一种电力系统高频切机方法及系统与流程

本发明涉及电力系统安全稳定运行控制技术领域，具体涉及一种电力系统高频切机方法及系统。

背景技术：

频率是电力系统运行中的一个重要参数，也是衡量电能质量的主要指标之一。电力系统频率是靠系统内并列运行的所有发电机发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。当电力系统受到大机组跳闸、联络线断开或者大容量负荷投切等扰动时，由于系统的有功功率平衡遭到破坏，引起系统频率发生变化，当频率变化幅度较大时，将会对电力系统运行造成明显的不利影响，甚至导致频率稳定破坏事故的发生。电力系统的功率频率特性是指系统有功功率不平衡时频率的变化特性，是负荷频率特性、发电机频率特性以及电压影响的综合结果。下面对发电机频率特性进行简单说明：

电力系统中并列运行的每一台发电机转速与系统频率的关系如下式(1)所示：

其中，P为发电机转子极对数，n为发电机转速(单位：r/min)，f为系统频率(单位：Hz)。

由公式(1)可知电力系统的频率控制就是调节发电机转速。发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的，通常把由于频率变化引起的发电机组输出功率变化的关系称为发电机的频率特性或调节特性，该特性取决于发电机调速系统的特性。发电机的频率特性可以用发电机调差系数R，或其倒数单位调节功率K_G来描述，如下式(2)所示：

发电机调差系数R和单位调节功率K_G的标幺值如下式(3)所示：

其中，Δf为频率变化量，ΔP_G为对应频率变化量Δf的发电机有功出力变化量，f_B为频率基值50Hz，P_B为功率基值一般取为发电机额定功率，式中的负号表示发电机输出功率的变化和频率变化的符号相反。

图1为发电机频率特性曲线示意图，如图所示，对于一个有n台发电机并列运行的电力系统，当系统频率变化了Δf时，第i台发电机的输出功率变化量如下式(4)所示：

全部n台发电机输出功率总变化量如下式(5)所示：

由式(5)和单位调节功率K_G的定义，可以得到该系统的等值单位调节功率为：

实际发电机的功率输出变化量是有上限的，即存在一个ΔP_Gmax，当时，发电机的功率变化量不会继续增加。

当电力系统的负荷下降变化量为ΔP_L(ΔP_L＜0)时，电力系统内发电机输出功率需要变化同样的ΔP_G＝ΔP_L，以维持功率平衡。然而在发电机输出功率小于零时系统频率变化量大于零，即系统频率会上升。在发电机的单位调节功率保持不变的条件下，负荷下降越多(即|ΔP_G|越大)，则系统频率上升幅度越大。

根据《电网运行准则》(DL/T 10402007)规定，汽轮发电机在频率48.5Hz～50.5Hz范围内可以保持连续运行。因此，为保持电力系统能够稳定运行，当系统负荷下降较大时，需要采取高频切机措施，在系统频率上升到一定限值时，切除部分发电机P_cut(P_cut＞0，故切机造成的发电输出功率变化量为-P_cut)，则剩余发电机输出功率需要变化量为ΔP_G'＝ΔP_L+P_cut，|ΔP_G|减小，系统频率的上升幅度也随之下降。但是，在高频切机过程中可能由于切除过多发电机使得系统频率下降过多，从而导致电力系统的低频减载装置误动作，造成负荷损失。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种电力系统高频切机方法及系统。

第一方面，本发明中一种电力系统高频切机方法的技术方案是：

所述方法包括：

计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值，并依据该切机量上限值确定所述各轮次高频切机的切机量。

第二方面，本发明中一种电力系统高频切机系统的技术方案是：

所述高频切机系统包括：

切机量上限值计算模块，用于计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值；

切机量确定模块，用于依据该切机量上限值确定所述各轮次高频切机的切机量。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种电力系统高频切机方法，通过设置高频切机的切机量的上限值，可以防止由于切除过多发电机使得系统频率下降过多，从而导致电力系统的低频减载装置误动作，造成负荷损失；

2、本发明提供的一种电力系统高频切机系统，切机量上限值计算模块计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值，切机量确定模块可以依据切机量上限值确定各轮次高频切机的切机量，从而防止由于切除过多发电机使得系统频率下降过多，从而导致电力系统的低频减载装置误动作，造成负荷损失。

附图说明

图1：发电机频率特性曲线示意图；

图2：本发明实施例中一种电力系统高频切机方法实施流程图；

图3：电力系统示意图；

图4：本发明实施例中电力系统高频切机仿真曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种电力系统高频切机方法进行说明。

