考虑新能源主动调节特性的低频低压减载方法与流程

1.本发明涉及电力系统稳定运行技术领域，尤其涉及考虑新能源主动调节特性的低频低压减载方法。


背景技术：

2.低频减负荷、低压减负荷作为电网安全稳定第三道防线，是防止电力系统在遭受极其严重故障后导致稳定破坏、发生大面积停电事故的重要技术手段。低频低压减载通过在系统的某些地点切除过负荷量，达到维护系统安全稳定的目的。虽然需要采取减载措施的情况并不经常出现，但是低频低压减载仍然是电力系统紧急控制的重要组成部分。当电力系统可以产生和传输的电能不足以满足负荷的需求时，就需要采取减载措施。
3.cn103746367a公开了一种电网智能低频低压减载优化方法，涉及电网的自动控制方法。目前，低频减载方法不能适应电力系统的大规模、分散性、多层次、地理分布广、暂态过程快的特点，产生停电损失大、系统恢复性能差的问题。本发明特征在于：低频减载的目标函数为和并满足条件：|f0-f(tf)|＜δ；f(t)＜51；tl,min≤tl≤tl,max；kl,min≤kl≤kl，max；
4.cn111693811a公开了一种低频低压减载保护系统的测试方法，本技术可以结合目标微电网系统因超载而失效时的输出特性数据确定出待测低频低压减载保护系统的保护触发参数，由于本技术所采用的保护触发参数是基于目标微电网确定出来的，因此本技术在测试过程中，针对性地测试待测低频低压减载保护系统是否能够在目标微电网系统中发挥保护作用，在测试合格后便可直接将待测低频低压减载保护系统应用于目标微电网，可靠性较强，出现保护失效的概率较低，防止用电安全事故的发生。忽略了新能源主动参与调节对稳态功率缺额的抵消作用，增加了减载成本。


技术实现要素：

5.为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供考虑新能源主动调节特性的低频低压减载方法，减少减载成本，提高低频低压优化减载方案的安全性。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.考虑新能源主动调节特性的低频低压减载方法，包括步骤：
8.s1、采集历史低频低压减载方案下的低频低压减载装置安排的轮次定值、切除的负荷线路及其功率等信息，基于各个负荷馈线的可切状态，根据历史低频低压减载方案安排的实时控制负荷、计划控制负荷、预计最大负荷和实测负荷，统计各馈线各轮次的负荷控制率；
9.s2、实时监视当前低频减载整定方案中所有负荷馈线功率，更新各馈线各轮次的负荷控制率且保存历史记录，为生成新的低频低压减载策略提供有源负荷数据；
10.s3、在低频减载后，系统频率达到稳态恢复频率时，新能源主动参与调节能抵消一部分功率缺额，从而在低频减载过程中切除更少负荷；定量表征新能源参与调频抵消的功率缺额，计算出抵消后的实际应切负荷量；
11.s4、设置低频低压减载准则；考虑新能源主动参与调频抵消的功率缺额，以最小低频低压减载成本为目标设计目标函数，提出以电压功率平衡约束和负荷控制率约束为主的容量规划约束条件，得到低频低压优化减载方案。
12.可选的，在s1中，所述负荷控制率指在一定时间内的平均实时控制负荷与预计最大负荷之间的百分比，用以衡量平均实时控制负荷与预计最大负荷之间的差异程度；
[0013][0014][0015]
其中，η
for
是总体预期负荷控制率，tn是馈线数量，p
t,ref
为第t条馈线上的计划控制负荷可切量，p
t,for
是第t条馈线上的预计最大负荷，η
real
是实测负荷控制率，p
t,con
为第t条馈线上的实时控制负荷可切量，p
t,real
是第t条馈线上的实测负荷。
[0016]
