CN115986779B - 一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统 - Google Patents

一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统，包括：根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域；计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值；当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量；基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制。本发明能够有效应对高比例新能源电力系统运行方式复杂多变、不确定故障扰动形态造成的频率失稳问题，弥补基于预想故障集的传统故障匹配式控制系统难以应对非预想故障形态的缺陷，强化大电网安全稳定屏障。

Description

一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统安全稳定控制技术领域，并且更具体地，涉及一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统。
背景技术
近年来，高比例新能源电网频率崩溃引发的大停电事故频发。在多直流送端电网，交直流扰动与新能源故障穿越特性耦合，存在新能源机端暂态过电压引发其大规模连锁脱网风险，导致大量有功缺额；在含大量分布式新能源的多直流馈入受端电网，交流故障易引发多回直流换相失败，使得新能源机端低电压引起有功出力大幅下降，导致系统频率快速下跌，威胁电网安全稳定运行。
传统的频率控制主要集中在电力系统的第二道防线和第三道防线，第二道防线基于预想故障集，用离线仿真分析稳定特性、在线匹配控制的策略表模式，无法适应高比例新能源电力系统运行方式多变、故障形态不定的特征，存在失效风险；第三道防线在系统频率严重偏离正常运行状态时，大量采取切机切负荷控制措施，导致大面积停电，影响民生。因此，急需发展快速、准确、可靠的频率稳定判别以及控制技术，不依赖于仿真模型和运行方式，根据实时测量信息，对不同阶段系统的响应过程进行实时判别，适应各种运行方式的变化，使控制不受仿真模型准确性和运行方式不确定性的影响；不针对某个具体故障进行控制，只根据系统主要电气特征量来判别频率稳定性并进行控制，不受故障形态的制约。
因此，需要一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统。
发明内容
本发明提出一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统，以解决如何对电网频率稳定进行实时判别和进行控制的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种基于响应的频率稳定判别和控制方法，所述方法包括：
根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域；
计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值；
当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量；
基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制。
优选地，其中所述根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域，包括：
根据联络线母线采集的每条联络线的频率数据确定每条联络母线的频率变化值，并根据所有联络母线的频率变化值中的最大值确定系统频率变化值；
根据每条联络线的功率变化值之和确定联络断面功率变化值；
根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域。
优选地，其中所述根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域，包括：
当
Figure SMS_1
且
Figure SMS_2
时，确定送端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_3
且
Figure SMS_4
时，确定受端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_5
且
Figure SMS_6
时，确定受端区域为有功功率缺额扰动区域；
当
Figure SMS_7
且
Figure SMS_8
时，确定送端区域为有功功率缺额扰动区域；
其中，
Figure SMS_9
为系统频率变化值；
Figure SMS_10
为联络断面功率变化值；
Figure SMS_11
为预设频率判断动作死区阈值；
Figure SMS_12
为预设功率判断动作死区阈值。
优选地，其中所述计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值，包括：
Figure SMS_13
，
Figure SMS_14
，
Figure SMS_15
，
Figure SMS_16
，
Figure SMS_17
，
Figure SMS_18
，
Figure SMS_19
，
其中，
Figure SMS_20
频率最大偏差预测值；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_21
为扰动功率值；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_22
为频率最大偏差预测值出现的时间；H为系统惯性常数；Sn为系统额定容量；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，当df/dt大于预设扰动阈值的时刻为t0时刻；
Figure SMS_23
为阻尼比；
Figure SMS_24
为自然振荡角频率；KL为负荷调频系数；FH为高压缸功率比例。
优选地，其中所述计算防止频率失稳需求的总控制措施量，包括：
Figure SMS_25
，
Figure SMS_26
，
Figure SMS_27
，
Figure SMS_28
，
Figure SMS_29
，
Figure SMS_30
，
Figure SMS_31
，
其中，
Figure SMS_33
为控制启动时刻t1时的频率最大偏差值，根据频率最大偏差值为预设频率偏差阈值时的时刻确定控制启动时刻t1；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_35
