專利名稱：綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法
技術領域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)自動化技術領域，更準確地說本發(fā)明涉及一種綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法。

背景技術：
電力系統(tǒng)自動減負荷控制是防止電網(wǎng)，尤其是受端電網(wǎng)在遭受極其嚴重故障后導致穩(wěn)定破壞、發(fā)生大面積停電事故的重要技術手段。
為保證電網(wǎng)在突然發(fā)生功率缺額后，使保留運行的負荷容量能隨時與運行中的發(fā)電容量相適應，迅速使電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點的電壓、頻率恢復到額定值，必須配置自動減負荷控制裝置。
現(xiàn)有的低頻低壓自動減負荷控制僅僅通過測量就地的單一狀態(tài)量(頻率或電壓)的下降情況觸發(fā)減負荷控制裝置動作，分輪次實施切負荷。在裝置的動作邏輯中頻率量和電壓量是相互獨立判斷的，忽略了狀態(tài)量之間的交互影響。而且，減負荷方案一旦整定好，就不再隨著運行方式、負荷特性或故障類型的變化而變化。
分析表明，電力系統(tǒng)在受擾后的暫態(tài)過程中電壓、頻率和功率通常是交互影響的。某些情況下，依靠傳統(tǒng)的僅采用頻率量測的低頻減負荷控制策略，或僅采用電壓量測的低壓減負荷控制策略，或即使同時配置了低頻和低壓減負荷控制，但每一種控制都仍然是基于單一的頻率量測或單一的電壓量測而獨立動作的自動減負荷控制策略，難以真實地反映受擾系統(tǒng)電壓和頻率之間的動態(tài)交互影響，也難以適應系統(tǒng)運行中負荷特性或故障類型的變化，從而可能出現(xiàn)嚴重的欠控制或過控制，甚至引發(fā)大停電事故。換言之，單靠頻率或單靠電壓的變化情況有時無法正常觸發(fā)裝置動作，從而導致控制裝置拒動；或者導致裝置動作過量，多余地切除負荷，造成不必要的經(jīng)濟損失。
因此，傳統(tǒng)的自動減負荷控制方法由于沒有在實時控制算法中考慮電壓和頻率之間的動態(tài)交互影響，存在控制裝置拒動或過切的危險，造成電網(wǎng)安全或經(jīng)濟方面的嚴重后果。為此，需要一種能夠在裝置的實時控制算法中計及電壓和頻率之間交互影響，從而反映運行工況、負荷特性或故障類型等因素變化的控制方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是 如何在電網(wǎng)發(fā)生嚴重故障后的暫態(tài)過程中計及電壓和頻率之間的動態(tài)交互作用，從而影響自動切負荷裝置動作的時機和地點，使得自動減負荷控制策略能較好地適應系統(tǒng)運行工況、負荷特性以及故障類型的變化。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取以下的技術方案來實現(xiàn)的。該技術方案包括下列步驟 1)實時測量電網(wǎng)在正常運行工況下各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的初始電壓U0，初始頻率f0以及初始有功功率P0； 2)若電網(wǎng)未發(fā)生擾動，轉(zhuǎn)至步驟1)，否則轉(zhuǎn)至步驟3)； 3)實時測量電網(wǎng)在遭受擾動后各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的電壓U(t)、頻率f(t)以及有功功率P(t)，其中t為時間； 4)若裝置滿足閉鎖條件而閉鎖，轉(zhuǎn)至步驟3)；否則，根據(jù)實時測量的電壓U(t)和頻率f(t)計算該時刻的瞬時頻率電壓相關系數(shù)K(t)，計算公式如下 K(t)＝-K0+α·F(t) 其中，α為轉(zhuǎn)換因子，一般取2.0；常量K0及變量F(t)的計算方式如下 式中fq為裝置啟動的啟動頻率；Uq為裝置啟動的啟動電壓，一般取0.90p.u.