可选的，在s2中，所述实时监视当前低频减载整定方案中所有负荷馈线功率包括，当出现功率倒送情况时进行计时，同时设置功率抖动门槛，防止频繁告警，超过一定时间阈值后，新能源主动参与调节的有源负荷不纳入可切量统计范围。
[0017]
可选的，在s3中，降低低频低压减载方案的总体预期负荷控制率；
[0018]
电力系统等效惯量计算；
[0019][0020]
式中，n con
为同步发电机数量；hn为第n台发电机的惯性时间常数；s
nn
为第n台发电机额定功率；
[0021]
新能源机组一次调频响应模型；
[0022]
考虑新能源参与电力系统调频的聚合等值出力：
[0023][0024]
其中：p
ne
为当系统频率为f时，新能源参与主动调节的有功功率；p
ref
为系统频率为额定频率f
ref
时，新能源参与主动调节的有功功率；α0，αi为各类新能源资源占p
ref
的比例系
数，为新能源出力的标幺值，f*为系统频率的标幺值。
[0025][0026][0027][0028]
其中为调差率，表征有功功率变化量随频率变化的大小；f
dea
为一次调频死区边界频率，f
dowm
为一次调频死区下限频率，f
up
为一次调频死区上限频率，δf为系统频率偏差的标幺值；
[0029]
根据δp
ne
和δf之前的关系式推导传递函数h(s)；火电机组和水电机组可采用经典的原动机—调速器模型，二者合计的一次调频有功功率增量δp
ol
可表示为：
[0030]
δp
ol
＝δph+δp
t
ꢀꢀꢀꢀ
(26)
[0031]
式中：δp
t
和δph分别为火电机组与水电机组的有功功率增量；
[0032]
计算新能源一次调频作用下的低频减载总切除负荷量δp
ufls
[0033][0034]
其中，h
π
为电力系统等效惯量；为k时刻的频率变化速率；是传统机组参与调频的有功功率增量的标幺值。
[0035]
可选的，在s4中，判断整个电网的功率平衡和电压平衡情况，建立以最小低频低压减载方案调整成本和满足减载量最小的多目标新型调度模型：
[0036][0037]
其中，约束条件包括：
[0038]
节点功率平衡方程等式约束条件：
[0039]
p
t,k
＝v
t,k
∑v
j,k
(g
i,j,k
cosθ
i,j,k
+b
i,j,k
sinθ)
ꢀꢀꢀ
(29)
[0040]qt,k
＝v
t,k
∑v
j,k
(g
i,j,k
cosθ
i,j,k-b
i,j,k
sinθ)
ꢀꢀꢀ
(30)
[0041]
发电机有功出力约束和无功出力约束条件
[0042]
p
gmin
≤p
gt
≤p
gmax
ꢀꢀꢀ
(31)
[0043]qgmin
≤q
gt
≤q
gmax
ꢀꢀꢀ
(32)
[0044]
节点电压约束条件
[0045]vt,kmin
≤v
t,k
≤v
t,kmax
ꢀꢀꢀ
(33)
[0046]
系统实际的有功和无功负荷约束条件
[0047][0048][0049]
可控负荷率约束
[0050]
η
for,k
＜η
real,k
≤1
ꢀꢀꢀ
(36)
[0051]
其中，k为线路编号，i为发电机编号，m为负荷类型编号，j为备用类型编号，kt是线路集合，g是运行发电机集合，d是负荷集合，t是节点集合，w
pt，k
是切除前k线路上t节点的有功负荷调整成本系数，w
qt，k
是切除前k线路上t节点的无功负荷调整成本系数，w
vt，k
是切除前k线路上t节点的电压调整成本系数，v
t,kk
是切除前k线路上t节点的电压值，r
m,j,k
是第k条线路上的第m类负荷的第j类备用负荷容量，是第k条线路上的第m类负荷的第j类备用负荷容量成本系数，是第k条线路上第i个运行发电机的发电成本系数，g
i，k