为扰动功率值；KL为负荷调频系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_37
为频率最大偏差预测值出现的时间；
Figure SMS_32
为阻尼比；
Figure SMS_36
为自然振荡角频率；H为系统惯性常数；FH为高压缸功率比例；
Figure SMS_38
为预设的允许的最大频率偏差阈值；
Figure SMS_39
为扰动功率值；
Figure SMS_34
为总控制措施量。
优选地，其中所述基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，包括：
当
Figure SMS_40
时，确定直流调制量充足，按照如下方式进行控制措施量的分配,包括：
Figure SMS_41
，
其中，
Figure SMS_42
为总控制措施量；
Figure SMS_43
为受扰电网中所有直流的可调制总量，
Figure SMS_44
，n为受扰电网的直流条数；
Figure SMS_45
为直流j的可调制量；
Figure SMS_46
为直流j的控制措施量；
当
Figure SMS_47
时，确定直流调制量不足，按照如下方式进行控制措施量的分配，包括：
S1，优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，此时直流j的控制措施量为：
Figure SMS_48
，所有直流的直流控制总量为：
Figure SMS_49
；
S2，根据频率空间分布特性，对允许切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列，并基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；
其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure SMS_50
；
对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure SMS_51
；其中，
Figure SMS_52
为第s个控制点的最大措施量。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于响应的频率稳定判别和控制系统，所述系统包括：
扰动区域确定单元，用于根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域；
频率最大偏差确定单元，用于计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值；
总控制措施量确定单元，用于当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量；
频率控制量分配单元，用于基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制。
优选地，其中所述扰动区域确定单元，根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域，包括：
根据联络线母线采集的每条联络线的频率数据确定每条联络母线的频率变化值，并根据所有联络母线的频率变化值中的最大值确定系统频率变化值；
根据每条联络线的功率变化值之和确定联络断面功率变化值；
根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域。
优选地，其中所述扰动区域确定单元，根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域，包括：
当
Figure SMS_53
且
Figure SMS_54
时，确定送端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_55
且
Figure SMS_56
时，确定受端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_57
且
Figure SMS_58
时，确定受端区域为有功功率缺额扰动区域；
当
Figure SMS_59
且
Figure SMS_60
时，确定送端区域为有功功率缺额扰动区域；
其中，
Figure SMS_61
为系统频率变化值；
Figure SMS_62
为联络断面功率变化值；
Figure SMS_63
为预设频率判断动作死区阈值；
Figure SMS_64
为预设功率判断动作死区阈值。
优选地，其中所述频率最大偏差确定单元，计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值，包括：
Figure SMS_65
，
Figure SMS_66
，
Figure SMS_67
，
Figure SMS_68
，
Figure SMS_69
，
Figure SMS_70
，
Figure SMS_71
，
其中，
Figure SMS_72
频率最大偏差预测值；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_73
为扰动功率值；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_74
为频率最大偏差预测值出现的时间；H为系统惯性常数；Sn为系统额定容量；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，当df/dt大于预设扰动阈值的时刻为t0时刻；
Figure SMS_75
为阻尼比；
Figure SMS_76
为自然振荡角频率；KL为负荷调频系数；FH为高压缸功率比例。
优选地，其中所述总控制措施量确定单元，计算防止频率失稳需求的总控制措施量，包括：
Figure SMS_77
，
Figure SMS_78
，
Figure SMS_79
，
Figure SMS_80
，
Figure SMS_81
，
Figure SMS_82
，
Figure SMS_83
，
其中，
Figure SMS_85
为控制启动时刻t1时的频率最大偏差值，根据频率最大偏差值为预设频率偏差阈值时的时刻确定控制启动时刻t1；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_88
为扰动功率值；KL为负荷调频系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_89
为频率最大偏差预测值出现的时间；
Figure SMS_86
