一种电网的低频减载方法及低频减载控制系统与流程
本发明的实施例涉及智能电网技术，具体而言，涉及一种电网的低频减载方法及低频减载控制系统。
背景技术：
频率稳定是维持系统安全稳定运行的重要保障。大规模功率缺额会导致系统频率迅速下降，低频减载是阻止频率快速跌落和防止频率崩溃的一项重要调控措施。低频减载通过逐轮减负荷，使系统达到新的有功功率平衡，保证系统安全稳定运行。
电动汽车是一种新型交通工具，因可缓解能源危机和环境污染而受各国政府大力扶持。随着中国一系列鼓励政策出台，电动汽车被不断推广，电动汽车接入电网也日渐普及。电动汽车肩负充电负荷和移动储能单元双重特性，具有响应速度快、调节性能好、可调度容量大等特点，可成为智能电网需求侧重要的减载资源。
传统低频减载通过切除负荷实现功率平衡，未能充分利用电动汽车资源。因此，如果在低频减载过程中有效地利用电动汽车资源，制定合理的低频减载方案，对电网的安全稳定运行具有重大意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种面向有源智能电网，并以电动汽车为主要对象的低频减载方法，
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案，该方案的具体步骤有：
1)测量电网频率，并根据发电机端频率和频率变化率计算电力系统有功功率缺额；
2)根据电动汽车的类型和投入优先顺序，将电动汽车调度容量分为若干级，然后再根据电动汽车初始荷电状态、期望荷电状态、当前充/放电功率和最大充/放电功率，计算电动汽车各级调度容量及总调度容量；
3)以步骤1)的有功功率缺额和步骤2)的电动汽车总调度容量为依据制定低频减载计划，并下发减载指令；
4)电动汽车管理中心按照减载指令，给每辆电动汽车派遣减载任务，电动汽车按分配的任务充/放电，在线低频减载继电器辅助动作，完成低频减载。
本发明还提供如下附属技术方案：
进一步，步骤1)中的根据发电机端频率及频率变化率估算系统功率缺额的表达式示为：
式中：
在上述式中，δp为系统内总的功率缺额；fc为惯性中心频率；hi-sys为第i台发电机惯性时间常数；si为第i台发电机容量；sb-sys为系统额定容量。
进一步，步骤2)中的电动汽车各级调度容量及总调度容量计算方法如下：
遵循尽可能减小对用户影响的原则，根据入网需求确定电动汽车类型和投入优先顺序，将电动汽车调度容量分为四级。第一级为放电类电动汽车最大功率放电，第二级为充电类电动汽车停止充电，第三级为维持电量类以最大功率放电，第四级为充电类电动汽车以最大功率放电；第一级优先级最高，其他级优先级依次。
上述四级调度容量及总调度容量的表达式示为：
pev,4＝n*pmax
pev＝pev,1+pev,2+pev,3+pev,4
在上述式中，pmax为电动汽车最大放电功率，pev,1为第一级可调度容量；z为放电类电动汽车数量；pd,i为放电类第i辆电动汽车当前放电功率；pev,2为第二级可调度容量；pc,i为充电类第i辆电动汽车当前充电功率；n为充电类电动汽车数量；pev,3为第三级可调度容量；pm,i为维持电量类第i辆电动汽车当前充/放电功率；k为维持电量类电动汽车数量；pev,4为第四级可调度容量；pev为电动汽车总调度容量。
进一步，步骤3)的低频减载计划的制定原则：
为防止过切，低频减载切除量计算如下：
pshed＝1.05*(δp-pthr)
式中：pshed为需要切除的负荷量；pthr为系统允许功率缺额最小值；
为充分利用电动汽车资源，制定减载计划时将减载任务尽可能分派给电动汽车，当pshed≤pev时，减载任务全部分派给电动汽车，当pshed＞pev时，电动汽车全部投入，剩余部分由低频减载装置辅助切除；减载方式采用逐轮投入，设基本轮5轮，延迟时间设为0.35秒，设一、二轮切除量为0.25pshed，三、四轮切除量为0.2pshed，第五轮切除量为0.1pshed，基本轮按轮次优先调用电动汽车资源，若电动汽车资源不足，再启动低频减载，设特殊轮3轮，各轮切除量均为0.1pshed，延迟时间15秒，级差5秒，特殊轮根据基本轮投入后的情况优先考虑电动汽车资源，若不足，再启动低频减。
进一步，步骤4)的电动汽车减载任务的派遣规则如下：
管理中心按减载指令确定电动汽车减载任务及各轮次的切除量，在各轮次调度过程中电动汽车按权利2规定的调度优先级逐级投入；调度过程中，若本级当前可调度容量小于该轮次切除量，则本级可调度容量全部投入，并调用下一级可调度容量；若本级当前可调度容量大于该轮次投切量，则按电动汽车调度能力派遣减载任务，减载任务派遣方法如下：
在上述式中，
本发明还提供一种低频减载控制系统，该系统包括电网控制中心、电动汽车管理中心、在线低频减载继电器、以及接口电路，每个接口电路都包括通信模块和v2g控制模块，其中，通信模块分别与电动汽车管理中心、v2g控制模块双向通信，用于采集电动汽车当前的充/放电功率、最大充/放电功率、当前soc、期望soc、允许的最大及最小soc，并确定当前电动汽车的类型、可调度容量，并将这些信息上传至管理中心，同时接受电动汽车管理中心派遣的任务；v2g控制模块用于按照充放电指令控制电动汽车充放电；电动汽车管理中心还与控制中心双向通信，用于计算及上传各级调度容量及总调度容量，并派遣减载任务。
相比于现有技术，本发明的优势在于：公开了一种电网的低频减载方法及低频减载控制系统，该方法是在低频减载过程中调度电动汽车资源，通过电动汽车集中管理分散控制，以在线低频减载动作为辅助，完成低频减载，快速抑制频率下跌，在优化资源配置的同时，提高了系统稳定性和经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，并非对本发明的限制。
图1是本发明较佳实施例的低频减载方法的低频减载系统框架结构图。
图2是本发明较佳实施例的低频减载方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步非限制性的详细描述。
本发明基于电动汽车分散入网特征，提出了以电动汽车为对象的低频减载方法，并建立了电动汽车参与低频减载的控制系统。见图1，该系统原理框架包括：包括电网控制中心、电动汽车管理中心、低频减载继电器、以及接口电路，每个接口电路都包括通信模块和v2g控制模块，其中，通信模块分别与电动汽车管理中心、v2g控制模块双向通信，用于采集电动汽车当前的充/放电功率、最大充/放电功率、当前soc、期望soc、允许的最大及最小soc，并确定当前电动汽车的类型、可调度容量，并将这些信息上传至管理中心，同时接受电动汽车管理中心派遣的任务；v2g控制模块用于按照充放电指令控制电动汽车充放电；电动汽车管理中心还与控制中心双向通信，用于计算及上传各级调度容量及总调度容量，并派遣减载任务。管理中心负责计算及上传各级调度容量及总调度容量，并派遣减载任务。控制中心负责计算缺额、接收可调度容量、制定低频减载计划、下发减载指令。
在上述方案中，面向有源智能电网以电动汽车为主要对象的低频减载方法原理是：在发生功率缺额、频率快速跌落时，控制中心根据发电机端频率、频率变化率、发电机惯性时间常数估算功率缺额，并结合电动汽车可调度容量制定减载计划，并下发减载指令；管理中心根据减载指令派遣减载任务；电动汽车按分派减载任务充/放电，在线低频减载继电器辅助动作，完成低频减载。
再结合附图1和附图2，本发明方法如下：
根据电动汽车用户的需求及其入网特征，建立电动汽车集群分类模型，并搭建基于分散控制集中管理的电动汽车参与低频减载的控制框架，然后执行以下步骤：
步骤1：监测电网状态，判断频率是否正常，若频率在正常范围内，则不启动低频减载；若频率低于门槛值，启动低频减载，执行步骤2；
步骤2：测量电网频率，根据发电机端频率、频率变化率，估算电力系统有功功率缺额；
步骤3：电动汽车管理中心根据电动汽车初始荷电状态、期望荷电状态、当前充/放电功率、最大充/放电功率，计算电动汽车各级调度容量及总调度容量；
步骤4：控制中心根据功率缺额及电动汽车调度容量，制定低频减载计划，并下发减载指令；
步骤5：电动汽车管理中心按照减载指令，给每辆电动汽车派遣减载任务，电动汽车按分配的任务充/放电，在线低频减载继电器辅助动作，完成低频减载；
步骤6：再重新执行步骤1，监测电网状态，判断电网频率是否正常。
在上述实施方案中，系统功率缺额的估算方法如下：
式中：
在上述式中，δp为系统内总的功率缺额；fc为惯性中心频率；hi-sys为第i台发电机惯性时间常数；si为第i台发电机容量；sb-sys为系统额定容量。
电动汽车的阶梯调度容量及总调度容量计算方法如下：
遵循尽可能减小对用户影响的原则，根据入网需求确定电动汽车类型和投入优先顺序，将电动汽车调度容量分为四级。第一级为放电类电动汽车最大功率放电，第二级为充电类电动汽车停止充电，第三级为维持电量类以最大功率放电，第四级为充电类电动汽车以最大功率放电；第一级优先级最高，其他级优先级依次，以下是四级调度容量及总调度容量计算方法：
pev,4＝n*pmax
pev＝pev,1+pev,2+pev,3+pev,4
在上述式中，pmax为电动汽车最大放电功率，pev,1为第一级可调度容量；z为放电类电动汽车数量；pd,i为放电类第i辆电动汽车当前放电功率；pev,2为第二级可调度容量；pc,i为充电类第i辆电动汽车当前充电功率；n为充电类电动汽车数量；pev,3为第三级可调度容量；pm,i为维持电量类第i辆电动汽车当前充/放电功率；k为维持电量类电动汽车数量；pev,4为第四级可调度容量；pev为电动汽车总调度容量。
低频减载计划的制定原则：
为防止过切，低频减载切除量计算如下：
pshed＝1.05*(δp-pthr)
式中：pshed为需要切除的负荷量；pthr为系统允许功率缺额最小值；
为充分利用电动汽车资源，制定减载计划时将减载任务尽可能分派给电动汽车，当pshed≤pev时，减载任务全部分派给电动汽车，当pshed＞pev时，电动汽车全部投入，剩余部分由低频减载装置辅助切除；减载方式采用逐轮投入，设基本轮5轮，延迟时间设为0.35秒，设一、二轮切除量为0.25pshed，三、四轮切除量为0.2pshed，第五轮切除量为0.1pshed，基本轮按轮次优先调用电动汽车资源，若电动汽车资源不足，再启动低频减载，设特殊轮3轮，各轮切除量均为0.1pshed，延迟时间15秒，级差5秒，特殊轮根据基本轮投入后的情况优先考虑电动汽车资源，若不足，再启动低频减载。
电动汽车减载任务的派遣规则如下：
管理中心按减载指令确定电动汽车减载任务及各轮次的切除量，在各轮次调度过程中电动汽车按权利2规定的调度优先级逐级投入；调度过程中，若本级当前可调度容量小于该轮次切除量，则本级可调度容量全部投入，并调用下一级可调度容量；若本级当前可调度容量大于该轮次投切量，则按电动汽车调度能力派遣减载任务，减载任务派遣方法如下：
在上述式中，
综上所述，本发明基于电动汽车分散入网特征，提出了以电动汽车为对象的低频减载方法，建立了电动汽车参与低频减载的控制构架；构架包括电动汽车电池、通信模块、v2g控制、管理中心、控制中心和在线低频减载继电器。在发生功率缺额、频率快速跌落时，控制中心根据发电机端频率、频率变化率、发电机惯性时间常数估算功率缺额，并结合电动汽车可调度容量制定减载计划，并下发减载指令；管理中心根据减载指令派遣减载任务；电动汽车按分派减载任务控制充/放电在线低频减载继电器辅助动作，完成低频减载。本发明在低频减载过程中，优先调度电动汽车资源，并调用在线低频减载继电器辅助动作，完成低频减载，能在快速抑制频率跌落的同时减少切负荷量，优化资源配置，提高系统的稳定性与经济性。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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