是第k条线路上第i个运行发电机的发电量，d
m,k
是第k条线路上第m类负荷容量，是第k条线路上第m类负荷容量成本系数，是第k条线路上的的新能源的功率调节成本系数，b是备用负荷集合，g为运行发电机发电量，d为负荷需求量，r为备用容量，cg是发电机总成本，cd是负荷需求总成本，cr是备用容量成本，p
t,k
是切除前k线路上t节点的有功负荷值；是切除后k线路上t节点的实际有功负荷值；q
t,k
是切除前k线路上t节点的无功负荷值；是切除后k线路上t节点的实际无功负荷值，是第k条线路上的新能源参与调节的功率收益，δp
ne,k
是第k条线路上的的新能源参与调节的功率，η
real,k
是第k条线路上的实测负荷控制率；
[0052]
最后基于粒子群pso算法求解该目标函数，最终得到最优低频低压减载方案。
[0053]
随着新能源渗透率持续增加，新能源调频辅助控制技术得以普及推广应用，该技术是解决电力系统调频能力削弱问题的有效手段。在此技术应用背景下，电力系统动态频率特性得到了显著改善。而在另一方面，现有的低频减载方法则因缺乏对新能源主动参与调节作用效果的表征，使得低频减载动作中的功率缺额估计值偏离实际值，且忽略了新能源主动参与调节对稳态功率缺额的抵消作用，从而可产生负荷过切问题。
[0054]
现有的低频减载方法则因缺乏对新能源主动参与调节作用效果的表征，使得低频减载动作中的功率缺额估计值偏离实际值，且忽略了新能源主动参与调节对稳态功率缺额的抵消作用，从而可产生负荷过切问题。
[0055]
本发明的积极有益效果：
[0056]
本发明首先采集历史低频低压减载方案下的低频低压减载装置安排的轮次定值、切除的负荷线路及其功率等信息，基于各个负荷馈线的可切状态，根据历史低频低压减载方案安排的实时控制负荷、计划控制负荷、预计最大负荷和实测负荷，统计各馈线各轮次的负荷控制率；接着实时监视当前低频减载整定方案中所有负荷馈线功率，更新各馈线各轮次的负荷控制率且保存历史记录，为生成新的低频低压减载策略等提供有源负荷数据；然
后，考虑新能源主动调节对低频低压减载的影响，在低频减载后，系统频率达到稳态恢复频率时，新能源主动参与调节能抵消一部分功率缺额，从而在低频减载过程中切除更少负荷。定量表征新能源参与调频抵消的功率缺额，计算出抵消后的实际应切负荷量；最后，设置低频低压减载准则；考虑新能源主动参与调频抵消的功率缺额，以最小低频低压减载成本为目标设计目标函数，提出以电压功率平衡约束和负荷控制率约束为主的容量规划约束条件，得到低频低压优化减载方案。
[0057]
当系统容量裕度大时，即使有线路发生故障，电网调度人员通过重新调整发电机出力，增减变电站无功补偿等措施，可以使系统重新进入平衡态，避免系统甩负荷。当系统发生必须切负荷的严重故障时，该模型通过优化潮流计算，在满足系统运行条件下，使系统切的负荷最少。该算法首先考虑新能源主动参与调节能抵消一部分功率缺额，从而在低频减载过程中切除更少负荷；接着会选择负荷成本系数最小(相对次要的负荷)将其切除，最大程度保障重要用户供电。该方案减少了减载成本，一定程度上提高了低频低压优化减载方案的安全性。
附图说明
[0058]
图1是本发明实施例1提供的考虑新能源主动调节特性的低频低压减载方法的总体流程图；
[0059]
图2是本发明实施例1提供的低频低压减载方案下监视管理应用技术示意图；
[0060]
图3是本发明实施例1提供的新能源主动参与调节的系统等值模型示意图；
[0061]
图4是本发明实施例1提供的粒子群算法流程图。
具体实施方式
[0062]
下面结合一些具体实施方式，对本发明做进一步说明。
[0063]
实施例1
[0064]
如图1至图4所示，一种考虑新能源主动调节特性的低频低压减载方法，包括步骤：