为阻尼比；
Figure SMS_87
为自然振荡角频率；H为系统惯性常数；FH为高压缸功率比例；
Figure SMS_90
为预设的允许的最大频率偏差阈值；
Figure SMS_91
为扰动功率值；
Figure SMS_84
为总控制措施量。
优选地，其中所述频率控制量分配单元，基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，包括：
当
Figure SMS_92
时，确定直流调制量充足，按照如下方式进行控制措施量的分配,包括：
Figure SMS_93
，
其中，
Figure SMS_94
为总控制措施量；
Figure SMS_95
为受扰电网中所有直流的可调制总量，
Figure SMS_96
，n为受扰电网的直流条数；
Figure SMS_97
为直流j的可调制量；
Figure SMS_98
为直流j的控制措施量；
当
Figure SMS_99
时，确定直流调制量不足，按照如下方式进行控制措施量的分配，包括：
S1，优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，此时直流j的控制措施量为：
Figure SMS_100
，所有直流的直流控制总量为：
Figure SMS_101
；
S2，根据频率空间分布特性，对允许切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列，并基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；
其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure SMS_102
；
对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure SMS_103
；其中，
Figure SMS_104
为第s个控制点的最大措施量。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于响应的频率稳定判别和控制方法中任一项的步骤。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：
上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
本发明提供了一种基于响应的频率稳定判别和控制方法及系统，包括：根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域；计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值；当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量；基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制。本发明根据电网关键断面功率以及母线频率实时响应信息，快速判断受扰区域，并准确计算控制措施总量，并基于频率空间分布特性优化配置实时措施量，能够有效应对高比例新能源电力系统运行方式复杂多变、不确定故障扰动形态造成的频率失稳问题，弥补基于预想故障集的传统故障匹配式控制系统难以应对非预想故障形态的缺陷，强化大电网安全稳定屏障。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的基于响应的频率稳定判别和控制方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的两机系统的示意图；
图3为故障扰动冲击下未采取控制措施频率偏差曲线图；
图4为根据本发明实施方式的故障扰动冲击下采取本系统控制措施频率偏差曲线图；
图5为根据本发明实施方式的基于响应的频率稳定判别和控制系统500的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明的基于响应的频率稳定判别和控制方法包括扰动区域判别、频率极值及时刻预测、控制措施量化计算、控制措施量分配四个部分，基于电网关键节点频率以及重要联络断面功率等实时响应信息，快速定位有功扰动区域，判别频率稳定性并制定相应的控制措施，避免频率最大偏差超过阈值触发电力系统第三道防线，有效应对高比例新能源电力系统不确定运行方式、非预想故障冲击下频率安全稳定问题，弥补传统故障匹配式控制系统的防御缺口，建立大电网频率稳定实时判别、实时决策、实时控制的新型响应驱动式稳定控制模式。
图1为根据本发明实施方式的基于响应的频率稳定判别和控制方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于响应的频率稳定判别和控制方法，根据电网关键断面功率以及母线频率实时响应信息，快速判断受扰区域，并准确计算控制措施总量，并基于频率空间分布特性优化配置实时措施量，能够有效应对高比例新能源电力系统运行方式复杂多变、不确定故障扰动形态造成的频率失稳问题，弥补基于预想故障集的传统故障匹配式控制系统难以应对非预想故障形态的缺陷，强化大电网安全稳定屏障。本发明实施方式提供的基于响应的频率稳定判别和控制方法100，从步骤101处开始，在步骤101，根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域。
优选地，其中所述根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域，包括：
根据联络线母线采集的每条联络线的频率数据确定每条联络母线的频率变化值，并根据所有联络母线的频率变化值中的最大值确定系统频率变化值；
根据每条联络线的功率变化值之和确定联络断面功率变化值；
根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域。
优选地，其中所述根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域，包括：
当
Figure SMS_105
且
Figure SMS_106
时，确定送端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_107
且
Figure SMS_108
时，确定受端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_109
且
Figure SMS_110
时，确定受端区域为有功功率缺额扰动区域；
当
Figure SMS_111
且
Figure SMS_112
时，确定送端区域为有功功率缺额扰动区域；
其中，
Figure SMS_113
为系统频率变化值；
