分布式紧急需求响应控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统稳定与控制技术领域，特别涉及一种分布式紧急需求响应控制方法及系统。

背景技术：

电力系统短期频率稳定问题长期以来是电网稳定问题的一个重要侧面。近年来，直流闭锁事件的频发加剧了受端电网发生大容量功率缺额的风险。随着特高压直流线路输送容量的提升和低转动惯量的风电/光伏机组的接入，电网等效转动惯量不断降低，发生大容量功率缺额后电网频率跌落更加迅速，电力系统一次调频与负荷频率响应不足以维持系统频率最低点高于低频减载阈值，容易造成低频减载动作，损失大量负荷。

紧急需求响应是一种主动的短期频率稳定控制手段，通过预先签约获得用户负荷的直接控制权，在电力紧张时主动切除一定量的负荷，从而维持电力系统的频率稳定。目前紧急需求响应技术一般采用集中式控制方式。在这种方式下，若采用慢速通信网络将导致高延迟，影响控制效果，若采用高速通信网络将带来高昂的建设成本。因此需要研究更为经济有效的控制方式。

技术实现要素：

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

现有的低频减载技术需要等待电网频率下落一段时间后再予以响应，切除频率不够及时，导致需要损失更多的负荷以维持电力系统的稳定，因此采用紧急需求响应技术主动及时地先切除一部分负荷，将大大减少负荷损失。相对于系统频率，频率变化率是一个对系统功率扰动更为灵敏的信号，可有效地提高响应的速度，但该信号的空间差异性大，距离扰动位置越近，频率变化率变动越剧烈，而真正能够反映全系统功率缺额的信号是系统惯性中心频率变化率，因此需要研究从本地母线频率变化率信号中提取系统惯性中心频率变化率分量的方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种分布式紧急需求响应控制方法，该方法可以用于电力系统短期频率稳定的控制，有效地提高响应的速度，以及大大减少负荷损失，并有效提高控制的效果和经济性，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种分布式紧急需求响应控制系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种分布式紧急需求响应控制方法，包括以下步骤：根据历史扰动数据和电网典型运行方式进行离线整定，得到高阶低通滤波器参数和控制参数；将所述高阶低通滤波器参数和控制参数通过成本较低的慢速通信线路发送至各分布式控制子站，以根据所述高阶低通滤波器参数和控制参数对本地母线频率变化率进行滤波和持续监测；若滤波后的频率变化率跌破启动阈值，则根据所述控制参数控制负荷。

本发明实施例的分布式紧急需求响应控制方法，可以用于电力系统短期频率稳定的控制，根据滤波后的本地母线频率变化率的大小作为控制的依据，而频率变化率是一个对系统功率扰动更为灵敏的信号，可有效地提高响应的速度，并采用紧急需求响应技术主动及时地切除一部分负荷，从而大大减少负荷损失，有效提高控制的效果和经济性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的分布式紧急需求响应控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，包括根据历史扰动数据进行离线整定，获取高阶低通滤波器参数。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述高阶低通滤波器参数的调试原则为：在保证历史扰动数据中不同地理位置母线电压的频率变化率滤波后的曲线与对应系统惯性中心频率变化率滤波后的曲线基本重合的前提下，截止频率取值尽可能大。

进一步地，在本发明的一个实施例中，包括根据电网典型运行方式进行离线整定，获取控制参数，具体包括：根据所述电网典型运行方式，搭建系统单母线仿真模型，在单位功率缺额扰动下仿真测得系统惯性中心频率变化率曲线，并获取扰动时刻频率变化率f′t0；按照所述高阶低通滤波器参数对所述惯性中心频率变化率曲线滤波，获取滤波后曲线最低点f′min；根据所述单母线模型仿真获取系统频率跌至ft时对应的功率缺额δpt；从而计算得出控制参数，其中，所述控制参数包括修正系数kset和动作阈值f′t。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述修正系数kset的计算公式为：

kset＝f′t0/′min。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述动作阈值f′t的计算公式为：

