CN114362204A - 一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法 - Google Patents
一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114362204A CN114362204A CN202111297359.6A CN202111297359A CN114362204A CN 114362204 A CN114362204 A CN 114362204A CN 202111297359 A CN202111297359 A CN 202111297359A CN 114362204 A CN114362204 A CN 114362204A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frequency
- power
- load
- load shedding
- control
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 64
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 39
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000009471 action Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000002922 simulated annealing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 34
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 31
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 18
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 15
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims description 14
- 230000007123 defense Effects 0.000 claims description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 10
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 9
- XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N prednisone Chemical compound O=C1C=C[C@]2(C)[C@H]3C(=O)C[C@](C)([C@@](CC4)(O)C(=O)CO)[C@@H]4[C@@H]3CCC2=C1 XOFYZVNMUHMLCC-ZPOLXVRWSA-N 0.000 claims description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 8
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 6
- 230000006735 deficit Effects 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 3
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002715 modification method Methods 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000010485 coping Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N sulfluramid Chemical group CCNS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，将抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷以及常规切负荷四种手段相互结合来进行联合频率控制。具体实现采用基于电力系统动态频率的等值数学模型，以最优频率轨迹的方法建立目标函数并给出相应的约束条件，通过模拟退火算法优化求解每种策略启动轮次的最佳频率动作值，算法求解结果给出具体的整定方案。通过PSASP软件对某片区电网进行仿真，实例验证了该策略的有效性和快速性，为实现大容量，特高压电网的低频恢复提供了解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及高压技术领域，尤其涉及一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法。
背景技术