；為簡便計算，f0可取電網(wǎng)的額定頻率。根據(jù)我國電網(wǎng)的實際情況，fq一般取49.5Hz，f0取50.0Hz； 5)若電壓U(t)下降到啟動電壓Uq或頻率f(t)下降到啟動頻率fq，轉(zhuǎn)至步驟6)，否則表明系統(tǒng)電壓和頻率均維持在可接受水平之上，裝置不動作，計算從裝置解除閉鎖時刻t0至該時刻t的平均頻率電壓相關系數(shù)K，并轉(zhuǎn)至步驟3)。其中，t時刻的平均頻率電壓相關系數(shù)K的計算公式為 式中，K′為上一次采樣時刻t′的平均頻率電壓相關系數(shù)；為計算K，裝置需要保留上一次采樣時刻t′的變量F(t′)； 6)啟動自動減負荷控制裝置，并實時計算綜合狀態(tài)量DP。DP定義式為 DP＝|K·Δf+ΔU|·ΔP 其中 1)K即為裝置啟動時刻的平均頻率電壓相關系數(shù)，可通過在線辨識或離線仿真計算獲得。若在線辨識失敗，K值可取與該工況最匹配的典型工況的離線仿真整定結(jié)果； 2)Δf稱為頻率偏移量，定義為(f0-f(t))/f0； 3)ΔU稱為電壓偏移量，定義為(U0-U(t))/U0； 4)ΔP稱為功率不平衡量，定義為(P0-P(t))/P0，其中P0在無減負荷控制措施時保持初始負荷需求不變。當實施減負荷措施切除負荷dP時，P0作如下修改P0＝P0 dP。
7)以DP為考察量，按DP的變化分輪次實施切負荷。如果該裝置所有輪次均動作或監(jiān)測到系統(tǒng)電壓、頻率均恢復到可接受水平之內(nèi)，則結(jié)束控制。各輪次減負荷方案的制定仍以電網(wǎng)可能存在的最大功率缺額作為參考，每輪切負荷量和動作延時的整定方法與傳統(tǒng)低頻低壓減負荷控制方法類似，可通過離線仿真計算得以實現(xiàn)。
本發(fā)明中，披露了一種可在實時控制算法中計及暫態(tài)過程中電壓、頻率通過負荷的有功功率交互作用的減負荷控制方法。該方法通過在線的擾動辨識或離線仿真結(jié)果計算該工況下各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點處的平均頻率電壓相關系數(shù)，并通過實時測量裝置安裝節(jié)點的電壓U(t)、頻率f(t)、有功功率P(t)，實時計算綜合狀態(tài)量DP，并根據(jù)其變化情況及時地啟動自動減負荷控制裝置動作。該方法在傳統(tǒng)的控制裝置中引入了有功功率量測，并計及了電壓和頻率通過負荷有功功率產(chǎn)生的交互作用，解決了單靠頻率或單靠電壓變化可能造成的裝置無法動作或動作過量的問題。為了提高該方法的可靠性，可在考察DP量的同時對暫態(tài)電壓、頻率及其變化率進行考察。
效果和優(yōu)點 本發(fā)明中披露的受端電網(wǎng)自動減負荷控制方法應用于受端電力系統(tǒng)的自動減負荷控制裝置中，通過同時反映電壓、頻率下降效應以及功率缺額的大小，及時有效的實施減負荷控制，避免受端電網(wǎng)在極端嚴重故障下的安全穩(wěn)定破壞和大面積停電事故。