f′t＝δpt·f′min。

进一步地，在本发明的一个实施例中，包括：若滤波后的频率变化率跌破所述启动阈值，则获取所述滤波后的频率变化率的最小值，并判断所述最小值是否超过动作阈值；如果超过所述动作阈值，则获取本地应切负荷，并通过直接负荷控制装置切除跌破所述动作阈值的分布式控制子站所聚合的紧急需求响应负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述启动阈值可选为-0.1hz/s，或按照经验选取以防止误动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述动作阈值的计算公式为：

f′t＝δpt·f′min，

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述本地应切负荷的计算公式为：

其中，δprk为第k个分布式控制子站应切负荷量，prk为第k个分布式控制子站可切负荷量上限，nr为分布式控制子站的总数，f′nadir_k为该控制子站测得的本地频率变化率最小值。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在根据所述高阶低通滤波器参数和控制参数对所述本地母线频率变化率进行滤波和持续监测之前，还包括：根据当前电网运行情况选择最接近的典型运行方式对应的控制参数进行初始化。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种分布式紧急需求响应控制系统，包括：离线整定模块，用于根据历史扰动数据和电网典型运行方式进行离线整定，得到高阶低通滤波器参数和控制参数；信号处理模块，用于将所述高阶低通滤波器参数和控制参数发送至各分布式控制子站，以根据所述高阶低通滤波器参数和控制参数对本地母线频率变化率进行滤波和持续监测；负荷控制模块，用于若滤波后的频率变化率跌破启动阈值，则根据所述控制参数控制负荷。

本发明实施例的分布式紧急需求响应控制系统，可以用于电力系统短期频率稳定的控制，根据滤波后的本地母线频率变化率的大小作为控制的依据，而频率变化率是一个对系统功率扰动更为灵敏的信号，可有效地提高响应的速度，并采用紧急需求响应技术主动及时地切除一部分负荷，从而大大减少负荷损失，有效提高控制的效果和经济性，简单易实现。

另外，根据本发明上述实施例的分布式紧急需求响应控制装系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述负荷控制模块进一步用于获取所述频率变化率的最小值，并判断所述最小值是否超过动作阈值，在超过所述动作阈值时，获取本地应切负荷，并通过直接负荷控制装置切除跌破所述动作阈值的分布式控制子站所聚合的紧急需求响应负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述负荷控制模块进一步用于在根据所述高阶低通滤波器参数和控制参数对所述本地母线频率变化率进行滤波和持续监测之前，根据当前电网运行情况选择最接近的典型运行方式对应的控制参数进行初始化。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的分布式紧急需求响应控制方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的母线频率变化率信号振荡分量的滤波效果示意图；

图3为根据本发明实施例的惯性中心频率变化率及滤波后的曲线示意图；

图4为根据本发明实施例的负荷控制的控制流程图；

图5为根据本发明实施例的分布式紧急需求响应控制系统的结构示意图；

图6为根据本发明一个实施例的分布式紧急需求响应控制系统的结构示意图；

图7为根据本发明实施例的分布式紧急需求响应控制系统的应用场景示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的分布式紧急需求响应控制方法及装置，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的分布式紧急需求响应控制方法。

图1是本发明一个实施例的分布式紧急需求响应控制方法的流程图。

如图1所示，该分布式紧急需求响应控制方法包括以下步骤：

在步骤s101中，根据历史扰动数据和电网典型运行方式进行离线整定，得到高阶低通滤波器参数和控制参数。

其中，在本发明的一个实施例中，根据历史扰动数据进行离线整定，获取高阶低通滤波器参数。

可以理解的是，步骤s101包括高阶低通滤波器调试和控制参数整定，具体地：

在本发明的一个实施例中，高阶低通滤波器参数的调试原则为：在历史扰动数据中不同地理位置母线电压的频率变化率滤波后的曲线与系统惯性中心频率变化率滤波后的曲线基本重合的前提下，截止频率的取值尽可能大。

具体而言，高阶低通滤波器调试

首先对历史扰动数据中主要母线的频率变化率曲线作频谱分析，将其与惯性中心频率变化率信号的频谱分析结果进行对比，从而确定该母线频率变化率信号的振荡分量的频率范围[flk,fhk]。所有主要母线的频率变化率振荡分量频谱范围为[min(flk),max(fhk)]，据此选择合适的高阶低通滤波器，调试高阶低通滤波器参数以滤除上述振荡分量，提取惯性中心频率变化率信息。图2(a)是某次扰动下，各母线上的频率变化率曲线，母线2距离故障点近，频率变化率的振荡分量大，母线1和3距离故障点远，振荡分量小，各母线频率变化率都与惯性中心频率变化率有差异。如图2(b)所示，选择恰当的高阶低通滤波器和参数后，不同母线的频率变化率的振荡分量可以得到有效的滤除，滤波后的曲线与进行了同样滤波处理的惯性中心频率变化率曲线重合。如图2(b)中所示，滤波后的频率变化率曲线最低点f′nadir反映了系统扰动量的大小。由于曲线到达f′nadir前具有单调递减的特性，因此该值可以方便地测得。设置分布式控制子站的启动阈值为f′int，当滤波后的频率变化率低于该值时进行f′nadir的测量，并据此进行负荷地切除。子站的启动时间为tint，动作时间为tact。

进一步地，在本发明的一个实施例中，根据电网典型运行方式进行离线整定，获取控制参数，具体包括：根据电网典型运行方式，搭建系统单母线仿真模型，在单位功率缺额扰动下仿真测得系统惯性中心频率变化率曲线，并获取扰动时刻频率变化率f′t0；按照高阶低通滤波器参数对惯性中心频率变化率曲线滤波，获取滤波后曲线最低点f′min；根据单母线模型仿真获取系统频率跌至ft时对应的功率缺额δpt；从而计算得出控制参数，其中，控制参数包括修正系数kset和动作阈值f′t。

具体而言，控制参数整定

依据电网典型运行方式，配置电网单母线仿真模型，并采用上述仿真模型仿真得出单位功率缺额下的惯性中心频率变化率曲线，并根据频谱分析传递过来的高阶低通滤波器参数设置高阶低通滤波器对该曲线进行滤波。图3是单位功率缺额下的惯性中心频率变化率曲线滤波前后的曲线。滤波前扰动时刻的惯性中心频率变化率为f′t0，滤波后曲线最低点为f′min，则修正系数

kset＝f′t0/f′min(1)

假设低频减载首轮启动值为ft，通过单母线模型仿真得出系统频率跌至ft时对应的功率缺额δpt，则分布式紧急需求响应控制装置动作阈值

f′t＝δpt·f′min(2)

kset和f′t即为控制参数。值得注意的是，对应于每一种电网典型运行方式，可整定一组kset和f′t的值。

在步骤s102中，将高阶低通滤波器参数和控制参数发送至各分布式控制子站，以根据高阶低通滤波器参数和控制参数对本地母线频率变化率进行滤波和持续监测。

在步骤s103中，若滤波后的频率变化率跌破启动阈值，则根据控制参数控制负荷。

可以理解的是，如图4所示，首先根据当前电网运行情况选择最接近的典型运行方式对应的控制参数进行初始化。然后，持续接收步骤s102传来的滤波后的频率变化率信号，其中，在本发明的一个实施例中，根据控制参数控制负荷，包括：获取频率变化率的最小值，并判断最小值是否超过动作阈值；如果超过动作阈值，则获取本地应切负荷，并通过直接负荷控制装置切除跌破动作阈值的分布式控制子站所聚合的紧急需求响应负荷。

具体而言，如图4所示，判断该信号是否满足f′<f′int若结果为否，则继续接收频率变化率信号，若结果为是，则继续测得该信号最小值，判断f′nadir<f′t是否成立。若f′nadir<f′t不成立，则继续接收频率变化率信号，若成立，则按式(3)计算本地应切负荷量：

其中，δprk为第k个分布式控制子站应切负荷量，prk为第k个分布式控制子站可切负荷量上限，nr为分布式控制子站的总数，f′nadir_k为该控制子站测得的本地频率变化率最小值。最后，控制响应的负荷切除。