随着特高压技术的快速发展，各地区的用电负荷急剧增加，大容量联络线故障十分容易造成受端电网频率急剧下降并且大面积停电事故。中国由于一次能源和电力负荷分布的不均匀，为了充分优化配置地区能源，缓解东部地区电力紧张局面及环境压力，已发展成为远距离、大功率，特高压交直流混合输电的电网，这种形式的电网能够提高电能的优化配置效率，但“强直弱交”特征明显，直流受扰功率冲击幅度大，以及交流电网承载冲击的能力不足，且特高压跨区远距离输电线路容易受到雷电、台风、火山等自然灾害的影响，发生故障的概率增大，大容量的功率缺额带来的频率跌落影响更大，使大面积停电风险加剧。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，建立了目标函数和约束条件，给出了实时确定的策略轮数以及每轮频率动作值，并应用模拟退火算法给出最终优化结果。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
本发明提供了一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，包括以下步骤：
S1、电力系统动态频率分析
当特高压联络线发生故障时，受端电网有功功率将产生很大缺额，引发频率的大幅度快速下降，系统动态频率按照指数规律变化，其表达式为：
其中，f∞为由功率缺额引起的另一个稳定运行频率；Ts为系统频率变化的时间常数；fN为额定频率；
S2、多元化手段的优先级设置
由于故障后暂态频率阶段的控制时间裕度小，需要短时间内投入大量的有功功率控制；在可接受响应时间尺度范畴内，优先考虑有功响应快的控制措施，采用抽水蓄能和发电机热备用功率馈入；
当控制量不足时，再启动精准切负荷；
若仍不满足控制容量要求，则启动第三道防线，常规切负荷；
S3、协调控制策略
通过离线分析计算给出控制策略；
当检测到电网故障后，在线匹配查询并执行控制措施；
在系统正常运行时，需实时统计电网中各类可控资源的容量，当故障发生时，快速计算出系统功率缺额，并匹配离线控制策略，协调采取相关的控制策略；
当系统频率偏差不超过0.2HZ时，为频率死区；
当频率偏差超过0.2HZ，则首先启动抽水蓄能发电工况来进行频率控制；
当频率继续下降到一定范围时，开始启动发电机热备用增加出力；
如果频率仍然下降，在第三道防线低频减载动作之前，开始启动精准切负荷来进行频率控制；
最后，如果频率仍然下降，开始启动第三道防线低频减载手段进行频率控制；
S4、协调控制策略后受端电网频率动态过程分析
分别依次加入抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷和常规切负荷的作用时，则有：
其中，ΔPOL为当前时刻功率缺额；则：
S5、基于模拟退火算法的多元化策略求解
包括以下步骤：
S51、目标函数及约束条件，为了使频率更快更好的恢复，且跌落的幅值最小，定义目标函数S；
S52、算法的实现
模拟退火算法包括：冷却时间、随机解和Metropolis准则；
S53、约束条件的处理
对于所述约束条件的处理方式有两种，一是直接修改，二是采用罚函数法；
S54、算法求解流程。
进一步，所述S1中，电力系统频率的动态过程采用单机等值模型，公式如下：
系统传递函数
其中，Δf为频率变化量；ΔPOL为系统过负荷量；
发电机侧变化
其中，TG为全系统发电机组调整系统的综合时间常数；ΔPG为发电机功率变化量；KG为发电机组的功率频率静态特性系数；
负荷侧变化
ΔPD＝KDΔf (6)
其中，ΔPD为负荷功率变化量；KD为系统负荷频率调节效应系数；系统过负荷
ΔPOL＝ΔPD-ΔPG+ΔPOLO (7)
其中，ΔPOL0＝PD0-PG0，表示系统中出现的初始过负荷量；
为了使其更好的适应紧急控制过程，对发电机频率特性环节加入限幅环节来模拟发电机备用容量，并加入低频减载反馈环节；
令
为系统频率下降的时间常数，Ks＝KD+KG为全系统的功率频率综合调节效应系数；
频率动态响应过程为：
其中，
在旋转备用容量未投入时，ΔPG＝0；
此时，频率动态曲线为：
无备用情况下计及所述低频减载动态特性计算过程如上式(13)所示，有备用时计算过程如上式(8)所示。
进一步，所述S2的具体步骤如下：
S21、抽水蓄能发电过程的数学模型
所述抽水蓄能电站作为旋转备用设备；所述抽水蓄能电站的工作状态在抽水、抽水调相、发电、发电调相和旋转备用状态之间转换；
所述抽水蓄能电站的数学模型采用水轮机简化解析非线性模型，
则水轮机输出的机械功率表达式为：
Pm＝KPHU-PL (15)
PL＝KpHUNL (16)
式中，U为水的流速；KU为比例系数；μ为导水叶开度；H为水轮机净水头；Pm为水轮机的输出机械功率；Kp为比例系数；PL为空载损耗；UNL为水轮机由静止到旋转时的临界水流流速；
所述抽水蓄能机组采用直线启动规律，则：
y＝kct (17)
其中，kc为启动过程的比例系数；
则由(3)(4)(5)(6)式可得抽水蓄能机组的功率动态变化过程：
S22、发电机热备用的数学模型
所述发电机热备用的数学模型需考虑蒸汽容积的影响；
由于汽门与喷嘴之间存在一定的容积，当汽轮机调速汽门开度μ变化，进汽流量突然增大或减小时，容积内的蒸汽压力不能随之立刻增大或减小，因而出汽流量不能立刻增大(或减小)；从而使汽轮机的输出功率 Pm也不能立即随之变化；即，Pm的变化将滞后于μ的变化；
S23、精准切负荷
所述精准切负荷设置为可中断负荷、可延时负荷和不可中断负荷；
所述精准切负荷分为一级可控负荷和二级可控负荷，所述一级可控负荷通过调节运行模式来减小功率缺额，所述二级可控负荷开关型设备；
