CN111969596A - 一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了电力控制系统技术领域的一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法，主要通过校正三个关键的系统频率响应参数来实现频率控制偏差的感知，面对频率恢复过程中的源荷等不确定性影响，能够通过具备电器级控制功能的智能插座感知频率控制偏差，从而进行频率响应参数的自适应校正，最终实现秒级的电器级负荷自适应校正响应，本发明方法能够在插座级别上感知并完成自适应校正响应，能够提升负荷频率控制的精度，能够应对不确定性给负荷频率控制带来的影响，具备较强的鲁棒性，能够适用于一般性的频率控制场景，具有较强的实用性。

Description

一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法
技术领域
本发明涉及电力控制系统技术领域，具体为一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法。
背景技术
随着可再生能源装机比例的提升，电力系统惯性降低，频率风险显著增大，源荷双重不确定性又进一步加剧了系统频率控制的难度，系统安全性面临巨大挑战，目前亟需一种具备强鲁棒性、高精度的系统频率自适应控制方法。
现有的电力系统自适应频率控制方法，主要存在以下不足：(1)在馈线级/母线级进行量测感知和自适应控制，无法达到电器级/设备级/插座级，精细化和智能化程度不足；(2)主要对源荷不确定性进行数学建模来实现自适应控制，无法直接感知频率变化来进行快速自适应校正，难以适用于一般性的频率控制场景，实用性不足。
为此，本发明建立一种用于电力系统发生事故后的频率恢复控制的电器级负荷自适应校正响应方法，面对频率恢复过程中的源荷等不确定性影响，能够通过具备电器级控制功能的智能插座感知频率控制偏差，从而进行频率响应参数的自适应校正，最终实现秒级的电器级负荷自适应校正响应。
发明内容
本发明的目的在于提出一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法，包含以下步骤：
S1、当遭遇电力系统事故时，电器级负荷频率控制系统首先实行第一阶段响应，完成毫秒级频率最低点控制，该方法恢复部分有功缺额；
S2、第一阶段响应结束后，通过该电器级负荷频率控制系统实时感知第一阶段的频率控制偏差，同时开始第二阶段响应，进行频率响应参数的自适应校正，从而使得负荷频率恢复至预设频率值附近；
S3、电器级负荷频率控制系统执行后续频率调节任务。
其中，所述电器级负荷频率控制系统包括有电器级智能插座、本地侧能量信息网关和云平台；
所述电器级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、接收网关的参数和指令、电器开断控制等功能；
所述本地侧能量信息网关的作用是管理所辖区域内的所有智能插座，整理、分析和上报区域电器数据，以及接收监控中心指令，并向智能插座发送必要的参数和指令；
所述云平台的作用是与发电侧及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，同时将发电侧/电网侧的重要系统参数反馈给网关。
其中，S2中，进行频率响应参数的自适应校正时，主要通过校正三个关键的系统频率响应参数，即Hcor、TRcor和Pcor，来实现频率控制偏差的感知，通过校正模型可计算三者数值，校正模型如下：
Figure BDA0002614093680000021
Figure BDA0002614093680000022
其中，Δω为转速增量，其大小为随时间改变的变化值，e为频率的均方根误差；Hcor和TRcor分别为参数H和TR的校正值，H为惯性常数，TR为再热时间常数，Pcor为实时有功缺额的校正值，fd为第二阶段滑动时间窗内的实时频率监测曲线，tstart和tend分别为滑动时间窗的频率开始时间和结束时间，Ts为滑动时间窗的长度，ΩH和ΩT分别参数Hcor和TRcor可能的取值集合，
Figure BDA0002614093680000023
和
Figure BDA0002614093680000031
分别为最大和最小有功缺额的估计值，其可由系统频率响应模型得到，Pumin和Pumax分别为不确定性可能造成的最小与最大有功偏差，其可由调度中心给出，PICR为第一阶段的响应量，在第二阶段进行时，PICR为已知量。
进一步，由系统频率响应模型可得到稳态频率fss表达式为：
Figure BDA0002614093680000032
因此，预设频率值对应的有功缺额
Figure BDA0002614093680000033
为：
Figure BDA0002614093680000034
其中，
Figure BDA0002614093680000035
取为预设频率值；