图2为本发明实施例中一种电力系统高频切机方法实施流程图，如图所示，可以按照下述步骤对电力系统进行高频切机，具体为：

步骤S101：计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值。

步骤S102：依据切机量上限值确定各轮次高频切机的切机量。

本实施例中通过设置高频切机的切机量的上限值，可以防止由于切除过多发电机使得系统频率下降过多，从而导致电力系统的低频减载装置误动作，造成负荷损失。

进一步地，本实施例步骤S101中计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值可以包括下述步骤，具体为：

1、确定电力系统中可以参与高频切机的发电机。其中，根据各个电网的实际情况选取，可以按照下述原则选取发电机：

(1)选取水电厂、火电厂等常规电厂机组，热电厂、核电厂等根据实际情况确定是否有需求和条件参与高频切记方案配置。

(2)选取直接接收电网调度运行部门统一调度安排指令的电厂机组，用户自备电厂根据实际情况确定是否有需求和条件参与高频切记方案配置。

(3)选取已经配置有高频切机信号接收及执行装置，或具备安装高频切机信号接收及执行装置条件的电厂机组。

(4)选取可以参与高频切机方案配置的全部发电机总容量应大于高频切机方案可能需要配置的最大切机容量。

2、计算电力系统的系统频率上升至各轮次高频切机的启动频率时电力系统的各盈余功率。本实施例中可以采用常规的电力系统分析软件，对电力系统进行仿真计算各盈余功率。

3、计算对电力系统进行各轮次高频切机后，各系统频率下降至电力系统中低频减载装置进行第一轮减载动作的启动频率时电力系统的各缺额功率。

假设第一轮高频切机的启动频率为f_c1，系统频率上升至启动频率f_c1时电力系统的盈余功率为ΔP_c1，对电力系统进行第一轮减载工作后系统频率下降至低频减载装置进行第一轮减载动作的启动频率时电力系统的缺额功率为ΔP_L1。本实施例中缺额功率指的是电力系统在盈余功率ΔP_c1的作用下电力系统频率上升至f_c1后切除电力系统的部分发电机，使得电力系统由盈余功率ΔP_c1转变为缺额功率ΔP_L1，电力系统频率在缺额功率ΔP_L1的作用下从f_c1下降至低频减载装置进行第一轮减载动作的启动频率。本实施例可以采用常规的电力系统分析软件，对电力系统进行仿真计算各缺额功率。

各轮次高频切机的切机量上限值如下式(7)所示：

P_Gmaxi＝ΔP_ci+ΔP_Li (7)

其中，P_Gmaxi、ΔP_ci和ΔP_Li分别为第i轮高频切机的切机量上限值、盈余功率和缺额功率，i≥1。

进一步地，本实施例步骤S102中确定各轮次高频切机的切机量可以按照下述限制条件确定，具体为：

本实施例中确定各轮次高频切机的切机量的限制条件包括第一限制条件、第二限制条件和第三限制条件，且第一限制条件、第二限制条件和第三限制条件的优先级顺次降低。

第一限制条件如下式(8)所示：

ΔP_ci＜∑P_cuti＜P_Gmaxi (8)

第二限制条件如下式(9)所示：

∑P_cuti＜P_Gmaxi (9)

第三限制条件如下式(10)所示：

∑P_cuti＞ΔP_ci (10)

其中，ΔP_ci、P_cuti和P_Gmaxi分别为第i轮高频切机的盈余功率、切机量和切机量上限值。

同时，本实施例还可以设定校验条件，并依据校验条件判断电力系统中已有的高频切机方案是否可能触发低频减载装置误动作，具体为：

若∑P_cuti≤P_Gmaxi，则高频切机方案不会触发低频减载装置误动作，因此不需要对高频切机方案进行调整。

若∑P_cuti＞P_Gmaxi，则高频切机方案可能会触发低频减载装置误动作，因此需要对所述高频切机方案进行调整。

下面以图3所示电力系统为例，对本实施例中高频切机方法进行具体说明。如图所示，电力系统中需要进行高频切机配置的局部网络包括负荷、电源1和电源2，负荷功率为7500MW，电源1和电源2均可以参与高频切机且二者均包含10台1000MW的发电机。同时，本实施例中高频切机方案包括两轮高频切机，各轮次高频切机的启动频率为：f_c1＝50.5Hz，f_c2＝51.0Hz。

1、计算电力系统的系统频率上升至各轮次高频切机的启动频率时电力系统的各盈余功率。

采用常规的电力系统分析软件，调整局部电网内发电机的开机方式，使局部电网与外部系统断开后，局部电网内的盈余功率不同，通过局部电网不同开机条件下的多次仿真计算，得到局部电网频率上升至高频切机各轮次的启动频率对应的盈余功率分别为ΔP_c1＝625MW，ΔP_c2＝1121MW。

2、计算对电力系统进行各轮次高频切机后，各系统频率下降至电力系统中低频减载装置进行第一轮减载动作的启动频率时电力系统的各缺额功率。

采用常规的电力系统分析软件，调整局部电网内发电机的开机方式，使局部电网与外部系统断开后，局部电网内的盈余功率不同，并在局部电网频率上升至高频切机各轮次的动作频率时采取切机措施，通过不同切机量条件下的多次仿真计算，得到局部电网高频切机各轮次的启动频率对应的使低频减载装置第一轮启动频率的功率缺额ΔP_L1＝503MW，ΔP_L2＝934MW。

通过公式(7)可以计算得到各轮次高频切机的切机量上限值分别为P_Gmax1＝1155MW，P_Gmax1＝2145MW。

3、确定各轮次高频切机的切机量。

通过公式(8)可以确定第一轮高频切机的第一限制条件为652MW<∑P_cut1<1155MW：第二轮高频切机的第一限制条件为：1211MW<∑P_cut2<2145MW。由前述可知局部电网中发电机容量均为1000MW，因此可以在第一轮高频切机时切除一台发电机∑P_cut1＝1000MW，在第二轮高频切机时切除一台发电机∑P_cut2＝2000MW，两轮高频切机均满足第一限制条件。

图4为本发明实施例中电力系统高频切机仿真曲线示意图，如图所示，四条曲线分别为局部电网分别表示在不同的运行方式下与外部系统断开后，产生的不同盈余功率，并在局部电网的频率上升至50.5Hz时切除切除相同容量的发电机后，局部电网的频率响应曲线。

本发明还提供了一种电力系统高频切机系统，并给出具体实施例。

本实施例中高频切机系统包括切机量上限值计算模块和切机量确定模块。其中，

切机量上限值计算模块，用于计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值；

切机量确定模块，用于依据该切机量上限值确定各轮次高频切机的切机量。

本实施例中切机量上限值计算模块计算对电力系统进行各轮次高频切机的切机量上限值，切机量确定模块可以依据切机量上限值确定各轮次高频切机的切机量，从而防止由于切除过多发电机使得系统频率下降过多，从而导致电力系统的低频减载装置误动作，造成负荷损失。

进一步地，本实施例中切机量上限值计算模块还可以包括下述结构。

本实施例中切机量上限值计算模块包括盈余功率计算单元、缺额功率计算单元和切机量计算单元。其中，

盈余功率计算单元，用于计算电力系统的系统频率上升至各轮次高频切机的启动频率时电力系统的各盈余功率。

缺额功率计算单元，用于计算对电力系统进行各轮次高频切机后，各系统频率下降至电力系统中低频减载装置进行第一轮减载动作的启动频率时电力系统的各缺额功率。切机量计算单元包括切机量计算模型，其公式(7)所示。

进一步地，本实施例中切机量确定模块还可以包括下述结构。

本实施例中切机量确定模块包括第一校验单元、第二校验单元和第三校验单元。其中，

第一校验单元，用于判断各轮次高频切机的切机量是否满足第一限制条件，该第一限制条件如公式(8)所示。

第二校验单元，用于在各轮次高频切机的切机量不满足第一限制条件时其是否满足第二限制条件，该第二限制条件如公式(9)所示。

第三校验单元，用于在各轮次高频切机的切机量不满足第二限制条件时其是否满足第三限制条件，该第三限制条件如公式(10)所示。

进一步地，本实施例中高频切机系统还可以包括下述结构

本实施例中高频切机系统还包括高频切机方案校验模块，用于依据各轮次高频切机的切机量上限值校验电力系统的高频切机方案。其可以包括第四校验单元和第五校验单元。其中，

第四校验单元，用于在各轮次高频切机的切机量之和不大于切机量上限值时不对高频切机方案进行调整。

第五校验单元，用于在各轮次高频切机的切机量之和大于切机量上限值时对高频切机方案进行调整。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。