与频率偏移成比例的连续低频减载控制策略研究

发布时间：2020-04-20 12:59

【摘要】：电力系统频率是表征电能质量和电网安全稳定状态的一项关键指标,反映的是有功发电与负荷的平衡情况。低频减载是系统发生有功功率缺额后保证系统安全稳定运行的最后一道防线,需要在系统面临频率崩溃威胁时,及时切除部分负荷,阻断频率的下降过程,并在短时间内可靠地恢复系统频率。近年来,随着大规模新能源发电的接入并网,大量的常规能源被替代,系统的频率调节能力下降。而大规模高压直流输电工程的建设运行,致使系统遭受严重功率不平衡冲击的威胁仍然存在。因此,研究具有更高适应性、可靠性的低频减载方案具有重要意义。随着智能电网的日益发展,以温控负荷、电动汽车储能为代表的可控负荷参与频率调节的条件不断成熟,低频减载过程中,负荷的连续可控切除成为可能。基于此,本文通过对现有的低频减载方案进行研究,提出了与频率偏移成比例的连续低频减载控制策略,设计了切负荷系数KLS的整定算法,并在此基础上,在多机系统中实现了由可控负荷参与的连续低频减载方案。该方案能够在保护范围内,不受系统运行方式的影响,短时间内将系统频率恢复到额定值附近。具体的研究内容及结果如下:(1)针对传统低频减载负荷切除不连续的问题,提出由可控负荷参与的、与频率偏移成比例的连续低频减载策略。在传统方案中,负荷切除的不连续性是导致出现过切、欠切现象的主要原因。为了解决这一问题,在连续可控负荷参与低频减载的条件下,提出了与偏移成比例的连续低频减载策略。通过建立单机连续切负荷模型,发现该策略具有不过切,切负荷总量随扰动大小和KLS的增大而增大的特性。通过研究门槛值、时间延迟以及旋转备用容量限制对低频减载控制性能的影响,以控制策略为基础,在单机系统中建立了完整的连续低频减载模型。(2)为了在保证频率恢复效果的同时缩小停电范围,提出了切负荷系数KLS的优化整定算法,并在多机系统中实现了连续低频减载控制。根据方案的频率控制特性,以满足低频减载设计要求为优化条件,切负荷量最小为目标建立了KLS优化整定模型。通过对优化过程进行计算分析,得出了模型优化结果等于旋转备用为0的情况下发生最大扰动时,恰好满足约束条件的临界KLS取值的结论,并以此简化了整定算法。通过对多机系统的频率时空分布特性进行分析,提出了在多机系统中连续低频减载方案的具体实现方法。(3)利用仿真分析验证方案的适应性能,并通过离散化切除和附加轮分轮次切除两种改进措施,使方案能够在不同的系统中得到应用。以IEEE39节点系统模型为算例,利用电力系统仿真软件对方案进行了大量的仿真分析,结果表明,方案具有极强的适应性,能够在各种可能的情况下可靠地恢复系统频率。进而,针对不同系统的控制需求,提出了方案的两种改进措施,分别使方案能够应用于可控负荷占比较低的系统以及对稳态频率恢复值要求较低的系统。
【图文】：

频率响应曲线,频率偏移,低频减载,频率

频率门槛值（Ｈｚ）邋４９．２５邋４９．００邋４８．７５邋４８．５０邋４８．２５邋４８．００邋４７．７５逡逑负荷切除量逦４％逦５％邋６％邋６％逦６％邋６％邋６％逡逑图２－２是当系统旋转备用为５％时，选取的几个有代表性的频率响应曲线。逡逑当扰动大小为１０％时，仅有一轮低频减载动作，切除了邋４％的负荷，稳态频率恢逡逑复到４９．４９Ｈｚ；当扰动大小为１５％时，有两轮低频减载动作，切除了邋９％的负荷，逡逑稳态频率恢复到４９．４９Ｈｚ；当扰动大小为２２％时，有三轮低频减载动作，切除了逡逑１５％的负荷，稳态频率恢复到４８．９９Ｈｚ；当扰动大小为２５％时，有四轮低频减载逡逑动作，切除２１％的负荷，频率恢复到４９．９Ｈｚ。显然，只有最后一种情况满足低逡逑频减载的控制要求，其余三种情况都出现了不同程度的欠切，其中当扰动大小为逡逑２２％时，切负荷量和扰动量的差值较大，频率悬停在４９Ｈｚ以下，系统不能稳定逡逑运行。这种欠切现象就是负荷切除的不连续造成的。逡逑１２逡逑

低频减载,旋转备用,频率响应曲线,策略

２．１．２连续低频减载策略逡逑显然，方案的轮次数越多、轮次之间的启动频率差值越小，各轮次对应的切逡逑负荷量越少，上述问题带来的影响就越小。如图２－１中的虚线所示，若相同的总逡逑切负荷量被分配到１５个轮次，那么减载过程中的离散性自然降低。进一步，如逡逑果轮次无限增多，那么，切负荷量与启动值之间可以近似描述成一个如式（２－１）逡逑所示的比例关系。逡逑ＰｌＳ邋－邋￣ＫＬＳ＾ｆ逦（２－１）逡逑其中，Ｐｗ为切负荷量，，心ｓ为连续低频减载切负荷系数，Ａ／为暂态频率相对于逡逑额定值的偏移量。逡逑然而，受轮次启动偏差值的限制，传统低频减载方案的轮次数不能无限增加。逡逑因此，需要设计一种新型的方案来实现负荷连续切除的目标，该方案的切负荷量逡逑与频率偏移成正比。目前，系统中出现了越来越多的可控负载，例如储能电池、逡逑电动汽车充电系统、智能家电等。这些负荷通过控制，既能够满足负荷连续切除逡逑的需求
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM712

【参考文献】