本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及孤立電網(wǎng)故障狀態(tài)下的緊急負(fù)荷控制方法。

背景技術(shù)：

孤立電網(wǎng)指集“發(fā)、輸、配、售”所有功能于一體的電網(wǎng)，被廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶煉等各種行業(yè)，也可指獨(dú)立于公網(wǎng)的區(qū)域配電網(wǎng)。孤立電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間在電氣上無聯(lián)系或弱聯(lián)系。所謂弱聯(lián)系，是指在正常運(yùn)行情況下大電網(wǎng)對孤立電網(wǎng)的頻率、電壓波動支援作用有限，且在緊急情況下大電網(wǎng)會斷開與孤立電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)斷面，使其非計劃性地轉(zhuǎn)化為孤立電網(wǎng)。

孤網(wǎng)容量較小，各單臺機(jī)組和大型用電設(shè)備所占的功率比例較大，發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量和負(fù)荷的擾動量相對值也較大，這將對孤網(wǎng)頻率產(chǎn)生明顯影響。而且，孤網(wǎng)中所有發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)慣量儲存的動能和鍋爐群所具備的熱力勢能均較小，自平衡能力差，同樣的不平衡力矩會引起較大的發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，即同樣的不平衡量在孤網(wǎng)運(yùn)行時會導(dǎo)致頻率出現(xiàn)較大幅度的波動。

孤網(wǎng)運(yùn)行面臨最本質(zhì)的問題是功率不平衡問題。如果具有有效的有功功率控制手段，快速地平衡系統(tǒng)中由于事故產(chǎn)生的不平衡功率，就有可能減小甚至消除系統(tǒng)受到擾動時對電網(wǎng)的沖擊。常規(guī)的緊急負(fù)荷控制方法包括穩(wěn)控集中聯(lián)切和按頻率低頻減載。由于穩(wěn)控系統(tǒng)存在1％測量誤差，并且孤立電網(wǎng)中可控負(fù)荷較少，負(fù)荷顆粒度較大，因此極容易造成過切和欠切兩種情況，過切和欠切造成的功率不平衡也可能對孤立電網(wǎng)的頻率造成很大影響。而傳統(tǒng)的按頻率低頻減載，為了防止頻繁調(diào)整負(fù)荷，必須考慮延時，無法滿足大功率缺額時電網(wǎng)功率迅速平衡的時間要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有的緊急負(fù)荷控制方案存在的不足，本發(fā)明提出了孤立電網(wǎng)故障狀態(tài)下的緊急負(fù)荷控制方法。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。

孤立電網(wǎng)故障狀態(tài)下的緊急負(fù)荷控制方法，其特征在于，所述方法包含以下步驟：

(1)監(jiān)測孤立電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)以及孤立電網(wǎng)和外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的實(shí)時有功功率值，判斷發(fā)電機(jī)是否發(fā)生跳閘故障或聯(lián)絡(luò)線斷開故障，若是，則執(zhí)行步驟(2)，若否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)；

(2)根據(jù)故障前后孤立電網(wǎng)的有功功率差值計算出孤立電網(wǎng)功率缺額為ΔP；

(3)由孤立電網(wǎng)的穩(wěn)控系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)聯(lián)切負(fù)荷ΔP*K_q，然后進(jìn)入步驟(4)，其中K_q為比例系數(shù)，取值范圍為0.5-0.9之間；穩(wěn)控系統(tǒng)切負(fù)荷對象為穩(wěn)控系統(tǒng)所控制負(fù)荷，DCS系統(tǒng)切負(fù)荷對象為DCS系統(tǒng)所控制負(fù)荷；

(4)監(jiān)測聯(lián)切負(fù)荷ΔP*K_q后的孤立電網(wǎng)的頻率，如果孤立電網(wǎng)頻率低于第一頻率閾值f₁，則執(zhí)行步驟(5)，否則，則執(zhí)行步驟(7)；

