一種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，基于互聯(lián)系統(tǒng)的頻率特性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率平衡等特點(diǎn)，確定高頻切機(jī)的基本配置原則，再構(gòu)建單機(jī)單負(fù)荷模型，對(duì)最佳切機(jī)頻段、最小切機(jī)容量、切機(jī)輪次、切機(jī)延時(shí)、各切機(jī)輪次切機(jī)比例等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)配置，具有適應(yīng)性強(qiáng)、考慮因素全面、方案合理等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】-種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種配制方法，具體涉及一種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī) 仿真配置方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國仍維持特高壓交流互聯(lián)電網(wǎng)格局，而大型區(qū)域互聯(lián)電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn) 定性一直倍受關(guān)注，特別是在特高壓交流聯(lián)絡(luò)線解列后，對(duì)區(qū)域電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的影響，有 時(shí)更需借助頻率緊急控制和第三道防線才能維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。
[0003] 大型互聯(lián)系統(tǒng)頻率特性的研究主要從負(fù)荷模型和機(jī)組一次調(diào)頻兩個(gè)角度開展。對(duì) 于大型互聯(lián)區(qū)域電網(wǎng)的低頻減載方案，許多學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。目前，國內(nèi)對(duì)高頻 切機(jī)方案的工程實(shí)用化研究仍處于起步階段，各研究機(jī)構(gòu)更多的關(guān)注送端電網(wǎng)，例如地區(qū) 電網(wǎng)或省級(jí)電網(wǎng)。但是，隨著大型電源的開發(fā)，特高壓直流投運(yùn)等因素，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)已經(jīng) 具有明顯的功率外送特征，一旦發(fā)生嚴(yán)重故障導(dǎo)致區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)解列，極有可能面臨高頻 問題，甚至引起汽輪機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高 頻切機(jī)仿真配置方法，基于互聯(lián)系統(tǒng)的頻率特性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率平衡等特點(diǎn)，確定高頻切 機(jī)的基本配置原則，再構(gòu)建單機(jī)單負(fù)荷模型，對(duì)最佳切機(jī)頻段、最小切機(jī)容量、切機(jī)輪次、切 機(jī)延時(shí)、各切機(jī)輪次切機(jī)比例等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)配置，具有適應(yīng)性強(qiáng)、考慮因素全面、方案合 理等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明提供一種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，所述方法 包括以下步驟：
[0007] 步驟1 :根據(jù)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，建立區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型，通過分 析區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流分布，確定高頻切機(jī)仿真配置故障集；
[0008] 步驟2 :根據(jù)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的頻率特性，確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)高頻切機(jī)的仿真配置 原則；
[0009] 步驟3 :建立單機(jī)單負(fù)荷模型，并驗(yàn)證單機(jī)單負(fù)荷模型的可用性；
[0010] 步驟4 :確定適合區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的最終高頻切機(jī)配置策略。
[0011] 所述步驟1中，采用以下分析方法對(duì)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流分布進(jìn)行分 析；
[0012] ⑴分析區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)整體出現(xiàn)高頻現(xiàn)象風(fēng)險(xiǎn)的故障，即聯(lián)絡(luò)線解列故障、甩負(fù)荷 故障、直流閉鎖且穩(wěn)定控制措施拒動(dòng)故障；
[0013] (2)分析區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)部各省級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)高頻現(xiàn)象風(fēng)險(xiǎn)的故障，即孤網(wǎng)運(yùn)行故 障。
[0014] 高頻切機(jī)仿真配置故障集中的故障包括括聯(lián)絡(luò)線解列故障、甩負(fù)荷故障、直流閉 鎖且穩(wěn)定控制措施拒動(dòng)故障和孤網(wǎng)運(yùn)行故障。
[0015] 所述步驟2中，仿真配置原則包括以下原則：