Figure SMS_114
为联络断面功率变化值；
Figure SMS_115
为预设频率判断动作死区阈值；
Figure SMS_116
为预设功率判断动作死区阈值。
在本发明中，根据联络线功率以及频率响应信息，判断有功功率扰动区域。结合图2所示，S1为送端电网区域，S2为受端电网区域，S1和S2之间通过m条交流联络线相连，联络线上功率流向S1至S2为正。
由于频率空间分布特性，同一时刻不同地点频率不完全一样，根据联络线母线采集的频率数据信息，可以计算得到系统频率变化为：
Figure SMS_117
（1）
式中，
Figure SMS_118
、
Figure SMS_119
分别为t时刻联络线1和联络线m母线频率变化值。
联络断面共包含m条联络线，则联络断面功率变化值为：
Figure SMS_120
（2）
式中，
Figure SMS_121
和
Figure SMS_122
分别为联络线1和联络线m功率变化值。
在进行有功功率扰动区域的判断时，首先通过系统频率变化情况，判断系统存在功率盈余或缺额，进一步，再根据联络线功率变化情况，判断功率盈余或缺额发生的区域。具体地，包括：
①
Figure SMS_123
，表示系统频率上升，存在功率盈余；进一步，
Figure SMS_124
，联络线功率增加，表示区域S1存在功率盈余，确定送端区域S1为有功功率扰动区域；
②
Figure SMS_125
，表示系统频率上升，存在功率盈余；进一步，
Figure SMS_126
，联络线功率减小，表示区域S2存在功率盈余，确定受端区域S2为有功功率扰动区域；
③
Figure SMS_127
，表示系统频率下降，存在功率缺额；进一步，
Figure SMS_128
，联络线功率增加，表示区域S2存在功率缺额，确定受端区域S2为有功功率扰动区域；
④
Figure SMS_129
，表示系统频率下降，存在功率缺额；进一步，
Figure SMS_130
，联络线功率减小，表示区域S1存在功率缺额，确定送端区域S1为有功功率扰动区域；
其中，
Figure SMS_131
为预设频率判断动作死区阈值，参照实际电网水电和火电一次调频动作死区设定；
Figure SMS_132
为预设功率判断动作死区阈值，参照实际电网联络线自然功率波动曲线确定。
在步骤102，计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值。
优选地，其中所述计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值，包括：
Figure SMS_133
，
Figure SMS_134
，
Figure SMS_135
，
Figure SMS_136
，
Figure SMS_137
，
Figure SMS_138
，
Figure SMS_139
，
其中，
Figure SMS_140
频率最大偏差预测值；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_141
为扰动功率值；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_142
为频率最大偏差预测值出现的时间；H为系统惯性常数；Sn为系统额定容量；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，当df/dt大于预设扰动阈值的时刻为t0时刻；
Figure SMS_143
为阻尼比；
Figure SMS_144
为自然振荡角频率；KL为负荷调频系数；FH为高压缸功率比例。
在本发明中，在确定扰动区域后，根据响应信息计算扰动功率的大小，实时预测频率最大偏差。具体地，包括：
（1）利用如下公式计算扰动功率：
Figure SMS_145
（3）
式中，Sn为系统额定容量，H为系统惯性常数，由系统运行方式决定；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，一般为50Hz。
其中，扰动时刻确定方法为：实时计算频率变化率，若超过一定阈值df/dt>ε认为发生有功扰动，此时刻为t0时刻，死区定值ε根据实际电网最小扰动功率引起的频率变化率整定。
（2）根据转子运动方程和系统关键参数信息，计算系统频率响应曲线：
Figure SMS_146
（4）
则频率最大偏差为：
Figure SMS_147
（5）
式中，
Figure SMS_148
，自然振荡角频率
Figure SMS_149
，阻尼比
Figure SMS_150
。KL为负荷调频系数，R为机组一次调频等效调差系数，TR为机组再热器时间常数，FH为高压缸功率比例，根据实际电网运行方式获取。
在步骤103，当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量。
优选地，其中所述计算防止频率失稳需求的总控制措施量，包括：
Figure SMS_151
，
Figure SMS_152
，
Figure SMS_153
，
Figure SMS_154
，
Figure SMS_155
，
Figure SMS_156
，
Figure SMS_157
，
其中，
Figure SMS_159
为控制启动时刻t1时的频率最大偏差值，根据频率最大偏差值为预设频率偏差阈值时的时刻确定控制启动时刻t1；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_161
为扰动功率值；KL为负荷调频系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_164
为频率最大偏差预测值出现的时间；
Figure SMS_160
为阻尼比；
Figure SMS_162
为自然振荡角频率；H为系统惯性常数；FH为高压缸功率比例；
Figure SMS_163
为预设的允许的最大频率偏差阈值；
Figure SMS_165
为扰动功率值；
Figure SMS_158
为总控制措施量。
在本发明中，通过比较频率最大偏差预测值
Figure SMS_166
与第三道防线的预设启动阈值判断频率稳定性。其中，若
Figure SMS_167
，则表示故障引发的频率最大偏差将超过第三道防线的预设启动阈值，触发第三道防线动作，频率失稳，需要提前采取控制措施；若
Figure SMS_168
，则表示故障引发的频率最大偏差将不会超过第三道防线的预设启动阈值，不会触发第三道防线动作，频率稳定，不需要提前采取控制措施。
在本发明中，当确定频率失稳时，将控制措施作为一次扰动考虑，考虑两次阶跃扰动的情况，其扰动功率表达式为：
Figure SMS_169
（6）
式中，
Figure SMS_171
为控制启动时刻，通过令公式（4）求取得到（其中，公式（4）中
