CN113285470A - 抑制电网低频振荡的电站控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网低频振荡控制技术领域，是一种抑制电网低频振荡的电站控制方法，包括以下步骤：步骤1，计算电网频率信号与标称电网频率的偏差，实时判断偏差是否超过频率偏差定值，当偏差超出频率偏差定值时，触发短脉冲；步骤2，依据振幅判断得出的振荡程度，脉冲触发计数器累加，累计的数值通过一阶惯性LEADLAG与减法块计算，得到使累计值带惯性衰减的微分量。本发明所述方法通过在原电站控制系统中新增控制逻辑，无需新增设备投入，既可及时自动感知电网低频振荡的发生，又能自主抑制振荡，还能够在振荡平息后柔性恢复一次调频控制；电站利用本发明所述方法升级改造后，不仅保证一次调频功能长期可靠投入，而且确保电网有功振荡范围不扩散。

Description

抑制电网低频振荡的电站控制方法

技术领域

本发明涉及电网低频振荡控制技术领域，是一种抑制电网低频振荡的电站控制方法。

背景技术

随着特高压通道、新能源占比逐年增加，电网运行中出现电力系统区域弱阻尼，以致系统局部电网频率失稳振荡，如若未及时通过有效途径抑制，事故扩大将导致电网瘫痪。电力系统低频振荡（Low Frequency Oscillation，LFO）是电力系统在受到干扰的情况下发生的一种功角稳定性问题，表现为有功功率以2.5Hz以下的低频振荡，有随机性，其传播的过程有时类似“蝴蝶效应”，振荡源的振幅未必是最大，这为低频振荡的定位与溯源带来一定困难。

目前，有效抑制电网低频振荡的电站控制手段主要有：一方面，投入电力系统稳定器(PSS)增加阻尼来加速功率振荡的衰减；另一方面，在低频振荡发生后排查振荡源，如果是电站参与的振荡，则通过退出电站一次调频作用来有效减少振荡。

前者，单独一个电站投入PSS是没有明显效果，只有大部分电源点都投入，电网的抗振荡能力才能提高，所以PSS对局部电网抑制振荡的效果较差，对于大型机组参与的较大振幅的强迫振荡无法抑制。

后者，在发生低频振荡的区域内，降低电站一次调频或者功率控制性能以减少振荡，虽在电网系统失稳的状态下抑制效果明显，但当电网系统运行正常后，不仅无振荡触发源，且系统阻尼恢复，一次调频或者功率控制还处于未投入或者弱化状态，严重影响电网功率平衡和频率稳定，所以应将该问题作为重点路线制定对策。

目前，后者的技术缺点一是，排查振荡源和切除振荡电站一次调频及功率控制作用均为人工判断，无法及时感知振荡，查找到原因前可能事故已经扩大；二是，抑制一次调频或者功率控制作用的方法没有自适应能力，存在“一刀切”现象，在振荡发生后长期切除或大幅削弱，在此期间主要调频电站无法发挥频率支撑作用，调频及功率控制能力弱化后的电网存在安全隐患。

发明内容

本发明提供了一种抑制电网低频振荡的电站控制方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有一次调频及有功功率控制方法存在的技术缺陷，在原电站控制系统中增加抑制电网低频振荡的电站热工控制逻辑，无需新增设备投入，运用振荡判断、处理及恢复技术，柔性处置电网低频振荡，不仅保证一次调频功能长期可靠投入，而且确保电网有功振荡范围不扩散。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种抑制电网低频振荡的电站控制方法，包括以下步骤：

步骤1，利用控制系统实现的振荡分析判断手段，周期采集并计算电网频率信号与标称电网频率的偏差，实时判断偏差是否超过频率偏差定值，当偏差超出频率偏差定值时，触发短脉冲，完成对电网频率出现低频振荡的预判断；

步骤2，依据振幅判断得出的振荡程度，脉冲触发计数器累加，累计的数值通过一阶惯性LEADLAG与减法块计算，得到使累计值带惯性衰减的微分量；

步骤3，当步骤2得到的微分量小于振荡平息下限时，以1s脉冲信号复位计数器，防止计数器溢出，同时消除复位时反向的微分量；

步骤4，当步骤2得到的微分量大于振荡平息下限时，增加分段函数f1(x)，将微分量转化为用于弱化一次调频控制的频率差的系数，持续判断是否在抑制措施执行后仍然存在振荡现象，若振荡未消失则继续弱化参数直至振荡平息；

