本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的測試方法。

背景技術(shù)：

一次調(diào)頻是維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定不可或缺的方式之一。電力系統(tǒng)的規(guī)模越大、復(fù)雜程度越高，對一次調(diào)頻能力的要求就越高。而且近年來風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電不斷并入電網(wǎng)，更是需要一次調(diào)頻發(fā)揮其巨大作用。頻率靜態(tài)特性系數(shù)β(單位為MW/0.1HZ)的實測值是反映一次調(diào)頻特性的重要依據(jù)，頻率偏差系數(shù)B的取值要盡可能接近頻率靜態(tài)特性系數(shù)β，頻率偏差系數(shù)B是設(shè)計事故頻率控制系統(tǒng)和實施頻率控制考核的重要參數(shù)，在ACE計算、CPS考核等方面廣泛應(yīng)用，一般應(yīng)每年設(shè)定一次。因此設(shè)計發(fā)明一種電網(wǎng)頻率靜態(tài)系數(shù)的測試方法具有十分重要的意義。

電網(wǎng)的靜態(tài)頻率特性是發(fā)電機組的靜態(tài)特性和負(fù)荷靜態(tài)特性的共同作用的結(jié)果，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動時，電網(wǎng)的靜態(tài)頻率特性系數(shù)β數(shù)值上等于系統(tǒng)功率缺額ΔP和系統(tǒng)頻率偏差Δf之比，可以用式(1)表示，

式中f₁表示電網(wǎng)發(fā)生擾動后穩(wěn)定時刻系統(tǒng)頻率，f₀表示電網(wǎng)發(fā)生擾動前系統(tǒng)頻率。

國內(nèi)目前對電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實測方法，基本上有兩種，一種是根據(jù)電網(wǎng)運行中發(fā)生的滿足特定要求的頻率大擾動事件，利用電網(wǎng)對該事件的數(shù)據(jù)記錄詳細(xì)分析擾動前后電網(wǎng)的功率、頻率穩(wěn)定值，以及事件發(fā)生時的電網(wǎng)出力或負(fù)載擾動量分析計算電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。在實際應(yīng)用中，該方法存在兩個問題，其一，該實測方法對電網(wǎng)頻率擾動過程的特定要求導(dǎo)致該方法的局限性很強。譬如按照國調(diào)中心印發(fā)的《聯(lián)絡(luò)線偏差控制技術(shù)規(guī)范》(試行)中所規(guī)定的電網(wǎng)控制區(qū)頻率靜態(tài)特性系數(shù)實測和分析方法，若要進(jìn)行控制區(qū)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實測，擾動過程應(yīng)同時具備三個條件：1、全網(wǎng)系統(tǒng)頻率低于49.967Hz，此時啟動對控制區(qū)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實測計算；2、頻率發(fā)生較大幅度突變，3秒內(nèi)頻率變化超過0.033Hz，3秒內(nèi)聯(lián)絡(luò)線功率變化大于超過50MW。3、頻率穩(wěn)定時3秒內(nèi)頻率變化不超過0.005Hz，3秒內(nèi)聯(lián)絡(luò)線功率變化小于超過10MW。同時滿足此三項要求的電網(wǎng)頻率擾動事件，才能應(yīng)用此方法對頻率下擾過程(僅對頻率下擾過程)進(jìn)行電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實測。而此類電網(wǎng)頻率大擾動過程出現(xiàn)的頻次很低，用該方法實測頻率靜態(tài)特性系數(shù)只能被動等待該類電網(wǎng)擾動事件的發(fā)生，有極大的不確定性。其二，由于電網(wǎng)日常運行中很多并網(wǎng)機組的AGC功能投入，并由調(diào)頻廠機組承擔(dān)電網(wǎng)的二次調(diào)頻任務(wù)，所以該方法下很難避免機組二次調(diào)頻對電網(wǎng)頻率波動過程的影響，進(jìn)而嚴(yán)重影響對電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實測分析精度。

