线拟合，当
Figure BDA0002409639020000072
数值最小时，拟合所得的一阶惯性环节即可认为是发电机调速器和原动机的传递函数。其中y1为调速器和原动机准确的阶跃响应曲线数值，y2为一阶惯性环节的阶跃响应曲线数值。
本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。
基于上述任一实施例，进一步地，所述功率判定约束条件的公式如下：
Figure BDA0002409639020000073
Figure BDA0002409639020000074
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
具体来说，在本发明实施例中，功率判定约束条件的公式如下：
Figure BDA0002409639020000075
Figure BDA0002409639020000076
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。
图3为本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测装置示意图，如图3所示，本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，包括获取模块301、统计模块302、拟合模块303和检测模块304，其中：
获取模块301用于确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；统计模块302用于根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；拟合模块303用于根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；检测模块304用于根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
本发明实施例提供一种电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，用于执行上述任一实施例中所述的方法，通过本实施例提供的装置执行上述某一实施例中所述的方法的具体步骤与上述相应实施例相同，此处不再赘述。
本发明实施例提供的电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，能够实时监测电网的频率安全性，指导电网的运行安排，为电网安全稳定运行提供重要的技术保障。
图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图4所示，该电子设备包括：处理器(processor)401、通信接口(Communications Interface)402、存储器(memory)403和通信总线404，其中，处理器401，通信接口402，存储器403通过通信总线404完成相互间的通信。处理器401和存储器402通过总线403完成相互间的通信。处理器401可以调用存储器403中的逻辑指令，以执行如下方法：
确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
此外，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
进一步地，本发明实施例提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例中的步骤，例如包括：
确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
进一步地，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现上述各方法实施例中的步骤，例如包括：
确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：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 (10)

1.一种电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，其特征在于，包括：
确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
2.根据权利要求1所述的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，其特征在于，所述根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量，具体包括：
以电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量的和作为电力系统的整体惯量。
3.根据权利要求1所述的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，其特征在于，所述根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数，具体包括：
利用一阶惯性环节，对参与一次调频的发电机组的发电机调速器与原动机系统阶跃响应进行拟合，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
4.根据权利要求1所述的电力系统功率扰动后频率安全性检测方法，其特征在于，所述功率判定约束条件的公式如下：
Figure FDA0002409639010000011
Figure FDA0002409639010000012
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
5.一种电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于确定电力系统可能受到的功率扰动值和电力系统的负荷频率调节效应系数；
统计模块，用于根据电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量，确定电力系统的整体惯量；
拟合模块，用于根据参与一次调频的发电机组，确定发电机调速器和原动机的传递函数；
检测模块，用于根据所述功率扰动值、所述负荷频率调节效应系数、所述整体惯量、所述发电机调速器和原动机的传递函数，以及预设的功率判定约束条件，确定电力系统功率扰动后的频率偏差是否超过预设的频率偏差阈值。
6.根据权利要求5所述的电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，其特征在于，所述统计模块具体用于：
以电力系统所有并网运行的同步发电机组惯量的和作为电力系统的整体惯量。
7.根据权利要求5所述的电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，其特征在于，所述拟合模块具体用于：
利用一阶惯性环节，对参与一次调频的发电机组的发电机调速器原动机系统阶跃响应进行拟合，确定发电机调速器和原动机的传递函数。
8.根据权利要求5所述的电力系统功率扰动后频率安全性检测装置，其特征在于，所述功率判定约束条件的公式如下：
Figure FDA0002409639010000021
Figure FDA0002409639010000031
其中，ΔPOL0为电力系统可能受到的功率扰动值，TS为电力系统的整体惯量，n为参与一次调频的发电机组的数量，kGi为发电机的功频特性系数，TGi为调速器与原动机的综合时间常数，kD为电力系统的负荷频率调节效应系数，Δfmax为预设的频率偏差阈值。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至4任一项所述电力系统功率扰动后频率安全性检测方法的步骤。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至4任一所述电力系统功率扰动后频率安全性检测方法的步骤。
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