步骤5，完成对电网出现的功率振荡的及时判断，周期采集并计算电站实际功率信号与功率指令的偏差比值超出定制触发短脉冲，完成对电站有功功率出现低频振荡的预判断；

步骤6，重复步骤2至3，当步骤2得到的微分量大于振荡平息下限时，增加分段函数f2(x)，将微分量转化为用于弱化功率偏差的系数，通过乘法块弱化后达到柔性弱化功率控制作用的目的，从而抑制电站各种原因引发的有功功率振荡。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述步骤2至步骤3，利用电网频率以及电站有功功率波动超限触发的计数微分量作为低频振荡强烈程度的指标。

上述步骤4、步骤6，将微分量通过分段函数转化为弱化系数，通过乘法块弱化引发低频振荡相关的控制作用，即低频振荡频率上升则弱化电站一次调频和功率闭环作用，低频振荡得到抑制后通过惯性环节柔性恢复。

上述还包括步骤7，振荡平息待负荷稳定后，根据振荡的频率柔性恢复弱化参数，若振荡被抑制则完全恢复电站控制参数，但当振荡再次发生则继续计算微分量，对应弱化相关参数，如此循环往复。

本发明所述方法通过在原电站控制系统中新增控制逻辑，无需新增设备投入，既可及时自动感知电网低频振荡的发生，又能自主抑制振荡，还能够在振荡平息后柔性恢复一次调频控制；电站利用本发明所述方法升级改造后，不仅保证一次调频功能长期可靠投入，而且确保电网有功振荡范围不扩散。

附图说明

附图1是本发明所述方法的原理图。

附图2是本发明防止电网频率振荡的实施实例控制逻辑图。

附图3是本发明防止电站有功功率振荡的实施实例控制逻辑图。

附图4是本发明实施例的逻辑控制流程图。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

能够参与电力系统一次调频的电源点有火力、水力、核电、风力、光伏等电站，这些参与调频的电站控制系统实时监测并网点频率或者原动机并网转速，一旦该参数与标称值超出一次调频死区，例如火力发电机组电网频率超出50±0.033Hz、水力发电机组超出50±0.05Hz及其他电源，电站控制器将触发一次调频动作，将调频指令送至调速器或其他一次调频执行器，以一定的不等率或者调差率控制有功功率达到一次调频控制性能的要求，如图1所示。

为了在发生低频振荡能执行本发明控制策略，需要改变电站控制器的一次调频与功率闭环逻辑，下面结合图2至4，具体阐述本发明的实施步骤。

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例：该抑制电网低频振荡的电站控制方法，包括下述步骤：

步骤1，计算电网频率信号与标称电网频率的偏差，实时判断偏差是否超过频率偏差定值，该定值大于频率控制死区，推荐为±0.05Hz，若超出定值范围则发出0.1s的短脉冲，用于记录一个扫描周期的电网频率是否偏离标称值。详见图2。

步骤2，脉冲计数器接收步骤1生成的短脉冲，每当短脉冲信号由0上升为1时，脉冲计数器（ACT）加1，累计的数值通过一阶惯性LEADLAG与减法块计算，得到使累计值带惯性衰减的微分量。

当出现连续脉冲，微分量后数值不断增大，则可表征发生振荡；当脉冲发生的频次减少或者停止，微分量后数据惯性减小，则可表征振荡平抑。其中一阶惯性的惯性时间为变参数，开关量发生器D信号为1，置于一阶惯性的Para Select（选择段），如果Para Select输入端已连接且等于1，滞后时间选择300s或者0s之间切换，切换条件将在步骤3中提到。详见图2。

是一个现有公知的非线性的超前/滞后函数，该模块的输出值为旧输出、旧输入、新输入、增益、超前和滞后时间常数的函数。

步骤3，当得到的微分量小于振荡平息下限0.5时，以1s脉冲信号复位计数器，防止计数器溢出，同时为消除复位时反向的微分量，将步骤2中一阶惯性滞后时间在复位计数器由300s切换为0s。详见图2。