Figure SMS_173
的取值为
Figure SMS_175
），即设置频率偏差到达
Figure SMS_172
时启动控制，可根据实际电网情况设置
Figure SMS_174
；
Figure SMS_176
为需要采取的控制措施，
Figure SMS_177
和
Figure SMS_170
符号相反。
此时频率最大偏差值为：
Figure SMS_178
（7）
最大频率偏差值的出现时间为：
Figure SMS_179
（8）
通过联立式（7）和（8），并令预设的允许的最大频率偏差阈值
Figure SMS_180
，即可计算求得需要的总控制措施量
Figure SMS_181
。
在步骤104，基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制。
优选地，其中所述基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，包括：
当
Figure SMS_182
时，确定直流调制量充足，按照如下方式进行控制措施量的分配,包括：
Figure SMS_183
，
其中，
Figure SMS_184
为总控制措施量；
Figure SMS_185
为受扰电网中所有直流的可调制总量，
Figure SMS_186
，n为受扰电网的直流条数；
Figure SMS_187
为直流j的可调制量；
Figure SMS_188
为直流j的控制措施量；
当
Figure SMS_189
时，确定直流调制量不足，按照如下方式进行控制措施量的分配，包括：
S1，优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，此时直流j的控制措施量为：
Figure SMS_190
，所有直流的直流控制总量为：
Figure SMS_191
；
S2，根据频率空间分布特性，对允许切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列，并基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；
其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure SMS_192
；
对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure SMS_193
；其中，
Figure SMS_194
为第s个控制点的最大措施量。
在本发明中，在确定了频率失稳时需求的总控制措施量后，考虑可控资源特征以及频率空间分布特性，优化分配控制措施，包括：将所需的控制措施总量根据调制直流、切机或切负荷的优先级顺序进行措施量分配。
其中，优先级1为：调制直流，具体调制量分配根据所需措施量以及各直流可调制量按比例分配。优先级2为：电网切机/切负荷量，根据各站点与扰动地点远近进行分配，优先切除距离扰动地点近的机组或负荷。通过同一时刻频率偏差来判断各站点与扰动地点的远近，频率偏差越大，表示距离扰动地点越近，优先切除，措施量不足时依次类推下一个动作站点，直至满足控制量需求。优先级1级别高于优先级2，即优先采取调制直流控制措施。
具体地，控制措施量的分配方式如下：
（1）直流调制量充足时
假设受扰电网共有n条直流，所有直流可调制总量为：
Figure SMS_195
（9）
其中，
Figure SMS_196
为直流j的可调制量。
若
Figure SMS_197
，则表示直流调制量充足，可满足总控制措施量需求
Figure SMS_198
，此时各直流按照比例进行控制措施量的分配：
Figure SMS_199
（10）
式中，
Figure SMS_200
为直流j的控制措施量。
（2）直流调制量不足时
若
Figure SMS_201
，则表示直流调制量不足，无法完全满足总控制措施量
Figure SMS_202
需求，此时措施量包含直流和交流两部分。
①流调制量
优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，直流j的控制措施量为：
Figure SMS_203
（11）
所有直流的直流控制总量为：
Figure SMS_204
（12）
②流切机/切负荷量
首先根据频率空间分布特性，对切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列：
Figure SMS_205
（13）
式中，
Figure SMS_206
为频率变化第1大的控制点，
Figure SMS_207
为频率变化第j大的控制点，
Figure SMS_208
为频率变化第r大的点，以此类推。
然后，基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure SMS_209
；对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure SMS_210
；其中，
Figure SMS_211
为第s个控制点的最大措施量。
例如，优先对频率偏差最大的点1实施控制：
其中，若第1个控制点措施量充足，则第1个控制点采取控制措施量为
Figure SMS_212
；
若第1个控制点措施量不足，则第1个控制点按最大量控制，措施量为
Figure SMS_213
，并继续对后续控制点实施控制。
以此类推，对第i个控制点实施控制：
其中，若第i个控制点措施量充足，则第i个控制点采取控制措施量为
Figure SMS_214
；
若第i个控制点措施量不足，则第i个控制点按最大量控制，措施量为
Figure SMS_215
，并继续对后续控制点实施控制；直至控制点r措施量充足且满足措施总量要求，其控制量为：
Figure SMS_216
。
如图3所示，为故障扰动冲击下未采取控制措施频率偏差曲线图，可以看出不采取控制措施，此时系统频率最大偏差将达到约1.6Hz。如图4所示，为故障扰动冲击下采取本系统控制措施频率偏差曲线图，可以看出根据控制目标频率最大偏差不超0.7Hz计算措施量并施加控制，实际系统频率最大偏差控制在0.6Hz以内。
本发明的方法提出了基于联络线功率和系统频率响应信息的有功扰动区域实时判别方法，能够快速定位扰动区域，为就地采取控制措施奠定基础，有效防止异地控制带来的二次冲击；基于电网关键响应信息，即可快速预测频率极值并实时量化控制措施，不依赖具体的运行方式和特定的故障形态，可有效弥补基于预想故障集的传统故障匹配式控制系统难以应对非预想故障形态的缺陷；计及频率空间分布特性优化配置实时措施量，选择距离故障地点最近的控制点采取控制措施，可更加精准的实施频率防控，减少不平衡功率的串动。