(5)通過低頻減載裝置實(shí)施第一輪低頻減載，切除負(fù)荷P_LS的1/2，

其中，負(fù)荷P_LS為：

P_LS＝(1-K_q)*ΔP；

在第一輪低頻減載動作后，判斷當(dāng)前孤立電網(wǎng)頻率是否小于第二頻率閾值f₂，f₂<f₁，如果小于，則進(jìn)入步驟(6)，否則進(jìn)入步驟(7)；

(6)通過低頻減載裝置實(shí)施第二輪低頻減載，切除剩下的1/2負(fù)荷P_LS；

(7)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測，得到穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測值f_pred；

(8)若穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測值大于頻率上限閾值即f_pred>f_H，且當(dāng)前孤島電網(wǎng)頻率大于50.1Hz，則投入預(yù)定的平衡電阻；

若穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測值小于頻率下限閾值即f_pred<f_L，且當(dāng)前孤島電網(wǎng)頻率小于50.1Hz，則切除預(yù)定的負(fù)荷；

若f_L<f_pred<f_H，則不再采取任何控制措施，控制過程結(jié)束；

其中f_H和f_L分別為給定的頻率上限閾值和頻率下限閾值。

本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：

在步驟(4)中，所述第一頻率閾值f₁取值為(47.5Hz，49.5Hz)。

在步驟(5)中，所述第二頻率閾值f₂取值為(47.5Hz，49.5Hz)。

在步驟(7)中，根據(jù)公式(1)、(2)、(3)預(yù)測穩(wěn)態(tài)頻率f_pred：

式中，Δf(t)為故障發(fā)生后t時刻，以額定頻率為基準(zhǔn)的頻率變化標(biāo)幺值，為故障發(fā)生后t時刻的孤立電網(wǎng)頻率變化率,f_pred為預(yù)測的穩(wěn)態(tài)頻率值，f₀為故障發(fā)生時刻t0(t＝0)的頻率值，M_s為孤立電網(wǎng)系統(tǒng)慣性時間常數(shù)，ΔP_acc0為孤立電網(wǎng)系統(tǒng)初始加速功率，K_L為負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)；其中M_s、K_L為已知量，f₀、Δf(t)、為可測量量，ΔP_acc0、f_pred為未知量；如果低頻減載啟動則取t0為低頻減載最后一輪動作后時刻，如果低頻減載未啟動則取t0為聯(lián)切負(fù)荷ΔP*K_q后時刻；測量t0時刻的f₀、Δf、帶入式(1)求得ΔP_acc0；將ΔP_acc0帶入式(2)，令t→∞,求得Δf(t)|_t→∞；f₀、Δf(t)|_t→∞帶入式(3)即可計算出頻率穩(wěn)態(tài)預(yù)測值f_pred。

在步驟(8)中，根據(jù)公式(4)計算需要投入的預(yù)定平衡電阻而增加的負(fù)荷總量ΔP₁，或需要減載的預(yù)定負(fù)荷總量ΔP₁：

式中，H為孤立電網(wǎng)等效慣性時間常數(shù)，f_n為工頻頻率，為故障發(fā)生后t時刻的孤立電網(wǎng)頻率變化率；其中H和f_n為已知量，為可測量量，t取當(dāng)前時刻。

在步驟(8)中，頻率上限閾值f_H的取值為(50.0Hz，55.0Hz)；頻率下限閾值f_L的取值為(45.0Hz，50.0Hz)。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)能取得以下有益效果：

通過充分考慮孤立電網(wǎng)頻率特性和獨(dú)特約束條件，針對孤立電網(wǎng)與外網(wǎng)解列的嚴(yán)重故障，提出了將機(jī)組一次調(diào)頻、穩(wěn)控/DCS系統(tǒng)聯(lián)切負(fù)荷、低頻減載、平衡電阻投切相結(jié)合的穩(wěn)定控制措施。無論頻率恢復(fù)速度、最低頻率、抑制超調(diào)量，還是處理頻率懸停，本發(fā)明方法在控制效果上優(yōu)于傳統(tǒng)切負(fù)荷措施。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明孤立電網(wǎng)故障狀態(tài)下的緊急負(fù)荷控制方法流程圖；