S24、低频减载
所述低频减载作为电力系统稳定控制的所述第三道防线，当电网功率缺额超过抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷容量时，只能采取低频减载的方法来减少系统的有功缺额；
为了有效减缓频率下降，首轮减载控制比传统低频减载动作门槛值略高为fcqmax，设置Ncq-1轮基本轮，每轮切除量为Pcq(i)，为缺额的 mi％；
为了防止由于未考虑因素导致的系统频率悬停，独立于所述基本轮动作，频率门槛值为fs；其减载量Ps为系统剩余不平衡功率：
Ps＝POLO-P前 (19)
式中，Ps为特殊轮减载量；P前为特殊轮动作前所切除的总负荷量、抽水蓄能机组和发电机热备用机组所发出的功率之和；
优先级的确定考虑频率调节效应的影响；假设两种负荷PL1和PL2的 KL1＞KL2，当频率从f0降至f1时，其有功变化ΔP1＞ΔP2，即负荷1 对频率变化更为敏感；
当频率下降Δf，负荷KL越大，有功吸收量削减的越快；采取优先切除KL较小的负荷，保留KL较大负荷的减载。
进一步，所述S23中：
所述可中断负荷用电特性模型为：
其中，
其中，h∈F分别为一二级可控负荷的集合；0-1变量
表示t时段是否属于设备运行时间区间；0-1变量
表示t时段是否属于习惯使用时间区间；
表示一级负荷处于m工作模式的运行功率；
为二级可控负荷的额定功率。
进一步，所述S51中：
S511、所述目标函数S为f＝fN曲线与各段频率变化曲线围成的面积之和，
将式(22)代入式(3)中积分得：
S512、等式约束
S513、不等式约束条件
启动频率的上下限约束为：
fxmin≤fx(i)≤fxmax,i＝1,2,…,Nc+Nf+Njq+Ncq (27)
切负荷总量控制
其中，Pz为系统所允许的最大切负荷量。
进一步，所述S52中：
所述冷却时间中的定义降温函数：
T＝T*K (29)
其中，T为初始温度；K为迭代长度；
所述随机解的生成X，满足约束条件：
f(xi)＝rand(f(xi)min,f(xi)max) (30)
所述通过所述Metropolis准则以一定的概率接受较差解：
式中：pro为新解被接受概率；ΔE为系统能量之差，即
进一步，所述S512中，所述约束条件式(27)采用直接修改的方式，对随机产生的初始解判断是否满足约束条件，
如果不满足，则按照式(28)进行修改：
对于所述约束条件式(3)以罚函数的处理方式放入目标函数中，变换后的所述目标函数为：
P(x)＝mU (34)
其中，m为惩罚系数，取常数值。
进一步，所述S54包括如下步骤：
S541、初始化温度T，马可夫链长度l，容差YZ；
S542、随机选定粒子的初始位置X0，X1满足约束条件，并计算目标函数值
S543、计算目标函数差值
S544、设置循环结束条件；
S545、再在初始解X0的临近子集中随机生成一个新解X2，计算所述新解X2的目标函数
S546、若
则X0＝X1，X1＝X2；
S547、计算
若ΔE＜0，则该新的位置状态就作为当前最优的位置状态，即当前最优解；
若ΔE＞0,则新的位置状态Xi按照式(13)的概率被接受为当前最优解；
S548、搜寻在此温度下的所有解。判断是否满足循环结束条件，是则输出最优值，否则温度下降为Ti，重复所述S545至所述S548。
本发明的有益效果为：将抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷以及常规切负荷四种手段相互结合来进行联合频率控制。具体实现采用基于电力系统动态频率的等值数学模型，以最优频率轨迹的方法建立目标函数并给出相应的约束条件，通过模拟退火算法优化求解每种策略启动轮次的最佳频率动作值，算法求解结果给出具体的整定方案。通过PSASP软件对某片区电网进行仿真，实例验证了该策略的有效性和快速性，为实现大容量，特高压电网的低频恢复提供了解决方案。
本文根据四种策略对电网频率的影响效果设置优先级顺序，对抽水蓄能发电工况特性和发电机热备用进行分析，精准切负荷根据负荷用电特性设置两级负荷，低频减载通过设置基本轮与特殊轮相结合的方式，来降低负荷过切率。
附图说明
图1单机系统模型框图；
图2考虑低频减载频率响应模型图；
图3抽水蓄能电站工况转换图；
图4负荷的频率特性曲线；
图5受端电网频率控制图；
图6采取策略后的频率变化图；
图7算法流程图；
图8系统损失2600MW有功功率的频率变化图；
图9实施例一方案对比图之一；
图10系统损失3140MW有功功率的频率变化图；
图11实施例一方案对比图之二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，包括以下步骤：
S1、电力系统动态频率分析
当特高压联络线发生故障时，受端电网有功功率将产生很大缺额，引发频率的大幅度快速下降，系统动态频率按照指数规律变化，其表达式为：
其中，f∞为由功率缺额引起的另一个稳定运行频率；Ts为系统频率变化的时间常数；fN为额定频率；
紧急控制策略制定基于频率的动态变化，类似于低频减载的过程，不同之处在于综合考虑了抽水蓄能、发电机热备用和精准切负荷的作用，低频减载仅作为紧急控制策略中的最后手段，其优先级最低，充分调动大电网在频率下跌中的主动应对能力，降低失负荷风险；
研究系统频率动态过程采用单机等值模型，其中单机等值模型描述的是将整个电网的频率动态变化过程等效为一台机组，综合考虑了负荷随频率变化、发电机一次调频过程、电网的惯性等。