目前對電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實測方法第二種方法，是通過人為造成網(wǎng)內(nèi)機組出力大階躍的試驗手段(若利用負(fù)載擾動，則會嚴(yán)重影響電力用戶的正常生產(chǎn)、生活，并帶來較大的電量損失)，產(chǎn)生整個電網(wǎng)的頻率大擾動過程，分析計算電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。該方法下，試驗前一般均要求電網(wǎng)并網(wǎng)機組的自動發(fā)電功能(Automatic Generation Control，AGC)退出，以便避免并網(wǎng)機組AGC對電網(wǎng)頻率靜特性的影響。試驗一般選取電網(wǎng)內(nèi)1～2臺單機容量最大的水電機組，通過機組突甩負(fù)荷實現(xiàn)電網(wǎng)頻率擾動。該方法避免了并網(wǎng)機組AGC以及其他二次調(diào)頻過程的影響，而且試驗前通過人為控制，電網(wǎng)頻率擾動過程也可嚴(yán)格滿足特定要求。但由于是全網(wǎng)的頻率大擾動試驗，而且機組出力大階躍帶來電網(wǎng)頻率擾動過程產(chǎn)生的頻率極值偏差大，試驗風(fēng)險的可控性差。試驗涉及網(wǎng)、省公司各級電力調(diào)度部門、并網(wǎng)發(fā)電廠，并且需要調(diào)度、方式、自動化、通訊、電站運行、維護(hù)、試驗等各專業(yè)的配合，試驗的組織實施、風(fēng)險控制、安全措施的落實都極具難度，耗時耗力。

此外，兩種方法均是通過擾動前后的兩個電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)工況點來分析電網(wǎng)的靜態(tài)頻率特性，很難準(zhǔn)確分析電網(wǎng)在某一運行方式下整個運行頻率段的靜態(tài)頻率全特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種非電網(wǎng)大擾動條件下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測試方法，以解決目前電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測試方法或者局限性、不確定性很強，易受二次調(diào)頻影響，或者試驗難度和安全風(fēng)險大的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

非電網(wǎng)大擾動條件下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測試方法，包括以下步驟：

1)、測試前人為退出電網(wǎng)并網(wǎng)機組的AGC及其他二次調(diào)頻調(diào)節(jié)操作；

2)、選擇電網(wǎng)中的一臺或幾臺機組作為電網(wǎng)功率擾動的試驗機組，進(jìn)行所測同步電網(wǎng)的頻率、總出力、聯(lián)絡(luò)線功率的測試；然后在電網(wǎng)發(fā)電出力和負(fù)載穩(wěn)定時段，逐步增減試驗機組出力，每次增減出力后，穩(wěn)定一段時間，以便電網(wǎng)通過調(diào)節(jié)形成新的穩(wěn)態(tài)頻率；

3)、試驗結(jié)束后，分析試驗過程中電網(wǎng)各個穩(wěn)點運行工況點總出力與穩(wěn)定頻率，繪制電網(wǎng)總出力與電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率的關(guān)系圖，進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)擬合，得到電網(wǎng)在不同頻率段內(nèi)的頻率靜態(tài)特性關(guān)系曲線；該關(guān)系曲線的斜率為實測的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)，單位歸化為MW/0.1Hz。

進(jìn)一步的，步驟2)中試驗機組的出力變化以為單方向增加或減少，直至達(dá)到試驗預(yù)設(shè)的電網(wǎng)頻率最大值或最小值。

進(jìn)一步的，步驟2)中試驗機組每次出力的增/減量，在最小值ΔP_min和最大值ΔP_max之間選定；最小值ΔP_min以所造成電網(wǎng)頻率的穩(wěn)態(tài)變化量能夠精確測量的下限為準(zhǔn)；最大值ΔP_max以所造成的電網(wǎng)擾動安全可控為準(zhǔn)。最大值ΔP_max兼顧考慮步驟3)中試驗過程所得到電網(wǎng)穩(wěn)點運行工況點的個數(shù)。

