孤岛电站负荷脱落控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种孤岛电站负荷脱落控制系统，所述控制系统主要由负载监测模块、信息采集模块、控制系统、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；本发明专利技术的优点在于：以系统最终的频率变化量作为负荷脱落量的依据，避免了因系统惯性常数对负荷脱落控制的影响，有效地避免负荷过切的情况；另外，针对频率下降和回升阶段设置不同负荷优先级，使得脱落的负荷更加有利于系统频率的恢复，最终实现对孤岛电站系统的频率控制，保证孤岛系统运行的稳定性和可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
孤岛电站负荷脱落控制系统


[0001]本专利技术涉及一种电站控制系统，具体地说是一种孤岛电站负荷脱落控制系统，属于电站控制系统领域。

技术介绍

[0002]分布式燃油/燃气电站孤岛模式是解决一些偏远区域和大型电站建设期施工现场等区域电力需求的有效措施之一，为了避免一些重要负荷不必要的停电，因此必须保证该电力系统的供电可靠性。由于孤岛系统的每台机组的有功容量是有限的，因此当发电机组因故障解列或负荷比例突然增加，以至于系统中存在有功缺额，将会导致电力系统的频率下降，如果不采取相应的措施减少系统的有功负荷，会使得系统的频率持续下降，最终将会导致整个电力系统的崩溃。另外，对于燃油/燃气发电机组，当系统频率下降到47.5Hz以下时，将会严重影响发电机组的正常运行，因此必须避免系统的频率低于47.5Hz。为了保证分布式燃油/燃气电站孤岛系统具有更高的供电可靠性和经济性，因此设计出更加有效和合理的负载脱落控制系统具有十分重要的工程实用价值。
[0003]目前较为普遍负荷脱落控制主要有传统低频减载控制、半自适应低频减载、自适应低频减载以及计算机辅助算法，其中自适应低频减载是在前两者的基础上发展过来的。自适应低频减载是以频率变化率df/dt作为判断依据，对于一些系统的惯性常数较小的系统来说，容易造成负荷的过切。另外，目前负荷脱落控制方案对于每轮的负荷脱落也只是确定每轮调节的减载量，并未考虑脱落的负荷对系统频率恢复的影响，因此负荷脱落后对系统频率恢复过程并非是最理想状态。因此，在系统频率下降阶段，所脱落的负荷量并不能最优地抑制频率下降，会导致频率最终的下降深度较大；在系统频率恢复的回升阶段，频率上升的状态也并非最优。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，设计了一种孤岛电站负荷脱落控制系统，以系统最终的频率变化量作为负荷脱落量的依据，避免了因系统惯性常数对负荷脱落控制的影响，有效地避免负荷过切的情况；同时，针对频率下降和回升阶段设置不同负荷优先级，使得脱落的负荷更加有利于系统频率的恢复，最终实现对孤岛电站系统的频率控制，保证孤岛系统运行的稳定性和可靠性。
[0005]本专利技术的技术方案为：孤岛电站负荷脱落控制系统，所述控制系统主要由负载监测模块、信息采集模块、控制系统、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；所述负载监测模块主要用于监测系统的有功功率和频率信息，为负荷脱落控制系统控制过程提供必要的信息；所述负载监测模块包括频率传感器和功率传感器；所述信息采集模块主要用于通过负载监测模块实现对信息的采集，通过采集系统的有功功率和频率，为控制系统中的数据处理分析提供必要的信息；所述信息采集模块为燃油/
燃气电站的SCADA系统；所述控制系统主要用于实现对采集信息的计算和处理，通过计算、处理、分析信息采集模块得到数据，实现负荷脱落算法的实施；所述控制系统为PLC控制器；所述负荷脱落执行机构主要用于执行控制系统的决策，完成对相应负荷的脱落操作；所述负荷脱落执行机构为负荷脱落所对应的断路器；通过负载监测模块对于负荷实时监控，并通过通信电缆将信息传递给信息采集系统；信息采集系统采集不同频率的各节点有功功率，通过Modbus通信网络传递给控制系统；控制系统对数据进行计算和分析处理，得到需要进行脱落负荷，然后通过通信系统传递给负荷脱落执行机构，实现最终的负荷脱落。