最终，第二阶段，即自适应校正响应的响应量PALR为：
Figure BDA0002614093680000036
得出Hcor、TRcor、Pcor、mine和PALR之后，电器级负荷频率控制系统根据校正值开始响应校正。
其中，系统频率响应模型用于描述在功率冲击下电力系统的频率变化特性，在系统频率响应模型中，系统输入为故障功率，其符号以发电侧功率增加为正。
其中，式(1)中的转速增量Δω是基于系统频率响应模型进行设计，首先记t为时间，f(t)为实时频率，f0为初始频率，fN为额定频率，当考虑Pd为阶跃函数时，即Pd(t)＝Pstepu(t)，其中u(t)为单位阶跃函数，Pstep为系统功率缺额，则可得出转速增量Δω的计算公式如下：
Figure BDA0002614093680000037
其中，
Figure BDA0002614093680000041
Figure BDA0002614093680000042
Figure BDA0002614093680000043
Figure BDA0002614093680000044
Figure BDA0002614093680000045
其中，FH为高压涡轮机总功率的百分比，D为阻尼系数，Km为机械功率增益系数，R代表调速器参数；其余参数均可由前述参数计算得出，属于中间参数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在面对电力系统的大电源损失事故时，能够在插座级自适应感知前序阶段的响应误差和总体的有功缺额偏差，自适应校正频率响应参数，实现秒级的电器级负荷自适应校正响应，有助于提升电力系统频率控制精度和鲁棒性，提升系统安全性，具有较大的实际推广应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明电器级负荷频率控制系统示意图；
图2为本发明系统频率响应模型示意图；
图3为本发明实施例自适应校正响应前后的频率控制结果对比图；
图4为本发明实施例自适应参数校正结果图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：由该控制系统提供如下表1参数
表1系统频率响应参数
Figure BDA0002614093680000051
将上述参数代入式(5)中，计算出各参数值为：ωn＝0.14，
Figure BDA0002614093680000056
α＝2.97，ωr＝0.13，φ1＝90.26°，φ2＝109.95°，φ1＝-19.69°；
系统事故设置为508MW机组在t＝1s时突然退出运行，Pstep＝508MW，f0＝60Hz，电器级负荷频率控制系统立即执行第一阶段响应(t＝1.8s)，响应量为PICR＝221.7MW，同时由于极端场景下不确定性造成-71.4MW的响应偏差，第二阶段从t＝1.8s时开始对频率偏差进行感知和校正；
自适应校正响应的相关参数设定：ΩH取值范围为[25，35]，Hcor遍历步长为0.1，ΩT取值范围为[15，25]，TRcor遍历步长为0.1，
Figure BDA0002614093680000052
和
Figure BDA0002614093680000053
分别为550MW和450MW，Pumin和Pumax分别为-100MW和100MW，Pcor遍历步长为1MW。
以7秒内的自适应频率校正过程为例，tstart和tend分别为1.8秒和8.8秒，滑动时间窗长度为Ts＝7秒，fd即为附图3中“前序响应阶段”曲线在tstart和tend之间的频率曲线。基于以上参数，首先利用遍历法求解式(1)可以得出Hcor＝29.6，TRcor＝23.4，Pcor＝358.6MW，mine＝0.078Hz。然后，稳态频率目标fss取为最低正常频率
Figure BDA0002614093680000054
即59.8Hz，由式(3)可得
Figure BDA0002614093680000055
为163.9MW。最后，由式(4)可得，第二阶段实际响应量(自适应响应量)PALR为194.7MW。由于计算需要消耗一定时间(此情况下实测计算耗时约1.6秒)，最终第二阶段响应的响应延迟为8.8s-1.8s+1.6s＝8.6s。
对于任意时刻开始的自适应校正响应过程，都可以按照上述过程，将参数条件代入式(1-5)得到实时的自适应参数校正结果，如附图4中表2所示，取附图4表2中的最大和最小的自适应响应容量，与校正前进行对比，如附图3所示，可以看出，校正后的稳态频率更加接近稳态目标59.8Hz，说明本专利提出的方法能够提供负荷频率控制的准确性和鲁棒性。
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。
以上公开的本发明进一步实施例只是用于帮助阐述本发明。进一步实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。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 (6)