(1)采用了該控制方法的電力系統(tǒng)自動減負荷控制裝置，可有效解決電網(wǎng)因遭受極端嚴重故障發(fā)生突然的有功功率缺額后，傳統(tǒng)低頻低壓減負荷控制裝置可能出現(xiàn)的拒動問題； (2)采用了該控制方法的電力系統(tǒng)自動減負荷控制裝置，可有效計及電網(wǎng)暫態(tài)過程中電壓和頻率之間的交互影響，在確保系統(tǒng)電壓、頻率快速恢復的基礎上，盡可能的降低切負荷量； (3)采用了該控制方法的電力系統(tǒng)自動減負荷控制裝置，可較好地適應系統(tǒng)運行工況、負荷特性以及故障類型等因素的變化，更加準確地反映負荷節(jié)點以及系統(tǒng)的電壓、頻率穩(wěn)定性變化情況； (4)采用了該控制方法的電力系統(tǒng)自動減負荷控制裝置，可通過調(diào)節(jié)平均頻率電壓相關系數(shù)，有效計及負荷的重要性以及負荷本身的頻率調(diào)節(jié)特性，一定程度上降低切負荷帶來的經(jīng)濟損失； (5)采用了該控制方法的電力系統(tǒng)自動減負荷控制裝置，只在傳統(tǒng)減負荷控制裝置基礎上增加有功功率量測和少量計算，并將傳統(tǒng)的低頻減負荷與低壓減負荷控制裝置融為一體。



圖1是本發(fā)明的流程圖； 圖2基本輪處理模塊內(nèi)部流程圖； 圖3為特殊輪處理模塊內(nèi)部流程圖；。
圖4為本發(fā)明方法的動作邏輯圖(以5輪基本輪，3輪特殊輪為例)； 圖5A地區(qū)電網(wǎng)地理接線圖； 圖6為B地區(qū)電網(wǎng)地理接線圖。

具體實施例方式 下面以實際受端電網(wǎng)為例，考察該方法對運行工況、負荷特性以及故障類型等因素變化的適應性，并以例1為參考，結(jié)合附圖1對本發(fā)明方法進行詳細描述。
例1針對不同運行工況的自動減負荷控制方法的實施例 某實際受端電網(wǎng)(A地區(qū))地理接線如圖5所示。該地區(qū)電網(wǎng)通過Bus1-Bus3和Bus2-Bus3的兩條500kV雙回線和主網(wǎng)聯(lián)系。當Bus3的一臺主變發(fā)生故障，變壓器保護動作將其開斷，同時另一臺主變保護誤動時，該地區(qū)孤網(wǎng)運行并存在大量功率缺額。如不能快速切除部分負荷，將造成頻率或電壓的快速崩潰。
考慮三種不同的運行方式，各方式下該電網(wǎng)從外網(wǎng)受入功率占該地區(qū)負荷總量的比例分別為9％、19％、27％。假定在該電網(wǎng)內(nèi)各個主要的負荷節(jié)點均已配置基于該發(fā)明方法的自動減負荷控制裝置，根據(jù)圖1步驟1，可以測得在不同的運行工況下該電網(wǎng)各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的初始電壓U0、初始頻率f0以及初始有功功率P0。
圖1步驟2會實時檢測系統(tǒng)中是否發(fā)生大的擾動。當電網(wǎng)發(fā)生上述故障時出口為真，執(zhí)行步驟3。
圖1步驟3會實時測量裝置安裝節(jié)點的電壓U(t)、頻率f(t)及有功功率P(t)，并根據(jù)電壓量和頻率量的偏離情況判斷是否閉鎖減負荷控制裝置，如圖1步驟4所示。由于初始運行方式不同，電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時的功率缺額也不相同。因此，三種運行方式下發(fā)生上述同一故障后電網(wǎng)各負荷節(jié)點的電壓、頻率、功率動態(tài)過程也是不同的。
圖1步驟4和步驟5描述的是在裝置解除閉鎖后，至該裝置所在節(jié)點的電壓U(t)或頻率f(t)下降到啟動值之前的時間段內(nèi)，計算與該工況相對應的平均頻率電壓相關系數(shù)K。根據(jù)本發(fā)明所提出的技術方案，通過離線仿真或在線辨識計算得各運行方式所對應的平均頻率電壓相關系數(shù)分別為12.5、11.7、11.0。