圖2所示為穩(wěn)態(tài)預(yù)測頻率f_pred>f_H情況下，傳統(tǒng)策略和采用本發(fā)明的控制效果對比曲線；

圖3所示為穩(wěn)態(tài)預(yù)測頻率f_pred<f_L情況下，傳統(tǒng)策略和采用本發(fā)明的控制效果對比曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。

本發(fā)明公開的孤立電網(wǎng)故障狀態(tài)下的緊急負(fù)荷控制方法如附圖1所示，包括以下步驟：

(1)監(jiān)測孤立電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)以及孤立電網(wǎng)和外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的實(shí)時有功功率值，判斷發(fā)電機(jī)是否發(fā)生跳閘故障或聯(lián)絡(luò)線斷開故障，若是，則執(zhí)行步驟(2)，若否，則繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)；

(2)根據(jù)故障前后孤立電網(wǎng)的有功功率差值計算出孤立電網(wǎng)功率缺額為ΔP；

(3)由孤立電網(wǎng)的穩(wěn)控系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)集散控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)聯(lián)切負(fù)荷ΔP*K_q，然后進(jìn)入步驟(4)，其中K_q為比例系數(shù)，取值范圍為0.5-0.9之間，本申請實(shí)施例優(yōu)選0.8；穩(wěn)控系統(tǒng)切負(fù)荷對象為穩(wěn)控系統(tǒng)所控制負(fù)荷，DCS系統(tǒng)切負(fù)荷對象為DCS系統(tǒng)所控制負(fù)荷，按照負(fù)荷優(yōu)先級進(jìn)行全網(wǎng)最優(yōu)組合選切；

(4)監(jiān)測聯(lián)切負(fù)荷ΔP*K_q后的孤立電網(wǎng)的頻率，如果孤立電網(wǎng)頻率低于第一頻率閾值f₁，則執(zhí)行步驟(5)，否則，則執(zhí)行步驟(7)；

所述第一頻率閾值f₁取值為(47.5Hz，49.5Hz)，本申請實(shí)施例優(yōu)選f₁＝49.0Hz。

(5)通過低頻減載裝置實(shí)施第一輪低頻減載，切除負(fù)荷P_LS的1/2，

其中，負(fù)荷P_LS為：

P_LS＝(1-K_q)*ΔP；

在第一輪低頻減載動作后，判斷當(dāng)前孤立電網(wǎng)頻率是否小于第二頻率閾值f₂，f₂<f₁，如果小于，則進(jìn)入步驟(6)，否則進(jìn)入步驟(7)；所述第二頻率閾值f₂取值為(47.5Hz，49.5Hz)，本申請實(shí)施例優(yōu)選f₂＝48.8Hz。

(6)通過低頻減載裝置實(shí)施第二輪低頻減載，切除剩下的1/2負(fù)荷P_LS；

(7)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測，得到穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測值f_pred；

根據(jù)公式(1)、(2)、(3)預(yù)測穩(wěn)態(tài)頻率f_pred：

式中，Δf為故障發(fā)生后t時刻，以額定頻率為基準(zhǔn)的頻率變化標(biāo)幺值，為故障發(fā)生后t時刻的孤立電網(wǎng)頻率變化率，f_pred為預(yù)測的穩(wěn)態(tài)頻率值，f₀為故障發(fā)生時刻t0(t＝0)的頻率值，M_s為孤立電網(wǎng)系統(tǒng)慣性時間常數(shù)，ΔP_acc0為孤立電網(wǎng)系統(tǒng)初始加速功率，K_L為負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)；其中M_s、K_L為已知量，f₀、Δf(t)、為可測量量，ΔP_acc0、f_pred為未知量；如果低頻減載啟動則取t0為低頻減載最后一輪動作后時刻，如果低頻減載未啟動則取t0為聯(lián)切負(fù)荷ΔP*K_q后時刻；測量t0時刻的f₀、Δf、帶入式(1)求得ΔP_acc0；將ΔP_acc0帶入式(2)，令t→∞,求得Δf(t)|_t→∞；將f₀、Δf(t)|_t→∞帶入式(3)即可計算出頻率穩(wěn)態(tài)預(yù)測值f_pred。