图5为根据本发明实施方式的基于响应的频率稳定判别和控制系统500的结构示意图。如图5所示，本发明实施方式提供的基于响应的频率稳定判别和控制系统500，包括：扰动区域确定单元501、频率最大偏差确定单元502、总控制措施量确定单元503和频率控制量分配单元504。
优选地，所述扰动区域确定单元501，用于根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域。
优选地，其中所述扰动区域确定单元501，根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域，包括：
根据联络线母线采集的每条联络线的频率数据确定每条联络母线的频率变化值，并根据所有联络母线的频率变化值中的最大值确定系统频率变化值；
根据每条联络线的功率变化值之和确定联络断面功率变化值；
根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域。
优选地，其中所述扰动区域确定单元501，根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域，包括：
当
Figure SMS_217
且
Figure SMS_218
时，确定送端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_219
且
Figure SMS_220
时，确定受端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure SMS_221
且
Figure SMS_222
时，确定受端区域为有功功率缺额扰动区域；
当
Figure SMS_223
且
Figure SMS_224
时，确定送端区域为有功功率缺额扰动区域；
其中，
Figure SMS_225
为系统频率变化值；
Figure SMS_226
为联络断面功率变化值；
Figure SMS_227
为预设频率判断动作死区阈值；
Figure SMS_228
为预设功率判断动作死区阈值。
优选地，所述频率最大偏差确定单元502，用于计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值。
优选地，其中所述频率最大偏差确定单元502，计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值，包括：
Figure SMS_229
，
Figure SMS_230
，
Figure SMS_231
，
Figure SMS_232
，
Figure SMS_233
，
Figure SMS_234
，
Figure SMS_235
，
其中，
Figure SMS_236
频率最大偏差预测值；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_237
为扰动功率值；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_238
为频率最大偏差预测值出现的时间；H为系统惯性常数；Sn为系统额定容量；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，当df/dt大于预设扰动阈值的时刻为t0时刻；
Figure SMS_239
为阻尼比；
Figure SMS_240
为自然振荡角频率；KL为负荷调频系数；FH为高压缸功率比例。
优选地，所述总控制措施量确定单元503，用于当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量。
优选地，其中所述总控制措施量确定单元503，计算防止频率失稳需求的总控制措施量，包括：
Figure SMS_241
，
Figure SMS_242
，
Figure SMS_243
，
Figure SMS_244
，
Figure SMS_245
，
Figure SMS_246
，
Figure SMS_247
，
其中，
Figure SMS_250
为控制启动时刻t1时的频率最大偏差值，根据频率最大偏差值为预设频率偏差阈值时的时刻确定控制启动时刻t1；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure SMS_251
为扰动功率值；KL为负荷调频系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure SMS_253
为频率最大偏差预测值出现的时间；
Figure SMS_249
为阻尼比；
Figure SMS_252
为自然振荡角频率；H为系统惯性常数；FH为高压缸功率比例；
Figure SMS_254
为预设的允许的最大频率偏差阈值；
Figure SMS_255
为扰动功率值；
Figure SMS_248
为总控制措施量。
优选地，所述频率控制量分配单元504，用于基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制。
优选地，其中所述频率控制量分配单元504，基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，包括：
当
Figure SMS_256
时，确定直流调制量充足，按照如下方式进行控制措施量的分配,包括：
Figure SMS_257
，
其中，
Figure SMS_258
为总控制措施量；
Figure SMS_259
为受扰电网中所有直流的可调制总量，
Figure SMS_260
，n为受扰电网的直流条数；
Figure SMS_261
为直流j的可调制量；
Figure SMS_262
为直流j的控制措施量；
当
Figure SMS_263
时，确定直流调制量不足，按照如下方式进行控制措施量的分配，包括：
S1，优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，此时直流j的控制措施量为：
Figure SMS_264
，所有直流的直流控制总量为：
Figure SMS_265
；
S2，根据频率空间分布特性，对允许切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列，并基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；
其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure SMS_266
；
对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure SMS_267
；其中，
Figure SMS_268