圖1步驟6描述的是當電壓U(t)或頻率f(t)跌落至可接受水平以下時，及時地啟動自動減負荷裝置，并根據(jù)初始和暫態(tài)的電壓、頻率、功率量實時計算綜合狀態(tài)量DP。DP不但同時反映電壓和頻率的動態(tài)下降過程，而且直接反映了功率缺額的大小。
圖1步驟7根據(jù)DP的變化情況分輪次實施切負荷。采用本發(fā)明所提出的技術方案，在三種方式下各減負荷控制裝置均能可靠動作，各方式時的動作情況如下 方式1時各減負荷控制裝置基本輪動作1輪，且近故障點優(yōu)先動作，遠故障節(jié)點后動作，累計切除負荷量占網(wǎng)內(nèi)負荷總量的8.0％；系統(tǒng)恢復到穩(wěn)態(tài)時，全網(wǎng)各節(jié)點頻率保持在49.95Hz左右，電壓保持在1.00p.u.左右； 方式2時除Bus17-Bus20、Bus23、Bus24節(jié)點裝置基本輪動作2輪，特殊輪動作1輪外，距故障點較近的其它負荷節(jié)點裝置基本輪動作2輪，特殊輪動作2輪，累計切除負荷量占網(wǎng)內(nèi)負荷總量的19.4％；系統(tǒng)恢復到穩(wěn)態(tài)時，全網(wǎng)各節(jié)點頻率保持在49.92Hz左右，電壓保持在1.01p.u.左右； 方式3時除距故障點較遠的Bus16-Bus24節(jié)點裝置基本輪動作3輪外，距故障點較近的其它負荷節(jié)點裝置基本輪動作4輪，累計切除負荷量占網(wǎng)內(nèi)負荷總量的27.5％。系統(tǒng)恢復到穩(wěn)態(tài)時，全網(wǎng)各節(jié)點頻率保持在49.88Hz左右，電壓保持在1.01p.u.左右。
因此，采用本發(fā)明所提出的技術方案可在確保系統(tǒng)各節(jié)點電壓、頻率恢復到可接受水平的前提下，實現(xiàn)切負荷量與受入功率基本一致，較好地適應了系統(tǒng)運行工況的變化。
例2針對不同負荷特性的自動減負荷控制方法的實施例 負荷特性的變化可通過對負荷模型的不同描述加以表征。不同的負荷特性對故障后的暫態(tài)電壓及暫態(tài)頻率響應都有較大的影響，而傳統(tǒng)的低頻低壓減負荷控制方式?jīng)]有在實時控制算法中考慮負荷特性對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響，難以較好地適應負荷特性的變化，某些情況下可能造成裝置的拒動而導致電網(wǎng)崩潰。
仍以圖5所示的A地區(qū)電網(wǎng)的方式3為例，故障場景與例1相同?？紤]兩類負荷模型模型1為靜態(tài)負荷，模型2為計及一定比例感應電動機的綜合負荷。通過離線仿真計算或在線辨識可以得到兩類負荷模型對應的平均頻率電壓相關系數(shù)分別為11.0和9.50，從而反映了不同負荷類型對系統(tǒng)電壓和頻率動態(tài)響應所造成的不同程度的影響。
基于DP變化動作的自動減負荷控制裝置在模型1時的動作情況與例1中的方式3相同。在模型2時，Bus18節(jié)點裝置基本輪動作2輪，Bus16-Bus24節(jié)點(不含Bus18節(jié)點)基本輪動作3輪，其它負荷節(jié)點裝置基本輪動作4輪，累計切除負荷量占網(wǎng)內(nèi)負荷總量的27.0％；系統(tǒng)恢復到穩(wěn)態(tài)時，全網(wǎng)各節(jié)點頻率保持在49.95Hz左右，電壓保持在1.02p.u.左右。
因此，采用本發(fā)明所提出的技術方案，可以自動地體現(xiàn)系統(tǒng)負荷特性的變化，確保自動減負荷控制裝置在不同負荷特性下均可靠動作。
例3針對不同故障類型的自動減負荷控制方法的實施例 以圖6所示的B地區(qū)電網(wǎng)為例，全網(wǎng)5個小電廠承擔網(wǎng)內(nèi)60.5％的負荷供電，并留有一定的熱備用(熱備用容量占全網(wǎng)負荷總量的10.9％)。正常運行方式下，約40％的負荷需求需要通過Bus1-Bus2之間的500kV雙回線從主網(wǎng)受入。
