[發明專利]計及系統頻率和電壓特性的自適應切負荷方法

有效

• 申請號: 201910431497.5
• 申請日: 2019-05-22
• 公開（公告）號: CN110165679B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 徐洲;張俊芳;楊鎮寧;朱肖镕;李娜;阮思潔;劉瑩
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: H02J3/14
• 分類號: H02J3/14;H02J3/24
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 封睿

1.一種緊急情況下計及系統頻率和電壓特性的自適應切負荷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、計算系統緊急情況下的不平衡功率；

步驟2、確定切負荷動作輪次和各輪次的動作頻率值、動作時延、切負荷量；

步驟3、根據母線電壓靈敏度確定切負荷地點，分配切負荷量；

步驟4、根據負荷重要性和頻率變化率，選擇切除負荷；

步驟1中，計算系統緊急情況下不平衡功率的具體方法為：

步驟1.1、計算系統的等效慣性時間常數、慣量中心頻率、有功功率缺額；

系統等效慣性時間常數H_eq：

式中，H_i表示第i臺發電機慣性時間常數；

系統慣量中心頻率f_COI：

式中，f_i表示第i臺發電機頻率；

步驟1.2、計算系統緊急情況下的不平衡功率；

系統需要調整的總減載量P_shed為：

式中，S_eq為系統中所有發電機的額定功率之和，f_N為系統額定頻率，P_SR為系統的旋轉備用容量，P_L0,i表示擾動前母線i的負荷有功功率值，U_0,i、U_i表示擾動發生前負荷母線i的電壓和當前的電壓值；m為系統中所有負荷母線的數量；α_i為負荷功率隨電壓變化的指數；

步驟2中，需要設置基本輪和特殊輪的輪次，以及對應的整定的參數，對于基本輪，輪次取3～8輪，各輪次動作頻率值取[47Hz,49.3Hz]，級差取0.2Hz，延時取0.2s；對于特殊輪，輪次取3～5輪，各輪次動作頻率值取[49.4Hz,49.5Hz]，延時取5～20s；當基本輪分為5輪、特殊輪分為3輪時，各輪次切負荷量、動作頻率值、動作延時的具體整定方法：

(1)整定基本輪第一輪動作值

動作頻率49.25Hz，動作延時0.2s；

應切負荷總量P_shed,1由式(3)計算得出，其中df_COI/dt由df_COI,1/dt代替，df_COI,1/dt為緊急情況下測得的系統慣量中心頻率變化率；基本輪的第一輪分配的切負荷量P’_shed,1整定為：

P’_shed,1＝k₁P_shed,1 式(4)

式中，k₁為第一輪切負荷比例系數，通過仿真實驗，在電網結構和故障類型相同的情況下，分別觀察切除不同比例的負荷對系統頻率恢復情況的影響，選擇頻率恢復值最高的切負荷比例系數整定為k₁；不同的電網結構和頻率變化情況df_COI,1/dt整定得到的k₁值不同；

(2)整定基本輪第二輪動作值

動作頻率49.05Hz，動作延時0.2s；

應切負荷總量P_shed,2由式(3)計算得出，其中df_COI/dt由df_COI,2/dt代替，df_COI,2/dt為第二輪切負荷動作前測得的系統慣量中心頻率變化率；基本輪的第二輪分配的切負荷量P’_shed,2整定為：

P’_shed,2＝k₂P_shed,2 式(5)

式中，k₂為第二輪切負荷比例系數，整定方法同k₁；

(3)整定基本輪第三輪動作值

動作頻率48.85Hz，動作延時0.2s；

應切負荷總量P_shed,3由式(3)計算得出，其中df_COI/dt由df_COI,3/dt代替，df_COI,3/dt為第三輪切負荷動作前測得的系統慣量中心頻率變化率；基本輪的第三輪分配的切負荷量P’_shed,3整定為：

P’_shed,3＝k₃P_shed,3 式(6)

式中，k₃為第三輪切負荷比例系數，整定方法同k₁；

(4)整定基本輪第四輪動作值

動作頻率48.65Hz，動作延時0.2s；

應切負荷總量P_shed,4由式(3)計算得出，其中df_COI/dt由df_COI,4/dt代替，df_COI,4/dt為第四輪切負荷動作前測得的系統慣量中心頻率變化率；基本輪的第四輪分配的切負荷量P’_shed,4整定為：

P’_shed,4＝k₄P_shed,4 式(7)

