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孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法技术

技术编号:11254944 阅读:124 留言:0更新日期:2015-04-02 03:34
本发明专利技术公开了一种孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法,当系统功率扰动大于发电机组一次调频能力时启用本发明专利技术控制方法,包括:步骤1,获得稳态频率偏移量和稳态负荷阻尼系数;步骤2、获得暂态负荷阻尼系数和暂态负荷阻尼系数下最大频率偏移量对应的时刻;步骤3、获得负荷节点和发电机节点间的电压灵敏度系数;步骤4、根据稳态负荷阻尼系数、暂态负荷阻尼系数和电压灵敏度系数计算稳态负荷阻尼系数和暂态负荷阻尼系数对应的增益参数;步骤5,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为增益参数。本发明专利技术通过改变电解铝负荷的阻尼系数来改变系统的频率响应特性,从而提高孤立电网功率扰动下的频率稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于负荷阻尼特性控制
,尤其是涉及一种孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法
技术介绍
传统大电网拥有众多火电机组,当受到功率扰动时,由于系统转动惯量大,且发电机组众多,系统能够通过传统的一次调频和二次调频响应功率扰动,维持系统的频率和电压在波动允许范围。此外,大电网负荷级差众多,因此可以选择容量合适的负荷快速切除,从而迅速消除不平衡功率。然而对于类似电解铝负荷这种高耗能产业,由于负荷结构级差单一,因此可供系统切除的负荷有限,仅仅依靠联切负荷的方式,难以完全消除由于系统的原件故障或者风功率扰动所引起的不平衡功率。孤立电网规模小、系统等效转动惯量小,因而在负荷功率波动下,系统频率过渡时间短。综上所述,对于负荷为类似电解铝这类的孤立电网,如果仅通过传统的频率控制手段无法保证系统的安全稳定运行,需要提出更加快速有效的控制方法来保证孤立电网的安全稳定运行。类似于电解铝负荷这类电解类行业,工艺原理是直流电通入电解槽,使溶解于电解质中的氧化铝在槽内的阴\\阳两极发生电化学反应。负荷几乎不受系统频率的影响,没有常规负荷的一次调频特性,但与负荷母线的电压具有强耦合关系。为了能充分挖掘孤立电网的调频能力,解决孤立电网调频手段不足的状况,需要研究快速有效的频率和电压协调控制方法。根据低阶系统频率响应模型(SFR)可知,当系统中出现一定功率扰动时,不同负荷阻尼系数D下系统的频率响应也不同,见图1,其中DK-steady<DK2<DK-transient<Dk4,从图中可看出,负荷阻尼系数D越大,系统的频率最大偏移量越小;且频率偏移量最低点等于负荷阻尼系数DK-steady对应的频率稳态值,若在频率跌落至最低点的时刻tz前,将负荷阻尼系数设为DK-transient,tz时刻后负荷阻尼系数为DK-steady,则理论上系统频率可由图中曲线2平稳地过渡到曲线4,从而抑制系统受到功率扰动后的频率波动,提高频率稳定性。传统电解铝负荷的阻尼系数常被认为定值,且等于零,但是若系统频率改变能引起系统电压和负荷的变化,则点解铝负荷的阻尼系数将不为零。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法,通过改变孤立电网中电压敏感性负荷的阻尼系数,从而减小系统扰动后的频率最大偏移,提高孤立电网频率稳定性。为解决上述技术问题,本专利技术采用如下的技术方案:孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法,包括:当系统功率扰动Pstep大于发电机组一次调频能力ΔPprimary时,执行步骤:步骤1,利用低阶系统频率响应等效模型获得出现功率扰动后,系统达到稳态时的稳态频率偏移量Δfs和稳态负荷阻尼系数DK-steady;步骤2、将稳态频率偏移量Δfs作为系统在暂态负荷阻尼系数下的最大频率偏移量,利用低阶系统频率响应等效模型获得系统的暂态负荷阻尼系数DK-transient和暂态负荷阻尼系数DK-transient下最大频率偏移量对应的时刻tz;步骤3、利用电压灵敏度分析法获得负荷节点和发电机节点间的电压灵敏度系数Ksens-j;步骤4、令中Dk分别取稳态负荷阻尼系数DK-steady和暂态负荷阻尼系数DK-transient,获得稳态负荷阻尼系数和暂态负荷阻尼系数对应的增益参数Kj-steady和Kj-transient,ΔPL/ΔVL取2.4;步骤5,tz时刻前,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为Kj-transient;tz时刻后,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为Kj-steady。上述发电机组一次调频能力ΔPprimary为系统当前旋转备用容量Pres和发电机组一次调频最大出力ΔPG_MAX中的较小值。步骤1中,所述的稳态频率偏移量Δfs采用下式获得:Δfs=RKmΔPprimary]]>所述的稳态负荷阻尼系数DK-steady采用下式获得:DK-steady=(Pstep-ΔPprimary)KmRΔPprimary]]>其中,R为调速器下垂特性常数,Km为机械功率增益系数,ΔPprimary为发电机组一次调频能力,Pstep为系统功率扰动。步骤2中,所述的暂态负荷阻尼系数DK-transient采用下式获得:所述的暂态负荷阻尼系数DK-transient下最大频率偏移量对应的时刻tz采用下式获得:其中,Km为机械功率增益系数,PStep为系统的功率扰动,ΔPprimary为发电机组一次调频能力,R为调速器下垂特性常数。步骤3中,所述的负荷节点和发电机节点间的电压灵敏度系数Ksens-j为:Ksens-j=aij=∂Vi∂Qj/∂Vj∂Qj]]>其中,aij表示负荷节点i对发电机节点j的电压灵敏度系数,Vi和Vj分别为负荷节点i对发电机节点j的电压,Qj为发电机节点j注入的无功功率。当系统出现较大功率扰动时启用本专利技术控制方法,系统先在较大的暂态负荷阻尼系数情景下运行,在频率跌落至最低点时,改变负荷阻尼系数为较小的稳态负荷阻尼系数。在以牺牲负荷母线电压水平、减少铝负荷的有功功率为代价的稳定策略的基础上,通过负荷阻尼系数的改变,可显著有效地减少频率最大偏移量,提高系统的频率稳定性。本专利技术基于引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统,根据在线实时计算结果改变电解铝负荷的阻尼系数,从而改变系统的频率响应特性,减小频率最大偏移,实现电网系统频率-电压的协调控制,提高孤立电网功率扰动下的频率稳定性。和现有技术相比,本专利技术具有如下优点和有益效果:1、能快速有效的调节负荷功率,通过实时地计算和控制电解铝负荷的阻尼特性,使之更好地参与到系统的频率调节中,减少系统频率向下跌落的最大偏移量,维持孤立电网的频率稳定。2、通过在线计算和控制励磁反馈参数的大小,实现电解铝负荷的阻尼特性控制,并且可以连续调节铝负荷的有功功率,为解决高耗能整流负荷和火电机组联合运行的孤立电网中有功调节能力十分有限的问题提供了新思路,并且具有可行性。附图说明图1为不同负荷阻尼系数下系统频率响应曲线图;图2为本专利技术时变负荷阻尼特性控制逻辑图;图3为孤立电网系统网络的具体结构图;图4为引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统的具体结构图;图5为低阶系统频率响应(SFR)模型的等效框图;图6是考虑发电机组一次调频限制的系统SFR模型等效框图;图7是考虑励磁环节闭本文档来自技高网
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【技术保护点】
孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法,其特征是:当系统功率扰动Pstep大于发电机组一次调频能力ΔPprimary时,执行步骤:步骤1,利用低阶系统频率响应等效模型获得出现功率扰动后,系统达到稳态时的稳态频率偏移量Δfs和稳态负荷阻尼系数DK‑steady;步骤2、将稳态频率偏移量Δfs作为系统在暂态负荷阻尼系数下的最大频率偏移量,利用低阶系统频率响应等效模型获得系统的暂态负荷阻尼系数DK‑transient和暂态负荷阻尼系数DK‑transient下最大频率偏移量对应的时刻tz;步骤3、利用电压灵敏度分析法获得负荷节点和发电机节点间的电压灵敏度系数Ksens‑j;步骤4、令中Dk分别取稳态负荷阻尼系数DK‑steady和暂态负荷阻尼系数DK‑transient,获得稳态负荷阻尼系数和暂态负荷阻尼系数对应的增益参数Kj‑steady和Kj‑transient,ΔPL/ΔVL取2.4;步骤5,tz时刻前,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为Kj‑transient;tz时刻后,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为Kj‑steady。