[0006]具体分析及工作情况如下所述：（1）负荷脱落调节的依据负荷频率调节效应系数表达式为，在
∆
f较小时，可认为dP
L
≈
∆
P
L
、df≈
∆
f，即负荷频率调节效应系数的标幺值K
L*
可由下式求得：式中：f
N
为系统的额定频率；P
L
为现有负荷的有功功率；负荷的有功功率变化量为
∆
P
L
；系统频率变化为
∆
f；根据电力系统自动低频减负荷技术规定可知，不考虑母线电压变化时，在n轮负荷脱落后，现有的负荷的实际有功功率标幺值P
Ln*
可表示为：式中：P
L0*
为系统负荷的起始有功功率的标幺值；K
LS*
为整个系统频率调节效应系数；P
ti*
为每轮的负荷脱落有功标幺值，f
N
为系统的额定频率；f为有功功率为n轮负荷脱落前的系统频率；以发电机组总输出有功功率P
m
为常量进行分析，系统频率变化量的标幺值可表示为：其中：式中：P
m*
为发电机组输出功率的标幺值；ω
*
为角频率的标幺值；M为系统的惯性常数；由的表达式可得：的表达式可得：因此可计算得到未进行减负荷时频率的变化量以及频率最终变化量；
从的表达式中可知，与M成反比关系，因此在其他条件都相同的情况下，M越小，其频率变化的瞬时值越大；又由的表达式可知系统最终的下降深度与M无关；若只考虑频率变化率来判断切除负荷的级数，在系统有功负荷缺额相同时，如果M较大时可能会导致过切；因此为了避免M的影响，可根据第n轮负荷脱落后的最终的频率变化量
∆
f
n
(∞)来确定每一次需要脱落负荷量；对于
∆
f
n
(∞)的计算分析过程如下：第i次负荷脱落过程中频率变化量为
∆
f
i
(t
i
)表达式为：式中：t
i
为第i次负荷脱落过程所经历的时间。
[0007]第n次负荷脱落前的系统f频率为式中：f
m
为负荷脱落控制启动时的频率。
[0008]因此，第n轮负荷脱落后的
∆
f
n
(∞)表达式为：式中：P
Ln-1*
为n-1次负荷脱落后负荷实际有功功率标幺值。
[0009]以
∆
f
n
(∞)的值作为依据，确定每次负荷脱落加速脱落的轮数，以提高系统的自适应性，使得系统频率恢复更加快速；（2）每轮负荷脱落量的确定对于每轮负荷脱落量的确定，将可脱落的负荷分为6轮基础轮，4轮特殊轮，将总可脱落负荷有功功率的80%均分到6个基础轮，另外的20%均分到4个特殊轮；经过检测分析得到系统的K
LS*
后，再结合
∆
f
n
(∞)和每轮负荷脱落量，计算分析得到不同
∆
f
n
(∞)范围下每次需脱落的负荷总量；以系统的K
LS*
为1.5作为研究对象，且其中可切除有功负荷为30%，则基础轮每轮脱落的负荷为4%，特殊轮每轮脱落的负荷为1.5%；当
∆
f
n
(∞)<-7Hz时，加速脱落3个基础轮负荷；当-7Hz≤
∆
f
n
(∞)<-3Hz时，加速脱落2个基础轮负荷；当-3Hz≤...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.孤岛电站负荷脱落控制系统，其特征在于：所述控制系统主要由负载监测模块、信息采集模块、控制系统、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；所述负载监测模块主要用于监测系统的有功功率和频率信息，为负荷脱落控制系统控制过程提供必要的信息；所述负载监测模块包括频率传感器和功率传感器；所述信息采集模块主要用于通过负载监测模块实现对信息的采集，通过采集系统的有功功率和频率，为控制系统中的数据处理分析提供必要的信息；所述信息采集模块为燃油/燃气电站的SCADA系统；所述控制系统主要用于实现对采集信息的计算和处理，通过计算、处理、分析信息采集模块得到数据，实现负荷脱落算法的实施；所述控制系统为PLC控制器；所述负荷脱落执行机构主要用于执行控制系统的决策，完成对相应负荷的脱落操作；所述负荷脱落执行机构为负荷脱落所对应的断路器；通过负载监测模块对于负荷实时监控，并通过通信电缆将信息传递给信息采集系统；信息采集系统采集不同频率的各节点有功功率，通过Modbus通信网络传递给控制系统；控制系统对数据进行计算和分析处理，得到需要进行脱落负荷，然后通过通信系统传递给负荷脱落执行机构，实现最终的负荷脱落。2.根据权利要求1所述的孤岛电站负荷脱落控制系统，其特征在于，具体分析及工作情况如下所述：（1）负荷脱落调节的依据负荷频率调节效应系数表达式为，在