步骤4，为寻找振荡频率对应的微分量与需要弱化一次调频的比例关系，增加分段函数f1(x)，推荐f1(x)={0,1;2,0.95;4,0.85;8,0.6;16,0.4;32,0.1;48,0;100;0}，将微分量转化为用于弱化一次调频控制的频率差的系数，通过乘法块弱化后达到柔性弱化一次调频作用的目的，从而抑制电站引发的频率振荡。详见图2。

步骤5，电网频率振荡可能激发电站更强烈的振荡，而电网频率振荡可能没有达到步骤1所述的频率偏差定值，在电站出现有功功率控制振荡时需要弱化相关参数，以防止振荡事故扩大波及整个电网，所以提出与图2类似的防止功率振荡的控制策略，详见图3。具体实施方法：计算电站实际功率信号与功率指令的偏差，除以机组额定功率得到功率偏差百分比，实时判断该结果是否超过功率偏差百分比定值，该定值大于稳定功率控制死区，推荐为±2%，若超出定值范围发出0.1s的短脉冲，用于记录当前电站功率状态。详见图3。

步骤6，重复步骤2至3，可得功率偏差超限累计后的微分量，为寻找功率振荡频率对应的微分量与需要弱化功率闭环的比例关系，增加分段函数f2(x)，推荐f2(x)={0,1;2,0.9;4,0.8;8,0.4;16,0.3;32,0.1;48,0;100;0}，将微分量转化为用于弱化功率偏差的系数，通过乘法块弱化后达到柔性弱化功率控制作用的目的，从而抑制电站各种原因引发的有功功率振荡。详见图3。

步骤7，步骤1至６处于周期运行状态，为提高低频振荡识别准确率，运行周期应不大于0.1毫秒，采集实时数据开展判断与控制。振荡平息待负荷稳定后，根据振荡的频率柔性恢复弱化参数，若无新的振荡出现则直至完全恢复电网运行。但当振荡再次发生则继续计数微分量，对应弱化相关参数。若长期存在恢复后就发生振荡，则重复步骤1至6，重新整定相关参数。详见图4。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (4)

1.一种抑制电网低频振荡的电站控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，计算电网频率信号与标称电网频率的偏差，实时判断偏差是否超过频率偏差定值，当偏差超出频率偏差定值时，触发短脉冲，完成对电网频率出现波动的预判断；

步骤2，依据振幅判断得出的振荡程度，脉冲触发计数器累加，累计的数值通过一阶惯性LEADLAG与减法块计算，得到使累计值带惯性衰减的微分量；

步骤3，当步骤2得到的微分量小于振荡平息下限时，以1s脉冲信号复位计数器，防止计数器溢出，同时消除复位时反向的微分量；

步骤4，当步骤2得到的微分量大于振荡平息下限时，增加分段函数f1(x)，将微分量转化为用于弱化一次调频控制的频率差的系数，持续判断是否在抑制措施执行后仍然存在振荡现象，若振荡未消失则继续弱化参数直至振荡平息；

步骤5，计算电站实际功率信号与功率指令的偏差，所述偏差除以额定功率得到功率偏差百分比，所述功率偏差百分比超出功率偏差百分比定值时，触发短脉冲，完成对电站有功功率出现波动的预判断；

步骤6，利用步骤2至3的方法，判断电站有功功率低频振荡的程度并做相应处理，即当得到的微分量大于振荡平息下限时，增加分段函数f2(x)，将微分量转化为用于弱化功率偏差的系数，通过乘法块弱化后达到柔性弱化功率控制作用，从而抑制电站的有功功率振荡。

2.根据权利要求1所述的抑制电网低频振荡的电站控制方法，其特征在于步骤2至步骤3，利用电网频率以及电站有功功率波动超限触发的计数微分量作为低频振荡强烈程度的指标。

3.根据权利要求1所述的抑制电网低频振荡的电站控制方法，其特征在于步骤4、步骤6，将微分量通过分段函数转化为弱化系数，通过乘法块弱化引发低频振荡相关的控制作用，即低频振荡频率上升则弱化电站一次调频和功率闭环作用，低频振荡得到抑制后通过惯性环节柔性恢复。

4.根据权利要求1所述的抑制电网低频振荡的电站控制方法，其特征在于还包括步骤7，振荡平息待负荷稳定后，根据振荡的频率柔性恢复弱化参数，若振荡被抑制则完全恢复电站控制参数，但当振荡再次发生则继续计算微分量，对应弱化相关参数，如此循环往复。

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