请参阅图1，所述S1中，电力系统频率的动态过程采用单机等值模型，公式如下：
系统传递函数
其中，Δf为频率变化量；ΔPOL为系统过负荷量；
发电机侧变化
其中，TG为全系统发电机组调整系统的综合时间常数；ΔPG为发电机功率变化量；KG为发电机组的功率频率静态特性系数；
负荷侧变化
ΔPD＝KDΔf (6)
其中，ΔPD为负荷功率变化量；KD为系统负荷频率调节效应系数；
系统过负荷
ΔPOL＝ΔPD-ΔPG+ΔPOLO (7)
其中，ΔPOL0＝PD0-PG0，表示系统中出现的初始过负荷量；
请参阅图2，为了使其更好的适应紧急控制过程，对发电机频率特性环节加入限幅环节来模拟发电机备用容量，并加入低频减载反馈环节；
令
为系统频率下降的时间常数，Ks＝KD+KG为全系统的功率频率综合调节效应系数；
频率动态响应过程为：
其中，
在旋转备用容量未投入时，ΔPG＝0；
此时，频率动态曲线为：
无备用情况下计及所述低频减载动态特性计算过程如上式(13)所示，有备用时计算过程如上式(8)所示。
S2、多元化手段的优先级设置
请参阅图3，由于故障后暂态频率阶段的控制时间裕度小，需要短时间内投入大量的有功功率控制；在可接受响应时间尺度范畴内，优先考虑有功响应快的控制措施，采用抽水蓄能和发电机热备用功率馈入；
当控制量不足时，再启动精准切负荷；
若仍不满足控制容量要求，则启动第三道防线，常规切负荷；
所述S2的具体步骤如下：
S21、抽水蓄能发电过程的数学模型
所述抽水蓄能电站作为旋转备用设备；所述抽水蓄能电站的工作状态在抽水、抽水调相、发电、发电调相和旋转备用状态之间转换；
所述抽水蓄能电站的数学模型采用水轮机简化解析非线性模型，
则水轮机输出的机械功率表达式为：
Pm＝KPHU-PL (15)
PL＝KpHUNL (16)
式中，U为水的流速；KU为比例系数；μ为导水叶开度；H为水轮机净水头；Pm为水轮机的输出机械功率；Kp为比例系数；PL为空载损耗；UNL为水轮机由静止到旋转时的临界水流流速；
所述抽水蓄能机组采用直线启动规律，则：
y＝kct (17)
其中，kc为启动过程的比例系数；
则由(5)(6)(7)(8)式可得抽水蓄能机组的功率动态变化过程：
S22、发电机热备用的数学模型
所谓发电机的热备用机组，指发电机起动前的检查工作已全部完成，发电机出口刀闸在合上位置，发电机处于随时能立即起动升压并列的状态。
所述发电机热备用的数学模型需考虑蒸汽容积的影响；
由于汽门与喷嘴之间存在一定的容积，当汽轮机调速汽门开度μ变化，进汽流量突然增大或减小时，容积内的蒸汽压力不能随之立刻增大或减小，因而出汽流量不能立刻增大(或减小)；从而使汽轮机的输出功率Pm也不能立即随之变化；即，Pm的变化将滞后于μ的变化；
S23、精准切负荷
请参阅图4，所述精准切负荷设置为可中断负荷、可延时负荷和不可中断负荷；
所述精准切负荷分为一级可控负荷和二级可控负荷，所述一级可控负荷通过调节运行模式来减小功率缺额(如多模式电动汽车，多档位热水器等)，所述二级可控负荷开关型设备，(如空调，热水器等)；
所述S23中：
所述可中断负荷用电特性模型为：
其中，
其中，h∈F分别为一二级可控负荷的集合；0-1变量
表示t时段是否属于设备运行时间区间；0-1变量
表示t时段是否属于习惯使用时间区间；
表示一级负荷处于m工作模式的运行功率；
为二级可控负荷的额定功率。
S24、低频减载
所述低频减载作为电力系统稳定控制的所述第三道防线，当电网功率缺额超过抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷容量时，只能采取低频减载的方法来减少系统的有功缺额；
为了有效减缓频率下降，首轮减载控制比传统低频减载动作门槛值略高为fcqmax，设置Ncq-1轮基本轮，每轮切除量为Pcq(i)，为缺额的 mi％；
为了防止由于未考虑因素导致的系统频率悬停，独立于所述基本轮动作，频率门槛值为fs；其减载量Ps为系统剩余不平衡功率：
Ps＝POLO-P前 (19)
式中，Ps为特殊轮减载量；P前为特殊轮动作前所切除的总负荷量、抽水蓄能机组和发电机热备用机组所发出的功率之和；
优先级的确定考虑频率调节效应的影响；假设两种负荷PL1和PL2的 KL1＞KL2，当频率从f0降至f1时，其有功变化ΔP1＞ΔP2，即负荷1 对频率变化更为敏感；
当频率下降Δf，负荷KL越大，有功吸收量削减的越快；采取优先切除KL较小的负荷，保留KL较大负荷的减载。能够在频率下降时充分利用负荷频率调节效应，从而减少负载吸收的有功值，有助于减少不平衡功率和快速恢复稳态频率。
S3、协调控制策略
通过离线分析计算给出控制策略；
当检测到电网故障后，在线匹配查询并执行控制措施；
在系统正常运行时，需实时统计电网中各类可控资源的容量，当故障发生时，快速计算出系统功率缺额，并匹配离线控制策略，协调采取相关的控制策略；
当系统频率偏差不超过0.2HZ时，为频率死区；
当频率偏差超过0.2HZ，则首先启动抽水蓄能发电工况来进行频率控制；
当频率继续下降到一定范围时，开始启动发电机热备用增加出力；
如果频率仍然下降，在第三道防线低频减载动作之前，开始启动精准切负荷来进行频率控制；
最后，如果频率仍然下降，开始启动第三道防线低频减载手段进行频率控制；
请参阅图5和图6，S4、协调控制策略后受端电网频率动态过程分析
分别依次加入抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷和常规切负荷的作用时，则有：