【技术特征摘要】
1.孤立电网中电压敏感性工业负荷时变阻尼特性的控制方法,其特征是:
当系统功率扰动Pstep大于发电机组一次调频能力ΔPprimary时,执行步骤:
步骤1,利用低阶系统频率响应等效模型获得出现功率扰动后,系统达到稳态时的
稳态频率偏移量Δfs和稳态负荷阻尼系数DK-steady;
步骤2、将稳态频率偏移量Δfs作为系统在暂态负荷阻尼系数下的最大频率偏移量,
利用低阶系统频率响应等效模型获得系统的暂态负荷阻尼系数DK-transient和暂态负荷阻
尼系数DK-transient下最大频率偏移量对应的时刻tz;
步骤3、利用电压灵敏度分析法获得负荷节点和发电机节点间的电压灵敏度系数
Ksens-j;
步骤4、令中Dk分别取稳态负荷阻尼系数DK-steady和暂态负
荷阻尼系数DK-transient,获得稳态负荷阻尼系数和暂态负荷阻尼系数对应的增益参数
Kj-steady和Kj-transient,ΔPL/ΔVL取2.4;
步骤5,tz时刻前,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为Kj-transient;
tz时刻后,将引入频率偏差反馈的闭环控制励磁系统中参数K设为Kj-steady。
2.如权利要求1所述的基于负荷阻尼特性的孤立电网系统频率控制方法,其特征
是:
所述的发电机组一次调频能力ΔPprimary为系统当前旋转备用容量Pres和发电机组一次
调频最大出力ΔPG_MAX中的较小值。
3.如权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐箭廖思阳周密孙元章鲍益屈尹鹏李晓民谷俊和董建勋
申请(专利权)人:武汉大学中电投蒙东能源集团有限责任公司
类型:发明
国别省市:湖北;42

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