[0065]
s1、采集历史低频低压减载方案下的低频低压减载装置安排的轮次定值、切除的负荷线路及其功率等信息，基于各个负荷馈线的可切状态，根据历史低频低压减载方案安排的实时控制负荷、计划控制负荷、预计最大负荷和实测负荷，统计各馈线各轮次的负荷控制率；
[0066]
s2、实时监视当前低频减载整定方案中所有负荷馈线功率，更新各馈线各轮次的负荷控制率且保存历史记录，为生成新的低频低压减载策略等提供有源负荷数据；
[0067]
s3、考虑新能源主动调节对低频低压减载的影响，在低频减载后，系统频率达到稳态恢复频率时，新能源主动参与调节能抵消一部分功率缺额，从而在低频减载过程中切除更少负荷；定量表征新能源参与调频抵消的功率缺额，计算出抵消后的实际应切负荷量；
[0068]
s4、设置低频低压减载准则；考虑新能源主动参与调频抵消的功率缺额，以最小低频低压减载成本为目标设计目标函数，提出以电压功率平衡约束和负荷控制率约束为主的容量规划约束条件，得到低频低压优化减载方案。
[0069]
在s1中，所述负荷控制率指在一定时间内的平均实时控制负荷与预计最大负荷之间的百分比，用以衡量平均实时控制负荷与预计最大负荷之间的差异程度；
[0070][0071][0072]
其中，η
for
是总体预期负荷控制率，tn是馈线数量，p
t,ref
为第t条馈线上的计划控制负荷可切量，p
t,for
是第t条馈线上的预计最大负荷，η
real
是实测负荷控制率，p
t,con
为第t条馈线上的实时控制负荷可切量，p
t,real
是第t条馈线上的实测负荷。
[0073]
从安全运行的角度考虑，负荷控制率越接近1，负荷的减载利用程度越高，低频低压减载时的切负荷量越大。当低于时，低频低压减载方案控制的可切负荷量过小，需要考虑增加可控负荷或者减少功率缺额。
[0074]
在s2中，所述实时监视当前低频减载整定方案中所有负荷馈线功率包括，考虑新能源接入后负荷馈线具有源荷双重特征，当出现功率倒送情况时进行计时，同时设置功率抖动门槛，防止频繁告警，超过一定时间阈值后，新能源主动参与调节的有源负荷不纳入可切量统计范围，更新各馈线各轮次的负荷控制率且保存历史记录，为生成新的低频低压减载策略等提供有源负荷数，据具体过程参考图2所示。
[0075]
在s3中，降低低频低压减载方案的总体预期负荷控制率；定量表征新能源参与调频抵消的功率缺额，计算出抵消后的实际应切负荷量；
[0076]
电力系统等效惯量计算；
[0077][0078]
式中，n
con
为同步发电机数量；hn为第n台发电机的惯性时间常数；s
nn
为第n台发电机额定功率；
[0079]
新能源机组一次调频响应模型；目前新能源场站利用相应的有功控制系统、单机或加装独立控制装置完成有功-频率下垂特性控制，使其在并网点具备参与电网频率快速调整能力；
[0080]
考虑新能源参与电力系统调频的聚合等值出力：
[0081]
其中：p
ne
为当系统频率为f时，新能源参与主动调节的有功功率；p
ref
为系统频率为
额定频率f
ref
时，新能源参与主动调节的有功功率；α0，αi为各类新能源资源占p
ref
的比例系数，为新能源出力的标幺值，f
*
为系统频率的标幺值。
[0082][0083][0084][0085]
其中为调差率，表征有功功率变化量随频率变化的大小；f
dea
为一次调频死区边界频率，f
dowm
为一次调频死区下限频率，f
up
为一次调频死区上限频率，δf为系统频率偏差的标幺值；
[0086]
电力系统等值频率响应模型如图3所示，根据δp
ne
和δf之前的关系式推导传递函数h(s)；火电机组和水电机组可采用经典的原动机—调速器模型，二者合计的一次调频有功功率增量δp
ol
可表示为：
[0087]
δp
ol
＝δph+δp
t
ꢀꢀꢀꢀ
(44)
[0088]
式中：δp
t
和δph分别为火电机组与水电机组的有功功率增量；
[0089]
计算新能源一次调频作用下的低频减载总切除负荷量δp
ufls
[0090][0091]
其中，h
π
为电力系统等效惯量；为k时刻的频率变化速率；是传统机组参与调频的有功功率增量的标幺值。
[0092]
在s4中，设置低频低压减载准则；以最小低频低压减载方案调整成本和满足减载电压和功率需求为多目标设计目标函数，提出以功率平衡约束和电压平衡约束为主的容量规划约束条件，最后考虑计及可切负荷特性的低频低压减载配置优化模型求解方法。为解决传统低频低压减载装置的缺点，必须打破传统的控制方法及逻辑，试图通过建立可以从全网出发，判断整个电网的功率平衡和电压平衡情况，建立以最小低频低压减载方案调整成本和满足减载量最小的多目标新型调度模型：
[0093][0094]
其中，约束条件包括：
[0095]
节点功率平衡方程等式约束条件：
[0096]
p
t,k
＝v
t,k
∑v
j,k
(g
i,j,k
cosθ
i,j,k
+b
i,j,k
sinθ)
ꢀꢀꢀ
(47)
[0097]qt,k
＝v
t,k
∑v
j,k
(g
i,j,k
cosθ
i,j,k-b
i,j,k
sinθ)
ꢀꢀꢀ
(48)
[0098]
发电机有功出力约束和无功出力约束条件
[0099]
p
gmin
≤p
gt
≤p
gmax
ꢀꢀꢀ
(49)
[0100]qgmin
≤q
gt
≤q
gmax
ꢀꢀꢀ
(50)
[0101]
节点电压约束条件
[0102]vt,kmin
≤v
t,k
≤v
t,kmax
ꢀꢀꢀ
(51)
[0103]
系统实际的有功和无功负荷约束条件
[0104][0105][0106]
可控负荷率约束
[0107]
η
for,k
≤η
real,k
≤1
ꢀꢀꢀ
(54)
[0108]
其中，k为线路编号，i为发电机编号，m为负荷类型编号，j为备用类型编号，kt是线路集合，g是运行发电机集合，d是负荷集合，t是节点集合(节点为变电站或发电厂)，w
pt，k
是切除前k线路上t节点的有功负荷调整成本系数，w
qt，k
是切除前k线路上t节点的无功负荷调整成本系数，w
vt，k
是切除前k线路上t节点的电压调整成本系数，v
t,kk
是切除前k线路上t节点的电压值，r
m,j,k
是第k条线路上的第m类负荷的第j类备用负荷容量，是第k条线路上的第m类负荷的第j类备用负荷容量成本系数，是第k条线路上第i个运行发电机的发电成本系数，g
i，k
是第k条线路上第i个运行发电机的发电量，d
m,k
是第k条线路上第m类负荷容量，是第k条线路上第m类负荷容量成本系数，是第k条线路上的的新能源的功率调节成本系数，b是备用负荷集合，g为运行发电机发电量，d为负荷需求量，r为备用容量，cg是发电机总成本，cd是负荷需求总成本，cr是备用容量成本，p
t,k
是切除前k线路上t节点(节点为变电站或发电厂)的有功负荷值；是切除后k线路上t节点的实际有功负荷值；q
t,k
是切除前k线路上t节点的无功负荷值；是切除后k线路上t节点的实际无功负荷值，是第k条线路上的新能源参与调节的功率收益，δp
ne,k
是第k条线路上的的新能源参与调节的功率，η
real,k
是第k条线路上的实测负荷控制率；
[0109]
最后基于粒子群pso算法求解该目标函数，具体流程参考图4所示，最终得到最优低频低压减载方案。
[0110]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。