其中，ΔPOL为当前时刻功率缺额；则：
S5、基于模拟退火算法的多元化策略求解
包括以下步骤：
S51、目标函数及约束条件，为了使频率更快更好的恢复，且跌落的幅值最小，定义目标函数S；
S511、所述目标函数S为f＝fN曲线与各段频率变化曲线围成的面积之和，
将式(22)代入式(3)中积分得：
S512、等式约束
S513、不等式约束条件
启动频率的上下限约束为：
fxmin≤fx(i)≤fxmax,i＝1,2,…,Nc+Nf+Njq+Ncq (27)
切负荷总量控制
其中，Pz为系统所允许的最大切负荷量。
S52、算法的实现
模拟退火算法包括：冷却时间、随机解和Metropolis准则；
所述冷却时间中的定义降温函数：
T＝T*K (29)
其中，T为初始温度；K为迭代长度；
所述随机解的生成X，满足约束条件：
f(xi)＝rand(f(xi)min,f(xi)max) (30)
所述通过所述Metropolis准则以一定的概率接受较差解：
式中：pro为新解被接受概率；ΔE为系统能量之差，即
S53、约束条件的处理
对于所述约束条件的处理方式有两种，一是直接修改，二是采用罚函数法；
所述S53中，所述约束条件式(27)采用直接修改的方式，对随机产生的初始解判断是否满足约束条件，
如果不满足，则按照式(28)进行修改：
对于所述约束条件式(3)以罚函数的处理方式放入目标函数中，变换后的所述目标函数为：
P(x)＝mU (34)
其中，m为惩罚系数，取常数值。
S54、算法求解流程，包括如下步骤：请参阅图7，
S541、初始化温度T，马可夫链长度l，容差YZ；
S542、随机选定粒子的初始位置X0，X1满足约束条件，并计算目标函数值
S543、计算目标函数差值
S544、设置循环结束条件；
S545、再在初始解X0的临近子集中随机生成一个新解X2，计算所述新解X2的目标函数
S546、若
则X0＝X1，X1＝X2；
S547、计算
若ΔE＜0，则该新的位置状态就作为当前最优的位置状态，即当前最优解；
若ΔE＞0,则新的位置状态Xi按照式(13)的概率被接受为当前最优解；
S548、搜寻在此温度下的所有解。判断是否满足循环结束条件，是则输出最优值，否则温度下降为Ti，重复所述S545至所述S548。
实施例一
一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，提出的分轮次低频减载方案，可以有效避免过切，并充分发挥发电机调速器作用，以较小的减载量获得更优的频率恢复效果。
本文采用PSASP软件包进行计算。以中国某片区实际电网为例： fN＝50HZ；TS＝8.01；KD*＝1.9pu；KG*＝21.6pu fxmin＝49.8HZ； fxmax＝49.2HZ；fcqmin＝49.2HZ；fcqmax＝48.6HZ； PN＝23000MW；此时电网内各项资源措施的可调节量如表1所示。
表1多元化手段资源的可用措施量
该电网内有2台抽水蓄能机组处于备用状态，额定功率为300MW，分 2轮次启动；有1台热备用火电机组，1轮启动，额定功率为300MW；可中断负荷有900MW，分两次切除，每轮切除450MW；常规切负荷分四轮切除，首轮切除缺额的5％，第二轮切除15％，第三轮切除10％，特殊轮频率切除的门槛值为49.3HZ，切除5％。
设置两组不同功率缺额方案，综合分析本文所提策略对电网频率的影响及有效性。
(1)电网功率缺额为2600MW时，频率曲线变化如图8所示。
利用该方法计算得到每一轮最佳启动频率值。同时，定义4组对比方案,设置在相同的频率段动作，分为相同的轮次，每轮级差定为0.1HZ或者0.2HZ。如表2所示。
表2对比方案的定义
为了验证所提策略的有效性，将方案1-4和优化方案进行仿真对比。图9为各种方案下频率的变化图，为了比较各种策略的优劣性，定义几个变量相互比较。具体比较情况如表3所示。
表3仿真结果分析表
表3是仿真结果分析表，是图9的仿真结果。通过图9的仿真图片，
可以很直观的看出紧急故障下本文所提的四种策略手段具有很明显的恢复频率的效果。并通过对比仿真可以发现优化方案恢复的频率比其他4中方案高，且恢复时间也更短，所围成面积也最小。最终也可以验证本文所提出的方案的有效性。
(2)电网功率缺额3140MW时，系统频率变化图如10所示。
从图10可以看出未经过策略的曲线频率稳定在47.7HZ，利用上述参数采用本文方法计算的到每一轮最佳动作频率值，并设置4组对比方案，如表4和表5所示，仿真曲线图如11所示。
表4对比方案的定义
表5仿真结果分析表
由图11的5组对比方案可以看出，经过优化之后的方案效果最好，频率稳定在49.66HZ，第一摆频率下的最低值为48.69HZ；未经过优化方案的曲线频率稳定都低于49.66HZ，第一摆频率下的最低值也低于48.7HZ 以下，方案2的最高频率还冲破了50HZ。并且优化方案使频率恢复到稳定值的时间是90.46s，也比其他方案所用的时间更短，所围成面积最小。由此看出本文所提出的策略对电网频率控制有较好的效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、电力系统动态频率分析
当特高压联络线发生故障时，受端电网有功功率将产生很大缺额，引发频率的大幅度快速下降，系统动态频率按照指数规律变化，其表达式为：
其中，f∞为由功率缺额引起的另一个稳定运行频率；Ts为系统频率变化的时间常数；fN为额定频率；