[0016] 原則一：區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)出現(xiàn)高頻現(xiàn)象時(shí)，頻率控制的邊界條件根據(jù)《電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn) 則》(DL/T10402007)制定；若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中含有火力發(fā)電機(jī)組，則使區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)最高頻 率不超過51. 5Hz，且火力發(fā)電機(jī)組超速保護(hù)控制裝置不動(dòng)作；
[0017] 原則二：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)已有高頻切機(jī)配置策略，則先對(duì)其適應(yīng)性進(jìn)行分析，若存 在不適應(yīng)性的情況，在已有高頻切機(jī)配置策略的基礎(chǔ)上采用最終高頻切機(jī)配置策略；
[0018] 原則三：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下發(fā)電容量不能滿足負(fù)荷需求，且需要外 受功率滿足負(fù)荷需求，暫不考慮此類區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)配置高頻切機(jī)；
[0019] 原則四：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)配有低頻減載裝置，高頻切機(jī)動(dòng)作后，低頻減載裝置不動(dòng) 作；
[0020] 原則五：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)存在大容量直流送出情況，直流換相失敗過程中和直流 再啟動(dòng)成功后，高頻切機(jī)不動(dòng)作；
[0021] 原則六：高頻切機(jī)應(yīng)在區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)維持功角穩(wěn)定運(yùn)行前提下動(dòng)作，若區(qū)域互聯(lián) 電網(wǎng)存在因直流閉鎖導(dǎo)致暫態(tài)功角失穩(wěn)情況，則不在高頻切機(jī)防范范圍；
[0022] 原則七：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)高頻現(xiàn)象由直流閉鎖故障而引起，則考慮優(yōu)先切除直流 閉鎖故障近端的發(fā)電機(jī)組。
[0023] 所述步驟3包括以下步驟：
[0024] 步驟3-1 :建立單機(jī)單負(fù)荷模型，從高頻切機(jī)仿真配置故障集中選擇故障，采用 PSD-BPA仿真分析軟件仿真得到單機(jī)單負(fù)荷模型最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的時(shí)域仿真 解 Af-、;
[0025] 步驟3-2 :基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型，從高頻切機(jī)仿真配置故障集中選擇 與步驟3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析軟件仿真得到區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模 型最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差時(shí)域仿真解A f、Δ f ；
[0026] 步驟3-3 :基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)特性，確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型最 大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的時(shí)域解析解△￡_、Δ?^ ;
[0027] 步驟 3-4 :若 Afmaxl = Afmax2 = Afmax 和 八;^2 = Δ?^都滿足，則可表 明單機(jī)單負(fù)荷模型具有可用性。
[0028] 所述步驟3-3包括以下步驟：
[0029] 步驟3-3-1 :確定有備用容量存在時(shí)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率變換方程；
[0030] 步驟3-3-2 :采用頻域法確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差值標(biāo)幺值；
[0031] 步驟3-3-3 :確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的時(shí) 域解析解Δ?"χ、Δ?^。
[0032] 所述步驟3-3-1中，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行方程如下：
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特征在于：所述方法 包括以下步驟： 步驟1:根據(jù)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，建立區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型，通過分析區(qū) 域互聯(lián)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流分布，確定高頻切機(jī)仿真配置故障集； 步驟2 :根據(jù)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的頻率特性，確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)高頻切機(jī)的仿真配置原則； 步驟3 :建立單機(jī)單負(fù)荷模型，并驗(yàn)證單機(jī)單負(fù)荷模型的可用性； 步驟4 :確定適合區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的最終高頻切機(jī)配置策略。