∆
f较小时，可近似的认为dP
L
=
∆
P
L
、df=
∆
f，即负荷频率调节效应系数的标幺值K
L*
可由下式求得：式中：f
N
为系统的额定频率；P
L
为现有负荷的有功功率；负荷的有功功率变化量为
∆
P
L
；系统频率变化为
∆
f；根据电力系统自动低频减负荷技术规定可知，不考虑母线电压变化时，在n轮负荷脱落后，现有的负荷的实际有功功率标幺值P
Ln*
可表示为：式中：P
L0*
为系统负荷的起始有功功率的标幺值；K
LS*
为整个系统频率调节效应系数；P
ti*
为每轮的负荷脱落有功标幺值，f
N
为系统的额定频率；f为有功功率为n轮负荷脱落前的系统频率；以发电机组总输出有功功率P
m
为常量进行分析，系统频率变化量的标幺值可表示为：其中：式中：P
m*
为发电机组输出功率的标幺值；ω
*
为角频率的标幺值；M为系统的惯性常数；
由的表达式可得：的表达式可得：因此可计算得到未进行减负荷时频率的变化量以及频率最终变化量；从的表达式中可知，与M成反比关系，因此在其他条件都相同的情况下，M越小，其频率变化的瞬时值越大；又由的表达式可知系统最终的下降深度与M无关；若只考虑频率变化率来判断切除负荷的级数，在系统有功负荷缺额相同时，如果M较大时可能会导致过切；因此为了避免M的影响，可根据第n轮负荷脱落后的最终的频率变化量
∆
f
n
(∞)来确定每一次需要脱落负荷量；对于
∆
f
n
(∞)的计算分析过程如下：第i次负荷脱落过程中频率变化量为
∆
f
i
(t
i
)表达式为：式中：t
i
为第i次负荷脱落过程所经历的时间；第n次负荷脱落前的系统f频率为式中：f
m
为负荷脱落控制启动时的频率；因此，第n轮负荷脱落后的
∆
f
n
(∞)表达式为：式中：P
Ln-1*
为n-1次负荷脱落后负荷实际有功功率标幺值；以
∆
f
n
(∞)的值作为依据，确定每次负荷脱落加速脱落的轮数，以提高系统的自适应性，使得系统频率恢复更加快速；（2）每轮负荷脱落量的确定对于每轮负荷脱落量的确定，将可脱落的负荷分为6轮基础轮，4轮特殊轮，将总可脱落负荷有功功率的80%均分到6个基础轮，另外的20%均分到4个特殊轮；经过检测分析得到系统的K
LS*
后，再结合
∆
f
n
(∞)和每轮负荷脱落量，计算分析得到不同
∆
f
n
(∞)范围下每次需脱落的负荷总量；以系统的K
LS*
为1.5作为研究对象，且其中可切除有功为30%，则基础轮每轮脱落的负荷为4%，特殊轮每轮脱落的负荷为1.5%；当
∆
f
n
(∞)<-7Hz时，加速脱落3个基础轮负荷；当-7Hz≤
∆
f
n
(∞)<-3Hz时，加速脱落2个基础轮负荷；当-3Hz≤
∆
f
n
(∞)<-1.5Hz时，每轮按级差0.2s进行脱落1个基础轮负荷；当-1.5Hz≤
∆
f
n
(∞)≤-0.5Hz时，每轮按级差3s进行脱落1个特殊轮负荷；-0.5Hz<
∆
f
n
(∞)<1Hz时，负荷脱落控制完成；（3）负荷脱落优先顺序的确定
为了使得频率恢复效果达到最优，因此需要结合对应负荷的K
L*
，对基础轮和特殊轮的负荷进行排序，形成对应基础序列和特殊序列；基础序列和特殊序列中排列顺序按各个负荷节点的K
L*
来确定，因此需要得到基础轮和特殊轮的负荷对应的K
L*
，进而确定基础序列和特殊序列的负荷排列；通过测量基础轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：严威，刘飞，卢志勇，周金木，赵国军，范航行，周斌程，
申请(专利权)人：葛洲坝能源重工有限公司，
类型：发明
国别省市：