S2、多元化手段的优先级设置
由于故障后暂态频率阶段的控制时间裕度小，需要短时间内投入大量的有功功率控制；在可接受响应时间尺度范畴内，优先考虑有功响应快的控制措施，采用抽水蓄能和发电机热备用功率馈入；
当控制量不足时，再启动精准切负荷；
若仍不满足控制容量要求，则启动第三道防线，常规切负荷；
S3、协调控制策略
通过离线分析计算给出控制策略；
当检测到电网故障后，在线匹配查询并执行控制措施；
在系统正常运行时，需实时统计电网中各类可控资源的容量，当故障发生时，快速计算出系统功率缺额，并匹配离线控制策略，协调采取相关的控制策略；
当系统频率偏差不超过0.2HZ时，为频率死区；
当频率偏差超过0.2HZ，则首先启动抽水蓄能发电工况来进行频率控制；
当频率继续下降到一定范围时，开始启动发电机热备用增加出力；
如果频率仍然下降，在第三道防线低频减载动作之前，开始启动精准切负荷来进行频率控制；
最后，如果频率仍然下降，开始启动第三道防线低频减载手段进行频率控制；
S4、协调控制策略后受端电网频率动态过程分析
分别依次加入抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷和常规切负荷的作用时，则有：
其中，ΔPOL为当前时刻功率缺额；则：
S5、基于模拟退火算法的多元化策略求解
包括以下步骤：
S51、目标函数及约束条件，为了使频率更快更好的恢复，且跌落的幅值最小，定义目标函数S；
S52、算法的实现
模拟退火算法包括：冷却时间、随机解和Metropolis准则；
S53、约束条件的处理
对于所述约束条件的处理方式有两种，一是直接修改，二是采用罚函数法；
S54、算法求解流程。
2.根据权利要求1所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于：
所述S1中，所述电力系统频率的动态过程采用单机等值模型，公式如下：
系统传递函数
其中，Δf为频率变化量；ΔPOL为系统过负荷量；
发电机侧变化
其中，TG为全系统发电机组调整系统的综合时间常数；ΔPG为发电机功率变化量；KG为发电机组的功率频率静态特性系数；
负荷侧变化
ΔPD＝KDΔf (6)
其中，ΔPD为负荷功率变化量；KD为系统负荷频率调节效应系数；
系统过负荷
ΔPOL＝ΔPD-ΔPG+ΔPOLO (7)
其中，ΔPOL0＝PD0-PG0，表示系统中出现的初始过负荷量；
为了使其更好的适应紧急控制过程，对发电机频率特性环节加入限幅环节来模拟发电机备用容量，并加入低频减载反馈环节；
令
为系统频率下降的时间常数，Ks＝KD+KG为全系统的功率频率综合调节效应系数；
频率动态响应过程为：
其中，
在旋转备用容量未投入时，ΔPG＝0；
此时，频率动态曲线为：
无备用情况下计及所述低频减载动态特性计算过程如上式(13)所示，有备用时计算过程如上式(8)所示。
3.根据权利要求2所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于，所述S2的具体步骤如下：
S21、抽水蓄能发电过程的数学模型
所述抽水蓄能电站作为旋转备用设备；所述抽水蓄能电站的工作状态在抽水、抽水调相、发电、发电调相和旋转备用状态之间转换；
所述抽水蓄能电站的数学模型采用水轮机简化解析非线性模型，
则水轮机输出的机械功率表达式为：
Pm＝KPHU-PL (15)
PL＝KpHUNL (16)
式中，U为水的流速；KU为比例系数；μ为导水叶开度；H为水轮机净水头；Pm为水轮机的输出机械功率；Kp为比例系数；PL为空载损耗；UNL为水轮机由静止到旋转时的临界水流流速；
所述抽水蓄能机组采用直线启动规律，则：
y＝kct (17)
其中，kc为启动过程的比例系数；
则由(5)(6)(7)(8)式可得抽水蓄能机组的功率动态变化过程：
S22、发电机热备用的数学模型
所述发电机热备用的数学模型需考虑蒸汽容积的影响；
由于汽门与喷嘴之间存在一定的容积，当汽轮机调速汽门开度μ变化，进汽流量突然增大或减小时，容积内的蒸汽压力不能随之立刻增大或减小，因而出汽流量不能立刻增大(或减小)；从而使汽轮机的输出功率Pm也不能立即随之变化；即，Pm的变化将滞后于μ的变化；
S23、精准切负荷
所述精准切负荷设置为可中断负荷、可延时负荷和不可中断负荷；
所述精准切负荷分为一级可控负荷和二级可控负荷，所述一级可控负荷通过调节运行模式来减小功率缺额，所述二级可控负荷开关型设备；
S24、低频减载
所述低频减载作为电力系统稳定控制的所述第三道防线，当电网功率缺额超过抽水蓄能、发电机热备用、精准切负荷容量时，只能采取低频减载的方法来减少系统的有功缺额；
为了有效减缓频率下降，首轮减载控制比传统低频减载动作门槛值略高为fcqmax，设置Ncq-1轮基本轮，每轮切除量为Pcq(i)，为缺额的mi％；
为了防止由于未考虑因素导致的系统频率悬停，独立于所述基本轮动作，频率门槛值为fs；其减载量Ps为系统剩余不平衡功率：
Ps＝POLO-P前 (19)
式中，Ps为特殊轮减载量；P前为特殊轮动作前所切除的总负荷量、抽水蓄能机组和发电机热备用机组所发出的功率之和；
优先级的确定考虑频率调节效应的影响；假设两种负荷PL1和PL2的KL1＞KL2，当频率从f0降至f1时，其有功变化ΔP1＞ΔP2，即负荷1对频率变化更为敏感；
当频率下降Δf，负荷KL越大，有功吸收量削减的越快；采取优先切除KL较小的负荷，保留KL较大负荷的减载。