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特 征在于：所述步驟1中，采用以下分析方法對(duì)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和潮流分布進(jìn)行分析； (1) 分析區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)整體出現(xiàn)高頻現(xiàn)象風(fēng)險(xiǎn)的故障，即聯(lián)絡(luò)線解列故障、甩負(fù)荷故 障、直流閉鎖且穩(wěn)定控制措施拒動(dòng)故障； (2) 分析區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)內(nèi)部各省級(jí)電網(wǎng)出現(xiàn)高頻現(xiàn)象風(fēng)險(xiǎn)的故障，即孤網(wǎng)運(yùn)行故障。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特 征在于：高頻切機(jī)仿真配置故障集中的故障包括括聯(lián)絡(luò)線解列故障、甩負(fù)荷故障、直流閉鎖 且穩(wěn)定控制措施拒動(dòng)故障和孤網(wǎng)運(yùn)行故障。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特 征在于：所述步驟2中，仿真配置原則包括以下原則： 原則一：區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)出現(xiàn)高頻現(xiàn)象時(shí)，頻率控制的邊界條件根據(jù)《電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則》 (DL/T10402007)制定；若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中含有火力發(fā)電機(jī)組，則使區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)最高頻率 不超過51. 5Hz，且火力發(fā)電機(jī)組超速保護(hù)控制裝置不動(dòng)作； 原則二：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)已有高頻切機(jī)配置策略，則先對(duì)其適應(yīng)性進(jìn)行分析，若存在不 適應(yīng)性的情況，在已有高頻切機(jī)配置策略的基礎(chǔ)上采用最終高頻切機(jī)配置策略； 原則三：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)正常運(yùn)行方式下發(fā)電容量不能滿足負(fù)荷需求，且需要外受功 率滿足負(fù)荷需求，暫不考慮此類區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)配置高頻切機(jī)； 原則四：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)配有低頻減載裝置，高頻切機(jī)動(dòng)作后，低頻減載裝置不動(dòng)作； 原則五：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)存在大容量直流送出情況，直流換相失敗過程中和直流再啟 動(dòng)成功后，高頻切機(jī)不動(dòng)作； 原則六：高頻切機(jī)應(yīng)在區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)維持功角穩(wěn)定運(yùn)行前提下動(dòng)作，若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng) 存在因直流閉鎖導(dǎo)致暫態(tài)功角失穩(wěn)情況，則不在高頻切機(jī)防范范圍； 原則七：若區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)高頻現(xiàn)象由直流閉鎖故障而引起，則考慮優(yōu)先切除直流閉鎖 故障近端的發(fā)電機(jī)組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特 征在于：所述步驟3包括以下步驟： 步驟3-1 :建立單機(jī)單負(fù)荷模型，從高頻切機(jī)仿真配置故障集中選擇故障，采用PSD-BPA仿真分析軟件仿真得到單機(jī)單負(fù)荷模型最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的時(shí)域仿真 解
步驟3-2 :基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型，從高頻切機(jī)仿真配置故障集中選擇與步 驟3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析軟件仿真得到區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型最 大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差時(shí)域仿真解
步驟3-3 :基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率動(dòng)態(tài)特性，確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型最大頻 率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的時(shí)域解析解Afmax、Af00 ; 步驟 3-4 :若Afmaxl =Afmax2 =Afmax 和Afool =Afoo2 =Af00都滿足，則可表明單 機(jī)單負(fù)荷模型具有可用性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特 征在于：所述步驟3-3包括以下步驟： 步驟3-3-1 :確定有備用容量存在時(shí)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率變換方程； 步驟3-3-2 :采用頻域法確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差值標(biāo)幺值； 步驟3-3-3 :確定區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型最大頻率偏差和穩(wěn)態(tài)頻率偏差的時(shí)域解 析解Afniax、Af00。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其特 征在于：所述步驟3-3-1中，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行方程如下：