为第s个控制点的最大措施量。
本发明的实施例的基于响应的频率稳定判别和控制系统500与本发明的另一个实施例的基于响应的频率稳定判别和控制方法100相对应，在此不再赘述。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现一种基于响应的频率稳定判别和控制方法中任一项的步骤。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：
上述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于响应的频率稳定判别和控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域；
计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值；
当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量；
基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制；
其中，所述根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域，包括：
根据联络线母线采集的每条联络线的频率数据确定每条联络母线的频率变化值，并根据所有联络母线的频率变化值中的最大值确定系统频率变化值；
根据每条联络线的功率变化值之和确定联络断面功率变化值；
根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域；
其中，所述计算防止频率失稳需求的总控制措施量，包括：
Figure QLYQS_1
，
Figure QLYQS_2
，
Figure QLYQS_3
，
Figure QLYQS_4
，
Figure QLYQS_5
，
Figure QLYQS_6
，
Figure QLYQS_7
，
其中，
Figure QLYQS_9
为控制启动时刻t1时的频率最大偏差值，根据频率最大偏差值为预设频率偏差阈值
Figure QLYQS_12
时的时刻确定控制启动时刻t1；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure QLYQS_14
为扰动功率值；KL为负荷调频系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure QLYQS_10
为频率最大偏差预测值出现的时间；
Figure QLYQS_11
为阻尼比；
Figure QLYQS_13
为自然振荡角频率；H为系统惯性常数；FH为高压缸功率比例；
Figure QLYQS_15
为预设的允许的最大频率偏差阈值；
Figure QLYQS_8
为总控制措施量；
其中，所述基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，包括：
当
Figure QLYQS_16
时，确定直流调制量充足，按照如下方式进行控制措施量的分配,包括：
Figure QLYQS_17
，
其中，
Figure QLYQS_18
为总控制措施量；
Figure QLYQS_19
为受扰电网中所有直流的可调制总量，
Figure QLYQS_20
，n为受扰电网的直流条数；
Figure QLYQS_21
为直流j的可调制量；
Figure QLYQS_22
为直流j的控制措施量；
当
Figure QLYQS_23
时，确定直流调制量不足，按照如下方式进行控制措施量的分配，包括：
S1，优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，此时直流j的控制措施量为：
Figure QLYQS_24
，所有直流的直流控制总量为：
Figure QLYQS_25
；
S2，根据频率空间分布特性，对允许切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列，并基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；
其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure QLYQS_26
；
对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量
Figure QLYQS_27
确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure QLYQS_28
；其中，
Figure QLYQS_29
为第s个控制点的最大措施量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域，包括：
当
Figure QLYQS_30
且
Figure QLYQS_31
时，确定送端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure QLYQS_32
且
Figure QLYQS_33
时，确定受端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure QLYQS_34
且
Figure QLYQS_35
时，确定受端区域为有功功率缺额扰动区域；
当
Figure QLYQS_36
且
Figure QLYQS_37
时，确定送端区域为有功功率缺额扰动区域；
其中，
Figure QLYQS_38
为系统频率变化值；
Figure QLYQS_39
为联络断面功率变化值；
Figure QLYQS_40
为预设频率判断动作死区阈值；
Figure QLYQS_41
为预设功率判断动作死区阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值，包括：
Figure QLYQS_42
，
Figure QLYQS_43
，
Figure QLYQS_44
，
Figure QLYQS_45
，
Figure QLYQS_46
，
Figure QLYQS_47
，
Figure QLYQS_48
，
其中，
Figure QLYQS_49
频率最大偏差预测值；R为机组一次调频等效调差系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure QLYQS_50
为频率最大偏差预测值出现的时间；H为系统惯性常数；Sn为系统额定容量；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，当df/dt大于预设扰动阈值的时刻为t0时刻；KL为负荷调频系数；FH为高压缸功率比例。
