一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法技术

本发明专利技术属于电力系统运行与控制技术领域，尤其涉及一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法，通过电解铝负荷控制系统来实现系统频率调节，电解铝负荷控制系统包括网络控制单元NCU、死区单元，比例放大单元、WASHOUT单元和限幅单元；比例放大单元和WASHOUT单元并联，且一端依次连接死区单元和网络控制单元NCU，另一端连接限幅单元；网络控制单元NCU连接孤立电网系统，限幅单元与WAMS控制主站连接；具体包括以下步骤：1、建立孤立电网系统模型；2、设计不同功率扰动模式下电解铝负荷控制器的控制逻辑；3、设计不同功率扰动模式下电解铝负荷控制器的参数。该方法利用电解铝负荷的热蓄能特性，实现电解铝负荷有效的功率调节，维持系统频率稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法
本专利技术属于电力系统运行与控制
，尤其涉及一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法。
技术介绍
利用高耗能负荷、火电、可再生能源构成孤立电网就地消纳可再生能源的模式引起了广泛关注，然而由于可再生能源的随机性和波动性以及孤立电网自身惯量小、备用容量低等缺陷，随着孤立电网中可再生能源比例逐步提高，含高渗透率风电的孤立电网频率稳定将面临重大挑战。对于含高渗透率可再生能源的孤立电网安全稳定运行问题，一种方法是为局域电网配备储能装置，然而对于包含集中式可再生能源的局域电网，其容量往往高达百万千瓦级别，常规储能装置的容量难以匹配。另一种方法是开发本地负荷控制能力，使负荷参与系统频率调节，国内外对基于HVAC、电动泵等商业负荷的直接负荷控制已有相应的研究。然而，商业负荷、居民负荷单个容量较小，且比较分散，难以大规模聚集以平抑集中式可再生能源的功率波动。电解铝负荷参与系统频率控制的研究引起了较大关注，然而已有的控制方法仅针对孤立电网瞬间的功率扰动，难以解决孤立电网连续的功率扰动问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于电解铝参与频率控制的控制结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法，其特征在于，通过电解铝负荷控制系统来实现系统频率调节，电解铝负荷控制系统包括网络控制单元NCU、死区单元，比例放大单元、WASHOUT单元和限幅单元；比例放大单元和WASHOUT单元并联，且一端依次连接死区单元和网络控制单元NCU，另一端连接限幅单元；网络控制单元NCU连接孤立电网系统，限幅单元与WAMS控制主站连接；具体包括以下步骤：步骤1、建立孤立电网系统模型；步骤2、设计不同功率扰动模式下电解铝负荷控制器的控制逻辑；步骤3、设计不同功率扰动模式下电解铝负荷控制器的参数。

【技术特征摘要】
1.一种电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法，其特征在于，通过电解铝负荷控制系统来实现系统频率调节，电解铝负荷控制系统包括网络控制单元NCU、死区单元，比例放大单元、WASHOUT单元和限幅单元；比例放大单元和WASHOUT单元并联，且一端依次连接死区单元和网络控制单元NCU，另一端连接限幅单元；网络控制单元NCU连接孤立电网系统，限幅单元与WAMS控制主站连接；具体包括以下步骤：步骤1、建立孤立电网系统模型；步骤2、设计不同功率扰动模式下电解铝负荷控制器的控制逻辑；步骤3、设计不同功率扰动模式下电解铝负荷控制器的参数。2.如权利要求1所述的电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法，其特征在于，步骤1的实现包括：步骤1.1通过建立电解铝负荷拓扑结构，得到电解铝负荷功率-电压数学模型；具体步骤如下：1)电解铝负荷拓扑结构等效为反电动势E和等效电阻R串联，通过整流桥、饱和电抗器和有载调压变压器与交流母线线路连接；2)电解铝负荷有功功率PASL与直流侧电压VB关系如下：3)电解铝负荷直流侧母线电压VB与负荷交流侧母线电压VAH的关系如式(2)；(2)式中VSR为饱和电抗器压降，k为有载调压变压器变比；4)通过改变发电机端电压来改变负荷交流母线高压侧电压；根据电压灵敏度方法，得到发电机端电压改变量ΔVG与负荷交流母线高压侧电压ΔVAH的关系，如式(3)；ΔVAH＝Ksens·ΔVG(3)(3)式中，Ksens为母线i对母线j的电压灵敏度系数；5)通过式(2)、(3)可得发电机端电压变化量ΔVG与负荷有功功率变化量ΔPASL的对应关系是：ΔPASL＝KASLΔVG(4)(4)式中，KASL为负荷综合比例系数；步骤1.2获取孤立电网系统的电气参数，建立孤立电网系统的数学模型，包括火电机组励磁系统，火电机组调速器，火电机组，传输线路，变压器，双馈风力发电机，电解铝负荷；利用最小二乘法曲线拟合得到惯性环节的各参数，如式(5)；ΔPASL(t)＝-0.054+0.054·e-2.782t(5)写成传递函数的形式，如式(6)；(6)式中，KASL为电解铝负荷放大系数；TASL为电解铝负荷有功功率时间常数。3.如权利要求1所述的电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法，其特征在于，步骤2的实现包括：步骤2.1建立电解铝负荷闭环控制系统；电解铝负荷闭环控制系统包括常规WAMS系统、附加WAMS控制主站，下行通道以及网络控制单元NCU；常规WAMS系统包括PMU子站，上行通道以及WAMS主站；WAMS主站与PMU子站通过TCP/IP协议通讯，实现对系统数据采集和状态监测；WAMS控制主站与PMU子站采用UDP协议进行通讯，直接获取PMU子站状态量；WAMS控制主站实时计算控制参数，并下发至网络控制单元NCU；网络控制单元NCU安装于发电机励磁柜侧，实现对电解铝负荷有功功率的控制；在发电机励磁系统参考电压叠加点处接入网络控制单元NCU输出端口，以采集的频率信号作为反馈信号输入；当系统出现功率扰动时，频率偏差通过网络控制单元NCU作用至火电机组励磁系统参考电压叠加点，使得励磁电压发生改变，从而改变电解铝负荷交流侧电压，电解铝负荷有功功率得到调节以平抑系统出现的不平衡功率；步骤2.2设计电解铝负荷控制器控制逻辑；I)根据PMU子站信息监测系统功率扰动，判断系统状态；II)系统状态为瞬间功率扰动或连续功率波动时，WAMS控制主站下发控制参数；III)采集本地频率信号，判断WAMS控制主站通讯状态；IV)若WAMS控制主站通讯状态正常，则接受WAMS主站参数，更新网络控制单元NCU参数控制发电机励磁电压；V)若主站通讯状态异常，则采用网络控制单元NCU本地保存控制参数控制发电机励磁电压。4.如权利要求1所述的电解类负荷参与孤立电网频率控制的方法，其特征在于，步骤3的实现包括：步骤3.1电解铝负荷控制器比例放大单元参数设计；比例放大单元为系统提供稳态功率支撑，系统产生的功率扰动量ΔP包括电解铝负荷调节量ΔPASLreg和火电机组一次调节量ΔPGreg；火电机组一次调节量与系统频率变化量...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐箭，鲍益，廖思阳，孙元章，黎雄，
申请(专利权)人：武汉大学，国家电网公司，国网湖北省电力公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42