其中，J為發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為同步角速度；Tm為機(jī)械轉(zhuǎn)矩；Te為電磁轉(zhuǎn)矩；Pm為發(fā) 電機(jī)機(jī)械功率；Pe為發(fā)電機(jī)電磁功率；為負(fù)荷電功率；不考慮有功網(wǎng)損時(shí)，有匕?Py于 是式⑴表示為：
不考慮發(fā)電機(jī)組備用容量的情況下，Pm保持為恒定值Pmtl;認(rèn)定母線電壓不變，匕可表 示為Pi ，其中Pui為負(fù)荷電功率初始值，&為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)系數(shù)，于是式⑵表 示為：
令故障瞬間發(fā)電機(jī)的同步角速度為同步角速度差值為△?，機(jī)械轉(zhuǎn)矩差值為ATm，電磁轉(zhuǎn)矩差值為ATe，于是《 =?Q+A?，Tm =Tmtl+ATm，Te =Tetl+ATe，取慣性常數(shù) M=J?Q，則有：
令A(yù)Pm/Pm〇為發(fā)電機(jī)機(jī)械功率增量標(biāo)么值，△w/w〇為發(fā)電機(jī)同步角速度增量標(biāo)么值， 于是，一階慣性傳遞函數(shù)0 (t)表示為：
根據(jù)Af(t)即可得到區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)仿真數(shù)據(jù)模型最大頻率偏差A(yù)fmax ;且對(duì)Af(t)求 極值，可知Af(t)取Afmax時(shí)的tmax滿足下式：
其中，k為整正數(shù)； 由式（13)可得穩(wěn)態(tài)頻率偏差A(yù)f00S:
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其 特征在于：所述步驟4中，確定配置參數(shù)，并根據(jù)不同配置參數(shù)的組合結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，最終 確定滿足高頻切機(jī)對(duì)區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)不同運(yùn)行工況和故障形式的配置參數(shù)，完成高頻切機(jī)配 置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其 特征在于：所述配置參數(shù)包括切機(jī)動(dòng)作延時(shí)、切機(jī)頻率定值和各輪次切機(jī)量； 通過經(jīng)驗(yàn)確定切機(jī)動(dòng)作延時(shí)，取0. 2?0. 3秒； 通過最佳切機(jī)頻段確定切機(jī)頻率定值； 通過最小切機(jī)容量、切機(jī)輪次和各輪次切機(jī)比例確定各輪次切機(jī)量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其 特征在于：通過最佳切機(jī)頻段確定切機(jī)頻率定值過程中，最佳切機(jī)頻段的確定通過以下步 驟： (1) 基于單機(jī)單負(fù)荷模型，模擬孤網(wǎng)運(yùn)行故障，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率變化率分為以下階 段： 第一階段：頻率上升速率較快階段，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的頻率范圍為50?50. 5Hz; 第二階段：頻率上升速率減慢階段，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的頻率范圍為50. 5?51Hz; 第三階段：頻率上升速率較慢階段，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的頻率范圍為51. 0?51. 3Hz; 第四階段：頻率上升速率最慢階段，區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的頻率范圍為51. 3?51. 7Hz; (2) 確定頻率上升速率減慢階段為最佳切機(jī)頻段。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)頻率特性的高頻切機(jī)仿真配置方法，其 特征在于：通過最小切機(jī)容量、切機(jī)輪次和各輪次切機(jī)比例確定各輪次切機(jī)量的過程中，最 小切機(jī)容量、切機(jī)輪次和各輪次切機(jī)比例分別按照以下方式確定： (1) 最小切機(jī)容量的確定：基于區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，提高高頻切機(jī)配置策 略的適應(yīng)性，以區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重功率盈余比例為基礎(chǔ)，應(yīng)用單機(jī)單負(fù)荷模 型，分析不同切機(jī)頻率定值時(shí)，即可確定頻率恢復(fù)要求的最小切機(jī)容量； (2) 切機(jī)輪次和各輪次切機(jī)比例的確定：根據(jù)確定的最小切機(jī)容量作為總切機(jī)量，將 高頻切機(jī)的動(dòng)作輪次及各輪次的切機(jī)量，分為以下方式進(jìn)行校核分析： 方式一：第1輪切60%，第2輪切20%，第3輪切10%，第4輪切10% ; 方式二：第1輪切50%，第2輪切30%，第3輪切10%，第4輪切10% ; 方式三：第1輪切40%，第2輪切20%，第3輪切20%，第4輪切20% ; 方式四：第1輪切50%，第2輪切30%，第3輪切20%。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104268332SQ201410487477
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】張志強(qiáng), 唐曉駿, 徐友平, 徐遐齡, 秦曉輝, 吳麗華, 王青, 鄭超, 張彥濤, 宋云亭, 李曉珺 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 華中電網(wǎng)有限公司