當聯(lián)絡線Bus1-Bus2雙回因故障突然開斷后，該地區(qū)將孤網(wǎng)運行，并存在大量功率缺額，需要通過減負荷控制裝置快速切除多余負荷。
在對該電網(wǎng)進行時域仿真后發(fā)現(xiàn)，聯(lián)絡線以不同的故障形態(tài)斷開時，故障清除后孤網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點的電壓、頻率動態(tài)過程存在較大差異。然而，由于自動減負荷控制屬于第三道防線，不再根據(jù)運行方式和故障的組合來選擇控制措施，而只能根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)量的動態(tài)行為進行控制決策。如果采用傳統(tǒng)控制方法，當某類故障造成電壓(或頻率)過低而導致低壓(或低頻)減負荷控制裝置閉鎖，而頻率(或電壓)卻沒有明顯下降而導致低頻(或低壓)減負荷控制裝置亦無法動作時，就有可能發(fā)生電網(wǎng)崩潰。
考慮兩類故障故障1為Bus1-Bus2雙回無故障跳開，故障2為Bus1-Bus2一回發(fā)生三永故障，保護延時跳開時另一回保護誤動。按照本發(fā)明所提出的技術方案，根據(jù)故障后的暫態(tài)電壓和暫態(tài)頻率響應計算相應的平均頻率電壓相關系數(shù)分別為9.0和7.0，反映了不同故障類型對系統(tǒng)電壓和頻率動態(tài)響應造成的不同程度的影響。
基于DP變化動作的減負荷控制裝置在發(fā)生故障1后Bus7-Bus10節(jié)點裝置累計動作3輪，其它負荷節(jié)點裝置動作4輪，累計切除負荷量占全網(wǎng)負荷總量的29.5％；系統(tǒng)恢復到穩(wěn)態(tài)時，全網(wǎng)各節(jié)點頻率保持在49.74Hz左右，電壓保持在1.03p.u.左右。
基于DP變化動作的減負荷控制裝置在發(fā)生故障2后Bus13節(jié)點裝置動作1輪，Bus8、Bus9、Bus11節(jié)點裝置動作3輪，其它負荷節(jié)點裝置動作4輪，累計切除負荷量占全網(wǎng)負荷總量的31％；系統(tǒng)恢復到穩(wěn)態(tài)時，全網(wǎng)各節(jié)點頻率保持在49.57Hz左右，電壓保持在1.05p.u.左右。
因此，采用本發(fā)明所提出的技術方案，基于DP值動作的自動減負荷控制裝置能夠在聯(lián)絡線以不同的故障形態(tài)斷開時可靠動作，并將系統(tǒng)電壓、頻率快速恢復到一個可接受的水平。
權利要求
1、綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法，其特征在于包括下列步驟
1)實時測量電網(wǎng)在正常運行工況下各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的初始電壓U0、初始頻率f0以及初始有功功率P0；
2)若電網(wǎng)未發(fā)生擾動，轉(zhuǎn)至步驟1)，否則轉(zhuǎn)至步驟3)；
3)實時測量電網(wǎng)在遭受擾動后各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的電壓U(t)、頻率f(t)以及有功功率P(t)，其中t為時間；
4)若裝置滿足閉鎖條件而閉鎖，轉(zhuǎn)至步驟3)，否則根據(jù)實時測量的電壓U(t)、頻率f(t)計算該時刻的瞬時頻率電壓相關系數(shù)K(t)；
5)若電壓U(t)下降到設定的啟動電壓Uq或頻率f(t)下降到設定的啟動頻率fq，轉(zhuǎn)至步驟6)，否則計算從裝置解除閉鎖時刻t0至該時刻t的平均頻率電壓相關系數(shù)K，并轉(zhuǎn)至步驟3)；