1.一种电器级负荷频率控制系统的负荷自适应校正响应方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、当遭遇电力系统事故时，电器级负荷频率控制系统首先实行第一阶段响应，完成毫秒级频率最低点控制，该方法恢复部分有功缺额；
S2、第一阶段响应结束后，通过该电器级负荷频率控制系统实时感知第一阶段的频率控制偏差，同时开始第二阶段响应，进行频率响应参数的自适应校正，从而使得负荷频率恢复至预设频率值附近；
S3、电器级负荷频率控制系统执行后续频率调节任务。
2.根据权利要求1所述的一种电器级负荷频率控制系统的自适应校正响应方法，其特征在于：所述电器级负荷频率控制系统包括有电器级智能插座、本地侧能量信息网关和云平台；
所述电器级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、接收网关的参数和指令、电器开断控制等功能；
所述本地侧能量信息网关的作用是管理所辖区域内的所有智能插座，整理、分析和上报区域电器数据，以及接收监控中心指令，并向智能插座发送必要的参数和指令；
所述云平台的作用是与发电侧及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，同时将发电侧/电网侧的重要系统参数反馈给网关。
3.根据权利要求2所述的一种电器级负荷频率控制系统的自适应校正响应方法，其特征在于：S2中，进行频率响应参数的自适应校正时，主要通过校正三个关键的系统频率响应参数，即Hcor、TRcor和Pcor，来实现频率控制偏差的感知，通过校正模型可计算三者数值，校正模型如下：
Figure FDA0002614093670000021
Figure FDA0002614093670000022
其中，Δω为转速增量，其大小为随时间改变的变化值，e为频率的均方根误差；Hcor和TRcor分别为参数H和TR的校正值，H为惯性常数，TR为再热时间常数，Pcor为实时有功缺额的校正值，fd为第二阶段滑动时间窗内的实时频率监测曲线，tstart和tend分别为滑动时间窗的频率开始时间和结束时间，Ts为滑动时间窗的长度，ΩH和ΩT分别参数Hcor和TRcor可能的取值集合，
Figure FDA0002614093670000023
和
Figure FDA0002614093670000024
分别为最大和最小有功缺额的估计值，其可由系统频率响应模型得到，Pumin和Pumax分别为不确定性可能造成的最小与最大有功偏差，其可由调度中心给出，PICR为第一阶段的响应量，在第二阶段进行时，PICR为已知量。
4.根据权利要求3所述的一种电器级负荷频率控制系统的自适应校正响应方法，其特征在于，由系统频率响应模型可得到稳态频率fss表达式为：
Figure FDA0002614093670000025
因此，预设频率值对应的有功缺额
Figure FDA0002614093670000026
为：
Figure FDA0002614093670000027
其中，
Figure FDA0002614093670000028
取为预设频率值；
最终，第二阶段，即自适应校正响应的响应量PALR为：
Figure FDA0002614093670000029
得出Hcor、TRcor、Pcor、min e和PALR之后，电器级负荷频率控制系统根据校正值开始响应校正。
5.根据权利要求4所述的一种电器级负荷频率控制系统的自适应校正响应方法，其特征在于：系统频率响应模型用于描述在功率冲击下电力系统的频率变化特性，在系统频率响应模型中，系统输入为故障功率，其符号以发电侧功率增加为正。
6.根据权利要求5所述的一种电器级负荷频率控制系统的自适应校正响应方法，其特征在于：基于系统频率响应模型设计转速增量Δω的计算公式，首先记t为时间，f(t)为实时频率，f0为初始频率，fN为额定频率，当考虑Pd为阶跃函数时，即Pd(t)＝Pstep u(t)，其中u(t)为单位阶跃函数，Pstep为系统功率缺额，则可得出转速增量Δω的计算公式如下：
Figure FDA0002614093670000031
其中，
Figure FDA0002614093670000032
Figure FDA0002614093670000033
Figure FDA0002614093670000034
Figure FDA0002614093670000035
Figure FDA0002614093670000036
其中，FH为高压涡轮机总功率的百分比，D为阻尼系数，Km为机械功率增益系数，R代表调速器参数；其余参数均可由前述参数计算得出，属于中间参数。
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