综上，本发明实施例提出的分布式紧急需求响应控制方法，可以用于电力系统短期频率稳定的控制，根据滤波后的本地母线频率变化率的大小作为控制的依据，而频率变化率是一个对系统功率扰动更为灵敏的信号，可有效地提高响应的速度，并采用紧急需求响应技术主动及时地切除一部分负荷，从而大大减少负荷损失，有效提高控制的效果和经济性，简单易实现。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的分布式紧急需求响应控制装系统。

图5是本发明一个实施例的分布式紧急需求响应控制装系统的结构示意图。

如图5所示，该分布式紧急需求响应控制装系统10包括：离线整定模块100、信号处理模块200和负荷控制模块300。

其中，离线整定模块100用于根据历史扰动数据和电网典型运行方式进行离线整定，得到高阶低通滤波器参数和控制参数。信号处理模块200用于将高阶低通滤波器参数和控制参数发送至各分布式控制子站，以根据高阶低通滤波器参数和控制参数对本地母线频率变化率进行滤波和持续监测。负荷控制模块300用于若滤波后的频率变化率跌破启动阈值，则根据控制参数控制负荷。本发明实施例的系统10可以用于电力系统短期频率稳定的控制，有效地提高响应的速度，以及大大减少负荷损失，并有效提高控制的效果和经济性，简单易实现。

具体地，如图6所示，本发明实施例的系统10由离线整定模块100和本地控制器组成。离线整定模块100设置在控制中心内，包括高阶低通滤波器调试子模块和控制参数整定子模块，其中，高阶低通滤波器调试子模块和控制参数整定子模块的功能可以分别参见上述实施例中的高阶低通滤波器调试和控制参数整定的介绍。本地控制器设置在分布式控制子站上，包括信号处理模块200和负荷控制模块300，信号处理模块200根据高阶低通滤波器调试子模块传递过来的高阶低通滤波器参数，对本地母线频率变化率进行滤波处理，滤波后的信号传递到负荷控制模块300。

进一步地，在本发明的一个实施例中，负荷控制模块300进一步用于获取频率变化率的最小值，并判断最小值是否超过动作阈值，在超过动作阈值时，获取本地应切负荷，并通过直接负荷控制装置切除跌破动作阈值的分布式控制子站所聚合的紧急需求响应负荷。

进一步地，在本发明的一个实施例中，负荷控制模块300进一步用于在根据高阶低通滤波器参数和控制参数对本地母线频率变化率进行滤波和持续监测之前，根据当前电网运行情况选择最接近的典型运行方式对应的控制参数进行初始化。

下面一个典型的分布式紧急需求响应控制系统10的应用场景，如图7所示，本发明的具体实施方式：

1、控制中心根据ems/wams系统记录的历史扰动数据和电网典型运行方式进行离线整定，得出合适的高阶低通滤波器参数和控制参数并通过成本较低的慢速通信线路发送到各分布式控制子站。

2、分布式控制子站设置在各主要母线上，包括本地控制器和所聚合的紧急需求响应负荷。

3、各分布式控制子站的本地控制器根据控制中心离线整定的高阶低通滤波器参数和控制参数，对本地母线频率变化率进行滤波和持续监测。

4、当本地控制器监测到滤波后的频率变化率信号跌破启动阈值时，启动控制，测得该信号的最低点，判断是否超过动作阈值，若超过，则计算本地应切负荷，并通过直接负荷控制装置切除该子站所聚合的紧急需求响应负荷。

需要说明的是，前述对分布式紧急需求响应控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的分布式紧急需求响应控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的分布式紧急需求响应控制系统，可以用于电力系统短期频率稳定的控制，根据滤波后的本地母线频率变化率的大小作为控制的依据，而频率变化率是一个对系统功率扰动更为灵敏的信号，可有效地提高响应的速度，并采用紧急需求响应技术主动及时地切除一部分负荷，从而大大减少负荷损失，有效提高控制的效果和经济性，简单易实现。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或n个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。