進(jìn)一步的，步驟2)中試驗機組每次出力增減量，以所造成電網(wǎng)頻率的穩(wěn)態(tài)變化量可以精確測量為宜，譬如：0.01Hz。

進(jìn)一步的，穩(wěn)定一段時間為15～25秒。

進(jìn)一步的，試驗機組的可調(diào)節(jié)出力占電網(wǎng)總負(fù)荷的1％以上。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本測試方法采用可控的斜坡出力擾動或多次逐步增減出力的方法作為激勵，使得電網(wǎng)由某一穩(wěn)態(tài)運行頻率逐步過渡到另一個穩(wěn)態(tài)運行頻率。進(jìn)而實測電網(wǎng)各穩(wěn)態(tài)運行工況下功率與頻率的對應(yīng)關(guān)系，分析計算電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。試驗過程電網(wǎng)頻率的可控性強，可以人為控制電網(wǎng)頻率的漸變過程，避免電網(wǎng)頻率大的突變過程，試驗安全風(fēng)險小，便于組織實施。

(2)試驗選擇電網(wǎng)發(fā)電出力和負(fù)載較穩(wěn)定的時段進(jìn)行，以避免電網(wǎng)運行方式改變或負(fù)載擾動帶來的影響；試驗前可人為退出全網(wǎng)的AGC及其他二次調(diào)頻調(diào)節(jié)操作，確保試驗過程不受電網(wǎng)二次調(diào)頻的影響。確保該測試方法下，電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的測試精度。

(3)在一定的電網(wǎng)穩(wěn)定負(fù)載水平下，通過人為改變電網(wǎng)運行方式，可以實測同一電網(wǎng)負(fù)載水平，不同電網(wǎng)運行方式下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。也可以在同一電網(wǎng)運行方式下(同一并網(wǎng)機組開機方式)實測不同電網(wǎng)負(fù)載水平(譬如晚高峰、深夜低谷負(fù)荷等不同工況)的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。與目前其他方法相比，該方法的使用更為靈活、適用性強。

(4)該測試方法下，采用多次逐步增減機組出力的方法作為激勵，可以人為造成電網(wǎng)的多個穩(wěn)態(tài)運行工況點。一方面，通過多個穩(wěn)態(tài)運行工況點的測試、曲線擬合，使得實測結(jié)果更加準(zhǔn)確。另一方面，可以實測更大電網(wǎng)頻率范圍內(nèi)的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)，并可通過一次試驗進(jìn)行電網(wǎng)頻率運行范圍內(nèi)(包括機組一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi))的頻率靜態(tài)全特性分析。該測試方法下，可以減小測試的系統(tǒng)誤差，也可以使得對電網(wǎng)頻率靜特性的研究更為全面、深入。

附圖說明

圖1為2016年西北電網(wǎng)四次功率大階躍擾動試驗頻率波動過程。

圖2為逐步增減機組出力時的電網(wǎng)頻率變化過程。

圖3a為實測電網(wǎng)頻率與功率變化靜態(tài)曲線。

圖3b為實測電網(wǎng)頻率與功率變化靜態(tài)曲線。

圖4為降出力方向數(shù)據(jù)擬合曲線。

圖5為升出力方向數(shù)據(jù)擬合曲線。

圖6為西北電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳盡的說明。

圖1為國內(nèi)目前電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的測試方法，激勵采用拉西瓦水電廠機增減出力進(jìn)行四次試驗，頻率在擾動前后出現(xiàn)明顯的穩(wěn)定值，但是現(xiàn)在這種方法出現(xiàn)較大的頻率極值，試驗過程風(fēng)險較大，且未涉及電網(wǎng)在機組一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi)的頻率靜態(tài)特性，僅用大擾動前后的兩個穩(wěn)態(tài)工況點，計算β值，試驗系統(tǒng)誤差較大。

本發(fā)明一種非電網(wǎng)大擾動條件下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測試方法，具體包括：

本發(fā)明采用可控的斜坡出力擾動和定步長逐步增減出力的方法作為激勵，下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹：

1)、試驗選擇電網(wǎng)發(fā)電出力和負(fù)載較穩(wěn)定的時段進(jìn)行；試驗前人為退出電網(wǎng)并網(wǎng)機組的AGC及其他二次調(diào)頻調(diào)節(jié)操作，確保試驗過程不受電網(wǎng)二次調(diào)頻的影響。

2)、選擇電網(wǎng)中可調(diào)節(jié)出力較大的一臺或幾臺機組作為電網(wǎng)功率擾動的試驗機組(試驗機組的可調(diào)節(jié)出力應(yīng)占電網(wǎng)總負(fù)荷的1％以上)。做好所測同步電網(wǎng)的頻率、總出力、聯(lián)絡(luò)線功率等相關(guān)物理量的測試工作。逐步增減試驗機組出力，每次增減出力(出力增減量在電網(wǎng)一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi)外應(yīng)有明顯不同，以能改變電網(wǎng)頻率0.01Hz左右為宜)后，穩(wěn)定15～25秒，以便電網(wǎng)通過調(diào)節(jié)形成新的穩(wěn)態(tài)頻率。注意試驗機組的出力變化以單方向增加或減少為宜，避免試驗過程中機組出力的反復(fù)調(diào)整，直至達(dá)到試驗預(yù)設(shè)的電網(wǎng)頻率最大值或最小值。

3)、試驗結(jié)束后，詳細(xì)分析試驗過程中電網(wǎng)各個穩(wěn)點運行工況點總出力與穩(wěn)定頻率，繪制電網(wǎng)總出力與電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率的關(guān)系圖，進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)擬合，得到電網(wǎng)在不同頻率段內(nèi)的頻率靜態(tài)特性關(guān)系曲線。該關(guān)系曲線的斜率即為實測的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)(單位歸化為MW/0.1Hz)。

利用拉西瓦水電廠機組定步長逐步增減出力的方法，測定西北電網(wǎng)在多個穩(wěn)定工況點頻率與功率的關(guān)系，再通過數(shù)據(jù)擬合，分段測定電網(wǎng)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)。如圖2為試驗過程中機組功率和電網(wǎng)頻率的變化過程。

圖3a和圖3b是利用拉西瓦水電廠機組定步長逐步增減出力的方法，用四次測試所測得各穩(wěn)態(tài)點擬合的曲線，可以看出電網(wǎng)頻率在50±0.035Hz范圍內(nèi)和之外，電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性有著明顯差別。在50±0.035Hz范圍內(nèi)，頻率靜態(tài)特性系數(shù)在-300MW/0.1Hz左右；在50±0.035Hz范圍以外，頻率靜態(tài)特性系數(shù)在-3000MW/0.1Hz以上。

進(jìn)一步分析整理調(diào)節(jié)過程中各穩(wěn)態(tài)點的電網(wǎng)頻率和機組功率數(shù)據(jù)，如圖4和圖5，擬合功率與電網(wǎng)頻率關(guān)系曲線，測得電網(wǎng)頻率在50±0.035Hz范圍之外的頻率靜態(tài)特性系數(shù)在升、降出力方向分別為-3125MW/0.1Hz和-3100MW/0.1Hz。

依據(jù)上述西北電網(wǎng)各控制區(qū)、各省電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性的測試分析結(jié)果，繪制西北電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性示意圖如圖6，橫坐標(biāo)為電網(wǎng)頻率(單位Hz)，縱坐標(biāo)為電網(wǎng)功率不平衡量(正數(shù)為發(fā)電出力缺額，負(fù)數(shù)為負(fù)載損失)。實線部分為本次試驗實際測試結(jié)果，直線斜率為-3100MW/0.1Hz(實際測得西北電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)β為3100～3600MW/0.1Hz)。中間虛線部分為并網(wǎng)機組一次調(diào)頻死區(qū)的影響，實測分析頻率死區(qū)內(nèi)(50±0.035Hz)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)β為300MW/0.1Hz左右，兩頭的虛線部分為并網(wǎng)火電機組一次調(diào)頻限幅的影響。

電網(wǎng)內(nèi)并網(wǎng)機組AGC退出，通過機組定步長逐步增、減出力，實測各調(diào)節(jié)穩(wěn)定工況點的電網(wǎng)頻率和功率變化，可以分頻率段實測電網(wǎng)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)。該方法與電網(wǎng)功率大階躍試驗相比，試驗風(fēng)險和測試系統(tǒng)誤差都相對小。