(8)若穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測值大于頻率上限閾值即f_pred>f_H，且當(dāng)前孤島電網(wǎng)頻率大于50.1Hz，則投入預(yù)定的平衡電阻；

若穩(wěn)態(tài)頻率預(yù)測值小于頻率下限閾值即f_pred<f_L，且當(dāng)前孤島電網(wǎng)頻率小于50.1Hz，則切除預(yù)定的負(fù)荷；

若f_L<f_pred<f_H，則不再采取任何控制措施，控制過程結(jié)束；

其中f_H和f_L分別為給定的頻率上限閾值和頻率下限閾值，f_H的取值范圍為(50.0Hz，55.0Hz)，f_L的取值范圍為(45.0Hz，50.0Hz)，本申請實(shí)施例優(yōu)選f_H＝50.5Hz，f_L＝49.5Hz。

在步驟(8)中，根據(jù)公式(4)計算需要投入的預(yù)定平衡電阻而增加的負(fù)荷總量ΔP₁和，或需要減載的預(yù)定負(fù)荷總量ΔP₁：

式中，H為孤立電網(wǎng)等效慣性時間常數(shù)，f_n為工頻頻率，為故障發(fā)生后t時刻的孤立電網(wǎng)頻率變化率；其中H和f_n為已知量，為可測量量，t取當(dāng)前時刻。

如圖2所示，3秒時刻發(fā)生故障，功率缺額ΔP為160MW，圖中A點(diǎn)聯(lián)切負(fù)荷128MW。傳統(tǒng)策略(曲線1)在B點(diǎn)和C點(diǎn)各切除負(fù)荷20MW，因過切負(fù)荷產(chǎn)生了頻率超調(diào)，最終頻率穩(wěn)定在50.6Hz。本發(fā)明(曲線2)同樣在B點(diǎn)和C點(diǎn)各切除負(fù)荷20MW后頻率開始上升，在D點(diǎn)頻率上升至50.1Hz，并且預(yù)測穩(wěn)態(tài)頻率值50.6Hz，根據(jù)公式(4)計算系統(tǒng)功率缺額8MW，因此投入8MW平衡電阻(8*1MW)，從而有效抑制了頻率超調(diào)，最終穩(wěn)定在49.98Hz。

如圖3所示，3秒時刻發(fā)生故障，功率缺額ΔP為255MW，圖中A點(diǎn)聯(lián)切負(fù)荷200MW。傳統(tǒng)策略(曲線1)在B點(diǎn)和C點(diǎn)各切除負(fù)荷20MW后頻率回升，最終頻率穩(wěn)定在49.4Hz，此時低頻減載基本輪和特殊輪都無法動作。本發(fā)明(曲線2)同樣在B點(diǎn)和C點(diǎn)各切除負(fù)荷20MW后頻率開始上升，在D點(diǎn)預(yù)測到穩(wěn)態(tài)頻率值49.4Hz，且當(dāng)前頻率小于50.1Hz，根據(jù)公式(4)計算系統(tǒng)功率缺額10MW，因此補(bǔ)切負(fù)荷10MW，最終頻率穩(wěn)定在50.02Hz。通過補(bǔ)充切負(fù)荷，避免了頻率懸停在較低水平。

申請人結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做了詳細(xì)的說明與描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，詳盡的說明只是為了幫助讀者更好地理解本發(fā)明精神，而并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，相反，任何基于本發(fā)明的發(fā)明精神所作的任何改進(jìn)或修飾都應(yīng)當(dāng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。