4.根据权利要求1所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于，所述S23中：
所述可中断负荷用电特性模型为：
其中，
其中，h∈F分别为一二级可控负荷的集合；0-1变量
表示t时段是否属于设备运行时间区间；0-1变量
表示t时段是否属于习惯使用时间区间；
表示一级负荷处于m工作模式的运行功率；
为二级可控负荷的额定功率。
5.根据权利要求1所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于，所述S51中：
S511、所述目标函数S为f＝fN曲线与各段频率变化曲线围成的面积之和，
将式(22)代入式(3)中积分得：
S512、等式约束
S513、不等式约束条件
启动频率的上下限约束为：
fxmin≤fx(i)≤fxmax,i＝1,2,…,Nc+Nf+Njq+Ncq (27)
切负荷总量控制
其中，Pz为系统所允许的最大切负荷量。
6.根据权利要求1所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于，所述S52中：
所述冷却时间中的定义降温函数：
T＝T*K (29)
其中，T为初始温度；K为迭代长度；
所述随机解的生成X，满足约束条件：
f(xi)＝rand(f(xi)min,f(xi)max) (30)
所述通过所述Metropolis准则以一定的概率接受较差解：
式中：prob为新解被接受概率；ΔE为系统能量之差，即
7.根据权利要求6所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于：所述S53中，所述约束条件式(27)采用直接修改的方式，对随机产生的初始解判断是否满足约束条件，
如果不满足，则按照式(28)进行修改：
对于所述约束条件式(3)以罚函数的处理方式放入目标函数中，变换后的所述目标函数为：
P(x)＝mU (34)
其中，m为惩罚系数，取常数值。
8.根据权利要求1所述的一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法，其特征在于，所述S54包括如下步骤：
S541、初始化温度T，马可夫链长度l，容差YZ；
S542、随机选定粒子的初始位置X0，X1满足约束条件，并计算目标函数值
S543、计算目标函数差值
S544、设置循环结束条件；
S545、再在初始解X0的临近子集中随机生成一个新解X2，计算所述新解X2的目标函数
S546、若
则X0＝X1，X1＝X2；
S547、计算
若ΔE＜0，则该新的位置状态就作为当前最优的位置状态，即当前最优解；
若ΔE＞0,则新的位置状态Xi按照式(13)的概率被接受为当前最优解；
S548、搜寻在此温度下的所有解。判断是否满足循环结束条件，是则输出最优值，否则温度下降为Ti，重复所述S545至所述S548。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111297359.6A CN114362204B (zh) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111297359.6A CN114362204B (zh) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114362204A true CN114362204A (zh) | 2022-04-15 |
| CN114362204B CN114362204B (zh) | 2023-05-26 |
Family
ID=81095345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111297359.6A Active CN114362204B (zh) | 2021-11-04 | 2021-11-04 | 一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114362204B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018205315A1 (zh) * | 2017-05-11 | 2018-11-15 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种新能源站参与一次调频的快速功率协调控制方法 |
| WO2020181678A1 (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 西安交通大学 | 基于燃煤机组热力系统蓄㶲修正的一次调频优化控制方法 |
| CN113078660A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-06 | 国网湖南省电力有限公司 | 虚拟同步机控制的光伏发电系统调频模型的应用方法及系统 |
-
2021
- 2021-11-04 CN CN202111297359.6A patent/CN114362204B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018205315A1 (zh) * | 2017-05-11 | 2018-11-15 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种新能源站参与一次调频的快速功率协调控制方法 |