6)啟動自動減負荷控制裝置，并實時計算綜合狀態(tài)量DP；
7)以DP為考察量，按DP的變化分輪次實施切負荷，若該裝置所有輪次均已動作或監(jiān)測到系統(tǒng)電壓、頻率均已恢復到可接受水平之上，則結(jié)束控制。
2、根據(jù)權利要求1所述的綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法，其特征在于，在正常運行工況下和電網(wǎng)受擾后的暫態(tài)過程中，除了測量各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的電壓和頻率外，還必須測量各裝置安裝節(jié)點在正常運行工況下的初始有功功率和暫態(tài)過程中的有功功率。
3、根據(jù)權利要求1所述的綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法，其特征在于，當監(jiān)測到安裝節(jié)點的電壓U(t)和頻率f(t)均維持在可接受水平之上時，自動減負荷控制裝置可靠不動作。
4、根據(jù)權利要求1所述的綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法，其特征在于，自t0時刻起，實時計算當前時刻的瞬時頻率電壓相關系數(shù)，如果判斷系統(tǒng)在該時刻未達到啟動條件，利用瞬時頻率電壓相關系數(shù)和前一時刻的平均頻率電壓相關系數(shù)計算當前時刻的平均頻率電壓相關系數(shù)，并以此替代上一時刻的平均頻率電壓相關系數(shù)。
5、根據(jù)權利要求1所述的綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法，其特征在于，根據(jù)各自動減負荷控制裝置在正常運行工況下測量的初始電壓U0、初始頻率f0和初始有功功率P0以及電網(wǎng)受擾后實時測量的電壓U(t)、頻率f(t)和有功功率P(t)分別計算頻率偏移量Δf、電壓偏移量ΔU和功率不平衡量ΔP，結(jié)合平均頻率電壓相關系數(shù)，實時計算綜合狀態(tài)量DP，并根據(jù)其變化情況分輪次觸發(fā)自動減負荷控制裝置動作，實施切負荷。
全文摘要
綜合電壓頻率動態(tài)交互影響的自動減負荷控制方法實時地測量就地的電壓、頻率、功率等狀態(tài)量的信息，并對上述信息進行加工、判斷，從而決定裝置是否動作，實施切負荷措施。本發(fā)明通過計算某工況下各裝置安裝節(jié)點處的平均頻率電壓相關系數(shù)，有效計及了對應工況下電壓量和頻率量的耦合程度；通過實時測量各自動減負荷控制裝置安裝節(jié)點的電壓、頻率以及有功功率，實時計算綜合狀態(tài)量，并根據(jù)其變化情況及時地啟動自動減負荷控制裝置，分輪次動作。本發(fā)明在傳統(tǒng)的自動減負荷控制裝置中引入了有功功率量測，并計及了電壓和頻率通過負荷有功功率產(chǎn)生的交互作用，解決了單純依靠頻率量或單純依靠電壓量的變化可能造成的裝置無法動作或動作過量的問題。
文檔編號H02J3/14GK101588068SQ20091003342
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權日2009年6月19日
發(fā)明者方勇杰, 楊衛(wèi)東, 侯玉強, 鮑顏紅, 徐泰山, 李碧君, 劉福鎖, 許劍冰, 薛禹勝, 張長銀, 姬長安, 李雪明, 羅劍波 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院, 南京南瑞集團公司