一种高比例水电区域AGC主站关键参数的配置方法与流程

本发明涉及一种高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，属于输配电技术领域。

背景技术：

近年来随着特高压直流系统工程的相继投产，电网规模不断扩大，电网运行难度日益提高。为确保电网安全，提高运行可靠性，送端系统与主网之间取消交流联络线，仅靠直流实现互联，实现交流解耦，送端电网与主网异步互联。异步互联后电网规模大幅减小，负荷水平急剧降低，电网运行难度大幅提升，频率稳定成为影响系统安全稳定运行的关键因素。

agc作为现代电网有功功率控制的重要手段,对提升电网频率质量、保证电网安全经济运行发挥着关键作用。高水电占比异步运行送端电网对agc的运行提出了更高要求。而主站参数对二次调频效果起着至关重要的作用。

目前，国内外主站参数的设定多依靠调度人员运行经验，对频率偏差系数、不同控制区比例增益及控制区门槛划分主要依靠实际电网运行效果反馈进行人工调整，试错成本较大。主站控制设置中，国内部分高比例水电电网曾尝试采用分段频率偏差系数或对控制区设定比例增益提高系统调节水平。采用过多的频率偏差系数则可能导致区域功率偏差在频率偏差系数频繁切换中震荡。而采用单一较大频率偏差系数配合多组比例增益则会导致小频偏下区域控制偏差中的联络线分量失效。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，以提高电网频率质量，保证电网安全经济运行。

本发明所述问题是以下述技术方案解决的：

一种高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，所述方法包括以下步骤：

a.建立区域电网全过程仿真模型；

b.以仿真手段获取区域电网的自然频率特性系数；

c.依据扰动量大小建立电网常见扰动集；

d.设定配置方案适用性评价指标；

e.根据自然频率特性系数及电网涉频元件动态特性形成一组频率偏差系数；

f.根据频率偏差系数设置不同控制区比例增益大小；

g.根据频率偏差系数及比例增益设置系统正常区门槛、次紧急区门槛与紧急区门槛；

h.对频率偏差系数及比例增益进行合理性评估，若不符合要求则返回步骤e，若符合要求则将其作为最终配置方案。

上述高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，所述区域电网全过程仿真模型包含一二次调频全部涉频元件，并考虑负荷调节效应。

上述高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，获取区域电网的自然频率特性系数的具体方法为：

修改区域电网全过程仿真模型，保持负荷调节效应、发电机组一次调频、直流频率限制器调频能力；全网二次调频退出运行，全网指定容量以下水电机组一次调频退出运行；

设置全网负荷以相同比例单向波动，确保电网时刻处于准稳态，则负荷变化量与系统频率偏差即为系统的自然频率特性系数。

上述高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，所述扰动集包含稳态随机波动、主力机组扰动和直流扰动；所述稳态随机波动为围绕基点波动与一定时长内一致性波动之和；一致性波动包含功率缓升、功率速升、功率速降、功率维持与功率缓降五种类型拼接；主力机组扰动包含区域内主力机组跳闸、区域外主力机组跳闸；直流扰动包含直流功率速降、直流闭锁。

上述高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，所述方法适用性评价指标包含稳态运行频率偏差、故障扰动后频率恢复速度和区外扰动反调情况，所述稳态运行频率偏差指标包含指定时间内的频率超出限额次数、最大频偏大小和频率偏差均方差；故障扰动后频率恢复速度指标统计自扰动发生后频率最低点至系统频率偏差首次恢复至火电调节死区以内所需时间；区外扰动反调指标包含扰动过程中的最大反调量大小和反调存在时长。

上述高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，所述频率偏差系数根据水电死区频偏下的自然频率特性系数和直流频率限制器死区频偏自然频率特性系数设定。

上述高比例水电区域agc主站关键参数的配置方法，不同控制区比例增益参考频率偏差系数的大小设置，依照正常区、次紧急区和紧急区的比例系数依次增大。

本发明在建立区域电网全过程仿真模型的基础上，借助仿真手段实现高比例水电区域agc主站关键参数的配置，可以准确设置控制区划分门槛和不同控制区比例增益，无需进行实际电网试错，即可形成高适应性的参数配置方案，高质量应对电网可能出现的多种运行工况，提高电网运行的稳定性与经济性。同传统方法相比，本发明可以有效提高电网频率质量，保证电网安全经济运行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明的流程图；

图2是某电网典型配置示意图；

图3是几种典型状况下频率控制效果对比图；

图4是本方面实施例的功率-频率曲线。

具体实施方式

本发明按以下步骤处理：

步骤1、建立区域电网全过程仿真模型：

区域电网仿真模型中要求包含一二次调频全部涉频元件，如调速器、汽轮机、水轮机、agc系统、电厂监控系统、直流频率限制器(fc或flc)等，并考虑负荷调节效应；

步骤2、以仿真手段研究区域电网的自然频率特性系数：

研究方法为：修改全网模型，保持负荷调节效应、发电机组一次调频、直流频率限制器调频能力；全网二次调频退出运行，全网指定容量(如50mw)以下水电机组一次调频退出运行。

设置全网负荷以相同比例缓慢单向波动，确保电网时刻处于准稳态，则负荷变化量与系统频率偏差即可认为系统的自然频率特性系数；

步骤3、依据扰动量大小建立电网常见扰动集：

扰动集至少包含稳态随机波动、主力机组扰动、直流扰动三种不同类型扰动；稳态随机波动为围绕基点波动与一定时长内一致性波动之和。围绕基点波动可通过电网退出agc运行时的频率波动反推负荷波动量大小，一致性波动可通过调度曲线获得。其中一致性波动至少包含功率缓升、功率速升、功率速降、功率维持与功率缓降五种类型拼接。主力机组扰动需包含区域内主力机组跳闸、区域外主力机组跳闸。直流扰动需包含直流功率速降、直流闭锁等常见直流扰动；

步骤4、设定配置方案适用性评价指标：

方案适用性评价指标包含稳态运行频率偏差、故障扰动后频率恢复速度、区外扰动反调情况三类指标。稳态运行频率偏差指标至少包含：指定时间内(1)频率超出限额次数(2)最大频偏大小(3)频率偏差均方差大小。故障扰动频率恢复速度指标统计自扰动发生后频率最低点至系统频率偏差首次恢复至火电调节死区以内所需时间。区外扰动反调指标至少包含：扰动过程中(1)最大反调量大小(2)反调存在时长；

步骤5、根据自然频率特性系数及电网涉频元件动态特性形成一组频率偏差系数：

频率偏差系数确定方法为：系统自然频率特性系数呈现强非线性，在小频偏与大频偏相差极大。设置单一频率偏差系数难以满足不同频偏需求；设置过多频率偏差系数则可能导致区域功率偏差震荡。依照电网内部调频元件种类设置频率偏差系数，考虑典型的高比例水电区域多为直流互联的异步运行电网，负荷水平较小，任何扰动都会导致频率超越出火电死区。故不针对火电死区对应频偏单独设置频率偏差系数，而是采用考虑火电参与调频的情况下的频率偏差系数，即参考水电死区频偏下自然频率特性系数设定一系数。高比例水电区域的水电一次调频能力较强，同时考虑直流频率限制器门槛系统频率偏差系数变化剧烈，可参考直流频率限制器死区频偏自然频率特性系数设置一系数。特大扰动下主站通常已转为ffc运行，无需考虑非故障区反向调节，不再单独设置频率偏差系数。必要时，可以参考转ffc频率额外设置频率偏差系数；

步骤6、根据频率偏差系数设置不同控制区比例增益大小：

不同控制区比例增益设定方法为：参考频率偏差系数大小，对于不同控制区，设置不同比例增益。正常区对于的频率偏差系数较大，设置较小比例系数(如0.4)以防止过调。次紧急区和紧急区逐步放大比例增益，提高负荷爬坡和故障情况下的控制效率；

步骤7、根据频率偏差系数及比例增益设置系统正常区门槛、次紧急区门槛与紧急区门槛：

控制区设置门槛如下：(1)设置较小的正常区门槛，以减少pi调节的延迟效应。该值不可过小，应确保在该门槛值下步骤5中设置的频率偏差系数与步骤6中设置的比例增益配合不会产生震荡(2)设置较大的次紧急区门槛，确保稳态负荷波动工况下系统ace一般不进入次紧急区，仅在系统负荷快速爬坡等变化剧烈工况ace由正常区进入次紧急区。该值不可过大，一般机组跳机扰动系统ace应能进入次紧急区，加速系统频率恢复。(3)合理设置紧急区门槛，系统发生较大扰动时，系统ace能进入紧急区，同时与次紧急区门槛存在一定差额；

步骤8、对频率偏差系数及比例增益进行合理性评估。若不合要求，则需要重新进行调整，直至获得最终配置方案：

首先使用全过程仿真软件按照步骤4中所提扰动集对各工况进行仿真，将仿真结果按步骤5中所提评价指标进行评价。评价通过后再带着实际电网系统。

同时缩减ace正常区的比例增益，以减少正常区超调效应。

以下给出一个具体实施例。

某电网与某主网异步互联，渝鄂柔直投运，另一电网与另某电网异步互联。其送端电网典型特点为：水电占比高、直流外送功率大、电网规模大幅减小，调频问题突出。归纳该特点，并形成典型特征电网a，a电网内部包含主调和省市调，其中主调采用ffc，省市调采用tbc控制；电网主要调频电厂位于控制区1，如图2所示。

按如下步骤处理：

1、以丰大方式下a电网仿真数据模型，建立包含调速器、汽轮机、水轮机、agc系统、电厂监控系统、直流频率限制器(fc或flc)等，并考虑负荷调节效应的频率仿真模型。

2、建立常见扰动集，扰动集包含稳态随机波动、主力机组扰动、直流扰动三种不同类型扰动；稳态随机波动为围绕基点波动与一定时长内一致性波动之和。其中一致性波动至少包含功率缓升、功率速升、功率速降、功率维持与功率缓降五种类型拼接。主力机组扰动需包含区域内主力机组跳闸、区域外主力机组跳闸。直流扰动需包含直流功率速降、直流闭锁等常见直流扰动。

3、建立适用性评价指标，方案适用性评价指标包含稳态运行频率偏差、故障扰动后频率恢复速度、区外扰动反调情况三类指标。稳态运行频率偏差指标至少包含：指定时间内(1)频率超出限额次数(2)最大频偏大小(3)频率偏差均方差大小。故障扰动频率恢复速度指标统计自扰动发生后频率最低点至系统频率偏差首次恢复至火电调节死区以内所需时间。区外扰动反调指标至少包含：扰动过程中(1)最大反调量大小(2)反调存在时长。

4、以仿真手段研究某电网的频率特性系数，仿真中将a电网agc退出，将负荷按照1％/min的速率持续增长，直至系统频率跌落至49.90hz，绘制频率-功率曲线，如下表所示：

仿真计算b系数(频率偏差系数)

功率-频率曲线如图4所示。

5、依照不同频偏下的β因子大小，选取2组b系数，分别对应水电控制死区与直流fcl死区下频偏。

6、依照b系数大小，对于不同控制区，分别设置不同比例增益。正常区对于的频率偏差系数较大，设置较小比例系数(0.4)以防止过调。次紧急区和紧急区逐步放大比例增益(0.7与1.1)，提高负荷爬坡和故障情况下的控制效率。

7、设置控制区门槛，设置较小的正常区门槛，以减少pi调节的延迟效应。该值不可过小，保在该门槛值下的频率偏差系数与比例增益配合不会产生震荡；设置较大的次紧急区门槛，确保稳态负荷波动工况下系统ace一般不进入次紧急区，仅在系统负荷快速爬坡等变化剧烈工况ace由正常区进入次紧急区。该值不可过大，一般机组跳机扰动系统ace应能进入次紧急区，加速系统频率恢复；合理设置紧急区门槛，系统发生较大扰动时，系统ace能进入紧急区，同时与次紧急区门槛存在一定差额。

8、本方法设置的主站控制区参数的频率调节效果与常规主站控制区参数的对比效果如图3所示。