4.一种基于响应的频率稳定判别和控制系统，其特征在于，所述系统包括：
扰动区域确定单元，用于根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域；
频率最大偏差确定单元，用于计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值；
总控制措施量确定单元，用于当所述频率最大偏差预测值大于预设启动阈值时，确定频率失稳，并计算防止频率失稳需求的总控制措施量；
频率控制量分配单元，用于基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，以基于分配的控制措施量进行频率控制；
其中，所述扰动区域确定单元，根据联络线功率和频率响应信息，确定有功功率扰动区域，包括：
根据联络线母线采集的每条联络线的频率数据确定每条联络母线的频率变化值，并根据所有联络母线的频率变化值中的最大值确定系统频率变化值；
根据每条联络线的功率变化值之和确定联络断面功率变化值；
根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域；
其中，所述总控制措施量确定单元，计算防止频率失稳需求的总控制措施量，包括：
Figure QLYQS_51
，
Figure QLYQS_52
，
Figure QLYQS_53
，
Figure QLYQS_54
，
Figure QLYQS_55
，
Figure QLYQS_56
，
Figure QLYQS_57
，
其中，
Figure QLYQS_58
为控制启动时刻t1时的频率最大偏差值，根据频率最大偏差值为预设频率偏差阈值
Figure QLYQS_62
时的时刻确定控制启动时刻t1；R为机组一次调频等效调差系数；
Figure QLYQS_64
为扰动功率值；KL为负荷调频系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure QLYQS_59
为频率最大偏差预测值出现的时间；
Figure QLYQS_61
为阻尼比；
Figure QLYQS_63
为自然振荡角频率；H为系统惯性常数；FH为高压缸功率比例；
Figure QLYQS_65
为预设的允许的最大频率偏差阈值；
Figure QLYQS_60
为总控制措施量；
其中，所述频率控制量分配单元，基于所述总控制措施量进行控制措施量的分配，包括：
当
Figure QLYQS_66
时，确定直流调制量充足，按照如下方式进行控制措施量的分配,包括：
Figure QLYQS_67
，
其中，
Figure QLYQS_68
为总控制措施量；
Figure QLYQS_69
为受扰电网中所有直流的可调制总量，
Figure QLYQS_70
，n为受扰电网的直流条数；
Figure QLYQS_71
为直流j的可调制量；
Figure QLYQS_72
为直流j的控制措施量；
当
Figure QLYQS_73
时，确定直流调制量不足，按照如下方式进行控制措施量的分配，包括：
S1，优先调制直流，所有直流均按照最大调制量进行控制，此时直流j的控制措施量为：
Figure QLYQS_74
，所有直流的直流控制总量为：
Figure QLYQS_75
；
S2，根据频率空间分布特性，对允许切机或切负荷的控制点按照频率偏差由大到小的顺序进行排序，确定控制点序列，并基于所述控制点序列中控制点的顺序进行控制措施量的分配；
其中，对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量充足，则该任一第i个控制点的控制措施量为：
Figure QLYQS_76
；
对于任一第i个控制点，若该任一第i个控制点的措施量不足，则按照该任一第i个控制点的最大量措施量
Figure QLYQS_77
确定该任一第i个控制点的控制措施量，直至控制点r的措施量充足且满足总控制措施量要求时，确定控制点r的控制措施量为：
Figure QLYQS_78
；其中，
Figure QLYQS_79
为第s个控制点的最大措施量。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述扰动区域确定单元，根据所述系统频率变化值和联络断面功率变化值确定有功功率扰动区域，包括：
当
Figure QLYQS_80
且
Figure QLYQS_81
时，确定送端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure QLYQS_82
且
Figure QLYQS_83
时，确定受端区域为有功功率盈余扰动区域；
当
Figure QLYQS_84
且
Figure QLYQS_85
时，确定受端区域为有功功率缺额扰动区域；
当
Figure QLYQS_86
且
Figure QLYQS_87
时，确定送端区域为有功功率缺额扰动区域；
其中，
Figure QLYQS_88
为系统频率变化值；
Figure QLYQS_89
为联络断面功率变化值；
Figure QLYQS_90
为预设频率判断动作死区阈值；
Figure QLYQS_91
为预设功率判断动作死区阈值。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述频率最大偏差确定单元，计算所述有功功率扰动区域的扰动功率值，并基于所述扰动功率值确定频率最大偏差预测值，包括：
Figure QLYQS_92
，
Figure QLYQS_93
，
Figure QLYQS_94
，
Figure QLYQS_95
，
Figure QLYQS_96
，
Figure QLYQS_97
，
Figure QLYQS_98
，
其中，
Figure QLYQS_99
频率最大偏差预测值；R为机组一次调频等效调差系数；T1和T2为中间变量；TR为机组再热器时间常数；
Figure QLYQS_100
为频率最大偏差预测值出现的时间；H为系统惯性常数；Sn为系统额定容量；df/dt为扰动初期平均频率变化率；f0为扰动前t0时刻频率，当df/dt大于预设扰动阈值的时刻为t0时刻；KL为负荷调频系数；FH为高压缸功率比例。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一项所述方法的步骤。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
权利要求7中所述的计算机可读存储介质；以及
一个或多个处理器，用于执行所述计算机可读存储介质中的程序。
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