式中，k₄為第四輪切負荷比例系數，整定方法同k₁；

(5)整定基本輪第五輪動作值

動作頻率48.45Hz，動作延時0.2s；

應切負荷總量P_shed,5由式(3)計算得出，其中df_COI/dt由df_COI,5/dt代替，df_COI,5/dt為第五輪切負荷動作前測得的系統慣量中心頻率變化率；基本輪的第五輪分配的切負荷量P’_shed,5整定為：

P’_shed,5＝k₅P_shed,5 式(8)

式中，k₅為第五輪切負荷比例系數，整定方法同k₁；

(6)整定特殊輪動作值

特殊輪共設置3輪，每一輪的整定規則相同，如下：

動作頻率49.5Hz，動作延時5s，切負荷量設定為：

P’_shed,spe＝k_speP_shed,1 式(9)

式中，k_spe為特殊輪切負荷比例系數，取0.08～0.1；

(7)確定基本輪和特殊輪動作次序

當系統出現緊急情況，頻率下降到基本輪第一輪閾值的持續時間超過基本輪動作延時時，基本輪開始動作，切除相應負荷，基本輪第一輪動作，切除部分負荷；若頻率繼續下降到基本輪第二輪動作閾值，則基本輪第二輪動作切除負荷；否則，基本輪動作結束；以此類推，每一輪動作切除負荷后均需要繼續檢測系統頻率變化情況，以判斷是否繼續動作下一輪并計算功率缺額，直至基本輪操作結束；

在切負荷基本輪動作結束后，若恢復頻率低于基本輪第一輪閾值的持續時間超過特殊輪動作延時時，則說明系統不穩定，需要特殊輪第一輪動作；若特殊輪第一輪動作后頻率恢復上升至允許范圍，則特殊輪動作結束；否則，繼續特殊輪第二輪動作，以此類推，每一輪動作切除負荷后均需要繼續檢測系統頻率恢復情況，以判斷是否繼續動作下一輪，直至頻率恢復至允許值范圍或者特殊輪操作結束；

步驟4中，在切負荷動作選擇時優先切除三類負荷，若三類負荷量無法滿足需切量時，可切除部分二類負荷，一類負荷不可切除，具體的切負荷分配方案為：

若P'_shed,k,i≤P_load,k,i,Ⅲ，即第k輪第i條母線的應切負荷量小于或等于第k輪第i條母線上的三類負荷量時，則應切負荷量全部在三類負荷中選切；

若P'_shed,k,i＞P_load,k,i,Ⅲ，即第k輪第i條母線的應切負荷量大于第k輪第i條母線上的三類負荷量時，則將該母線上的三類負荷全部切除，剩余應切負荷量在第二類負荷中選切，遵循如下規則：

假設切除全部第三類負荷后，剩余的應切負荷量為ΔP'_shed,k,i，由下式得出：

ΔP'_shed,k,i＝P'_shed,k,i-P_load,k,i,Ⅲ 式(11)

其中，P'_shed,k,i表示第k輪切負荷動作時負荷母線i分配的切負荷量，P_load,k,i,Ⅲ表示第k輪切負荷動作時母線i上的可切三類負荷量；

根據各輪切負荷動作前的頻率變化率大小按比例切除剩余的應切負荷量，具體方案如下：

設置第二類負荷切除閾值K，結合慣量中心頻率變化率的絕對值確定第二類負荷切除比例k_Ⅱ，當/時，k_Ⅱ取/按照/切除第二類負荷的部分需切量；當/時，k_Ⅱ的取值恒為1，第二類負荷根據需切量全部切除，確定k_Ⅱ后，第二類負荷切除量由式(12)計算得出：

P'_shed,k,i,Ⅱ＝k_ⅡΔP'_shed,k,i 式(12)

其中，P'_shed,k,i,Ⅱ表示在第k輪母線i切除了全部三類負荷后，仍需要在二類負荷中切除的負荷量。

2.如權利要求1所述一種緊急情況下計及系統頻率和電壓特性的自適應切負荷方法，其特征在于，步驟3中，根據所有母線的電壓靈敏度分配各輪切負荷動作時負荷母線的切負荷量，每條負荷母線第k輪切負荷量P’_shed,k,i的分配公式為：

其中，dV_i/dQ_i表示電壓靈敏度；P'_shed,k,i表示第k輪切負荷動作時負荷母線i分配的切負荷量，m表示系統中所有母線數；P'_shed,k表示各輪次應切除的負荷量。