| WO2020181678A1 (zh) * | 2019-03-13 | 2020-09-17 | 西安交通大学 | 基于燃煤机组热力系统蓄㶲修正的一次调频优化控制方法 |
| CN113078660A (zh) * | 2021-04-09 | 2021-07-06 | 国网湖南省电力有限公司 | 虚拟同步机控制的光伏发电系统调频模型的应用方法及系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 李洪跃;王锡淮;肖健梅;: "差分进化改进微电网负荷频率混合H_2/H_∞鲁棒控制" * |
| 贺诚;祝若男;廖家平;: "基于广域实时共享的低频减载最优化方法研究" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114362204B (zh) | 2023-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110098622A (zh) | 风电机组的一次调频方法和设备 | |
| CN110768307A (zh) | 一种风电场一次调频控制方法及系统 | |
| CN107482692B (zh) | 风电场有功控制的方法、装置及系统 | |
| CN108054771A (zh) | 一种储能系统充放电控制方法及系统 | |
| CN111598289A (zh) | 计及lstm光伏出力预测的综合能源系统分散式优化方法 | |
| CN115640982B (zh) | 基于抽水蓄能优先调节的多能互补系统日前优化调度方法 | |
| CN112070358A (zh) | 低真空供热机组电负荷调整区间确定方法及系统 | |
| CN112072677A (zh) | 一种基于分数阶pid的抽水蓄能与电化学储能联合参与电网负荷频率控制方法 | |
| CN115693646A (zh) | 计及源荷低碳性与ccgp的两阶段优化调度方法 | |
| Peng et al. | Online inertia allocation for grid-connected renewable energy systems based on generic ASF model under frequency nadir constraint | |
| Xu et al. | Optimal frequency controller parameters of wind turbines participating system frequency control | |
| CN114362204A (zh) | 一种基于多元化手段的电力系统紧急低频控制方法 | |
| CN114977316A (zh) | 基于可调容量裕度的光伏电站有功功率控制方法及系统 | |
| Lee et al. | Operation scheme for a wind farm to mitigate output power variation | |
| CN114884101B (zh) | 一种基于自适应模型控制预测的抽水蓄能调度方法 | |
| CN115102228A (zh) | 一种含飞轮储能的风电场多目标协调频率优化方法和装置 | |
| Rahimi et al. | Assessment of Automatic Generation Control performance index criteria | |
| Dai et al. | Primary frequency control characteristic of a grid | |
| Elbeji et al. | Pitch angle control of a wind turbine conversion system at high wind speed | |
| Kail et al. | Study of automatic generation control in two area power system with DFIG-based wind energy conversion | |
| CN112327624A (zh) | 一种燃煤机组调峰运行方法 | |
| CN111144610A (zh) | 考虑人体温度舒适度的城市楼宇能量枢纽优化方法及系统 | |
| CN114545878B (zh) | 一种综合能源系统优化调度方法及系统 | |
| Sato et al. | Power system stabilization by direct load control based on strategy-proofness and individual rationality | |
| Fang et al. | Optimization of power station boiler coal mill output based on the particle swarm algorithm |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |