一种用于微网的频率恢复方法技术

本发明专利技术公开了一种用于微网的频率恢复方法，是一种ＰＩＤ控制思想的电力系统频率紧急控制策略，主要用于提高独立电力系统经历扰动时的稳定运行能力。通过检测系统的有功缺额和系统频率变化，识别微网与大电网解列等严重事故，迅速启动频率控制装置的紧急启动轮，切除相应容量的负荷，以尽快抑制频率的急剧下降。在后续的调节过程中，根据频率不同变化阶段，引入粗调轮和细调轮的概念，在尽快切除有功缺额和尽量细化各轮所切负荷这对矛盾中取得平衡。引入ＰＩＤ闭环控制策略跟踪频率变化，优化频率恢复曲线，并消除频率上升阶段的动作死区。本发明专利技术可有效地避免传统方案盲目切除负荷导致过切现象的发生，抑制了微网频率的下降，且能让发电机的备用容量得到充分释放。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微网
，具体涉及一种微网中因有功缺额而造成频率下降的系统频率恢复方法。
技术介绍
与大型互联电网相比，微网是一个对控制系统操作响应较慢的低全局惯量系统， 抗扰能力差，系统脆弱。当微网与大电网解列出现孤岛后，由于微网的低惯性，系统频率会 迅速变化。另外，微网的分布式电源本身并不是一个联系紧密的系统，孤岛状态的出现可能 导致电源连续退出，从而恶化系统能量状况。由此，必须研究针对微网的频率下降恢复控制 方法，根据实际工作情况，快速、准确地动作，并且在保证系统稳定性和安全运行频率的前 提下实现切除负荷量最小。 基于近50年来低频减负荷的研究，可将频率恢复控制方案大致分为四类计算机 辅助算法、传统法、半适应法和自适应法。计算机辅助算法需要大规模采集数据信息，且算 法复杂，目前极少使用。传统法、半适应法和自适应法都是采用逐次逼近式的技术，直接根 据母线电压的频率变化调整负荷，为了避免系统振荡以及其他原因造成的频率下降，需要 增加延时，这就明显削弱了快速性；而且逐次逼近的方法在任何功率缺额下都逐轮切除同 样的负荷，不能适应多变的故障情况，从而导致少切和过切除负荷的现象时有发生，频率恢 复曲线也不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，该方法可以有效避免了微 网在出现大功率缺额的情况下频率的严重下降，使频率很快恢复到额定值；同时可以减少 过切情况的发生，縮小停电的区域，并提高供电可靠性。 本专利技术提供的，其特征在于，该方法包括下述步 骤 第1步系统运行前，遵循负荷重要性优先原则，将重要性相同的负荷尽量放在一 起，分配给低频减载控制的每路断路器；同时，确定粗调轮和细调轮每轮所切除负荷容量； Pr为粗调轮每轮所切除负荷容量，Pf为细调轮每轮所切除负荷容量<formula>formula see original document page 4</formula>其中，Pu为系统可切除负荷总有功功率，N为能够通过断路器进行负荷投切的总线路 数，n为预先设定的细调轮的轮数； 第2步系统运行时，实时检测以下数据 流过各分布式电源联网开关的功率大小Pg， PG。， PGp…，PGM ;流过各负荷开关的 功率大小PL。， PL"…，PL,，系统在采样时刻t时的频率f (t); 第3步fe为系统额定频率，A t为频率差额，<formula>formula see original document page 4</formula> A t为切除负荷延时， 计算式为1 式①中，Kp为比例常数，K工为积分常数，KD为微分常数，T工为积分周期，tn为低频 减载装置的当前采样时刻； 扰动发生前负荷消耗的总有功功率PL = PL。+PL一…+PL,，扰动发生后独立电力系 统保留运行的发电机所发出的有功功率PG = Pg+PG。+PG一…+PGM，计算出此时系统总的有 功缺额Pq = PL-PG，作为频率调节的依据； 当^〉0且Pq > PLX50X，转入第4步；当^〉0且0 <Pq < PLX50X，转入第5步；当，《0且Pq # 0时，系统频率上升，进入第8步；当Pq = O，进入第11步； 第4步无延时切除负荷，切除负荷按照粗调轮所对应的负荷的重要性由低至高次 序进行，切除量为Pq純q， Kq为防止过切的保险系数，然后转入第2步。 第5步当+>巧时，转入第6步；当+<巧时，转入第7步，其中，Ff为预先设定的启动粗调轮与细调轮的区分阈值； 第6步延时A t后切除功率缺额，切除负荷的顺序按照负荷的重要性由低至高进 行，每轮的切除量为一条粗调轮，再转入第2步； 第7步延时A t后切除功率缺额，切除负荷的顺序按照负荷的重要性由低至高进 行，每轮的切除量为一条细调轮，再转入第2步； 第8步当业必/<^<0时，进入第9步；当^<，<0时，进入第IO步；当K <必/〈i^时，进入第ll步，其中，Frf和Frs分别预先设定的为频率恢复速度区分的下限《 &值和上限值； 第9步延时A^后投入已退出运行、但是重要性最高的负荷，其容量等于一轮细 调轮的容量，八81的计算式为1 再转入第2步； 第IO步延时A&后投入已退出运行、但是重要性最高的负荷，其容量等于一轮细 调轮的容量，A&的计算式为〖紅= 式③中K为大于1的常系数； 再转入第2步； 第11步低频减载装置不动作，循环结束。 本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是微网低频恢复方法，其特征是包括 以下步骤 (1)针对微网解列孤岛化的特点，设计了紧急启动轮以应对大功率缺额导致的频 率急剧下降。 紧急启动轮电力系统因事故而出现严重的有功功率缺额时，当系统频率下降较 大时，将会使汽轮机叶片产生裂纹或断裂，使系统出现"频率崩溃"及"电压崩溃"现象，最 后可能导致系统瓦解。为了有效抑制频率的急剧下降，需要紧急切除负荷，即称之紧急启动 轮。 (2)为了适应不同的功率缺额，低频减载装置每路断路器控制的负荷量应该尽可 能的细化，但实际低频减载装置能够控制的断路器路数有限，出于这两方面的考虑，提出粗 调轮和细调轮的概念，并对其划分原则和各轮切除负荷容量做了定量分析，使得切除负荷 的容量能适应频率的不同变化阶段。 (3)当有功缺额大时，縮小动作间隔以加快切除负荷，当有功缺额小时，加大动作 间隔以等待频率的恢复，这样可以跟踪频率变化，从而提高系统的快速反应能力，充分释放 系统备用容量。 本专利技术可有效避免了传统方案盲目切除负荷导致过切现象的发生，有效抑制了微 网频率的下降，且能让发电机的备用容量得到充分释放。通过上述方法，有效避免了微网在 出现大功率缺额的情况下频率的严重下降，使频率很快恢复到额定值；同时减少了过切情 况的发生，縮小了停电的区域，提高了供电可靠性。附图说明 图l是典型系统结构图； 图2是PID频率闭环控制框图； 图3是重要供电小区仿真模型； 图4是解列后发电机输出有功功率； 图5是解列后0. 3s内母线电压； 图6是解列后系统频率曲线； 图7是第一轮动作后的频率曲线； 图8是第一轮动作后发电机输出的有功功率； 图9是功率缺额很大时的频率控制曲线。具体实施例方式首先结合附图，对本专利技术涉及到的两个概念进行描述 —种典型的系统结构如图1所示大电网1与微网2之间通过并网开关SW连接； 当SW闭合时，微网处于并网运行方式，当SW断开时，微网进入孤岛运行方式；DG。是微网中 容量较大的并网逆变器；D^是微网中起支撑作用的同步发电机；D^至DGM是同步发电机或6异步发电机，M表示同步和异步发电机的总组数；SW。， SWp . . . ， SWM为DG。， DG" . . . ， DGM的联 网开关；低频减载装置U巳至UFN安装在每个负荷出线上；SW 。， SW」，...，SW N为N个负荷开 关；M、N为正整数。 结合附图2，对本专利技术中用到的PID闭环控制策略作进一步的描述在系统运行过 程中，对系统频率进行实时测量，得到时间t时的测量值f (t)，通过和系统额定频率f J通 常设定为50Hz)进行比较，得到频率差额Af = (t)，并可进一步很方便的计算得到频率变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微网的频率恢复方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：第１步系统运行前，遵循负荷重要性优先原则，将重要性相同的负荷尽量放在一起，分配给低频减载控制的每路断路器；同时，确定粗调轮和细调轮每轮所切除负荷容量；Ｐ↓［ｒ］为粗调轮每轮所切除负荷容量，Ｐ↓［ｆ］为细调轮每轮所切除负荷容量，Ｐ↓［ｒ］＝Ｐ↓［Ｕ］／（Ｎ－ｎ＋１），Ｐ↓［ｆ］＝Ｐ↓［Ｕ］／ｎ，其中，Ｐ↓［Ｕ］为系统可切除负荷总有功功率，Ｎ为能够通过断路器进行负荷投切的总线路数，ｎ为预先设定的细调轮的轮数；第２步系统运１］＝１／｜Ｋ↓［Ｐ］Δｆ＋Ｋ↓［Ｉ］／Ｔ↓［Ｉ］∫↓［ｔ↓［ｎ］－Ｔ↓［Ｉ］］↑［ｔ↓［ｎ］］Δｆｄｔ＋Ｋ↓［Ｄ］ｄΔｆ／ｄｔ｜②②再转入第２步；第１０步延时Δｓ↓［２］后投入已退出运行、但是重要性最高的负荷，其容量等于一轮细调轮的容量，Δｓ↓［２］的计算式为：Δｓ↓［２］＝Ｋ／｜Ｋ↓［Ｐ］Δｆ＋Ｋ↓［Ｉ］／Ｔ↓［Ｉ］∫↓［ｔ↓［ｎ］－Ｔ↓［Ｉ］］↑［ｔ↓［ｎ］］Δｆｄｔ＋Ｋ↓［Ｄ］ｄΔｆ／ｄｔ｜③③式③中Ｋ为大于１的常系数；再转入第２步；第１１步低频减载装置不动作，循环结束。行时，实时检测以下数据：流过各分布式电源联网开关的功率大小Ｐｇ，ＰＧ↓［０］，ＰＧ↓［１］，…，ＰＧ↓［Ｍ］；流过各负荷开关的功率大小ＰＬ↓［０］，ＰＬ↓［１］，…，ＰＬ↓［Ｎ］，系统在采样时刻ｔ时的频率ｆ（ｔ）；第３步ｆ↓［ｅ］为系统额定频率，Δｆ为频率差额，Δｆ＝ｆ↓［ｅ］－ｆ（ｔ），Δｔ为切除负荷延时，计算式为：Δｔ＝１／（Ｋ↓［Ｐ］Δｆ＋Ｋ↓［Ｉ］／Ｔ↓［Ｉ］∫↓［ｔ↓［ｎ］－Ｔ↓［Ｉ］］↑［ｔ↓［ｎ］］Δｆｄｔ＋Ｋ↓［Ｄ］ｄΔｆ／ｄｔ①式①中，Ｋ↓［ｐ］为比例常数，Ｋ↓［Ｉ］为积分常数，Ｋ↓［Ｄ］为微分常数，Ｔ↓［Ｉ］为积分周期，ｔ↓［ｎ］为低频减载装置的当前采样时刻；扰动发生前负荷消耗的总有功功率ＰＬ＝ＰＬ↓［０］＋ＰＬ↓［１］＋…＋ＰＬ↓［Ｎ］，扰动发生后独立电力系统保留运行的发电机所发出的有功功率ＰＧ＝Ｐｇ＋ＰＧ↓［０］＋ＰＧ↓［１］＋…＋ＰＧ↓［Ｍ］，计算出此时系统总的有功缺额Ｐｑ＝ＰＬ－ＰＧ，作为频率调节的依据；当ｄΔｆ／ｄｔ＞０且Ｐｑ≥ＰＬ×５０％，转入第４步；当ｄΔｆ／ｄｔ＞０且０＜Ｐｑ＜ＰＬ×５０％，转入第５步；当ｄΔｆ／ｄｔ≤０且Ｐｑ≠０时，系统频率上升，进入第８步；当Ｐｑ＝０，进入第１１步；第４步无延时切除负荷，切除负荷按照粗调轮所对应...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林湘宁，赵志敏，李正天，薄志谦，郑胜，翁汉琍，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]