含高比例新能源的地区电网紧急切机协调控制方法及系统与流程

本发明属于含新能源的电网安全稳定控制，具体地，涉及含高比例新能源的地区电网紧急切机协调控制方法及系统。

背景技术：

1、安全稳定控制系统是保障电网安全稳定运行的重要组成部分。近年来，随着新能源并网量不断攀升，在富含风光资源地区，新能源装机容量大大超过常规机组，新能源出力随机性和波动性给电网出力调度带来很大挑战。例如，当风电场中的风机正在出力爬坡过程中，此时切除部分风机，需要考虑剩余风机后续出力的增加，否则会导致欠切。随着新能源渗透率不断提高和电力电子设备大量应用，电网的惯量不断减小，当遇到扰动时频率易发生快速变化，原有的一些安全稳定控制措施可能误动或者拒动。例如澳大利亚“9.28”大停电事故中，部分风机脱网后，导致区域间联络线过载跳闸，地区电网的频率迅速下降，一度达到6hz/s，使得滑差保护启动，低频减载闭锁。虽然滑差保护在我国安全稳定控制领域应用不多，但是此类事故反映出含高比例新能源地区电网由于惯量小，遇到扰动频率变化快，频率支撑明显不足，在设计安全稳定控制三道防线的策略时，应将新能源的这一特性进行充分而全面的考虑。此外，我国富含风光资源的地区常常位于电网末端，新能源并网后，需要经过较长的联络线与主网相连，且很多情况下为单线单主变连接方式，一旦联络线或主变因故障跳闸，新能源场站会因电力无法外送导致频率迅速升高，电压也随之升高，即使故障被很快清除，新能源可能已经出于自我保护而脱网，引发电网后续连锁故障。因此，在为含高比例新能源的地区电网制定安全稳定控制策略时，必须要考虑新能源场站的实时出力，并满足根据系统运行工况和扰动大小进行快速判断的要求。

2、现有的电网第三道防线高频紧急切机技术主要关注于在触发切机条件后切机量和切机轮次的计算和优化，致力于在满足系统稳定的条件下减少总的切机量，提高经济效益。例如，现有技术中1(cn 114004090a)针对多轮高频切机采用遗传算法进行递进寻优，优化各轮次切机量。现有技术2(cn 112561137b)通过新能源外送功率的连续概率密度建立外送功率场景集，并优化求解切机容量。现有技术1和2为代表的高频紧急切机技术，必须要等到系统频率上升到触发切机条件时才采取切机措施，均不涉及对系统扰动能否引起高频切机进行预测和提前判断，从而无法实现在扰动后第一时间进行高频切机，因此错过最佳的切机时间，导致更为严重的系统频率问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种含高比例新能源的地区电网紧急切机协调控制方法及系统，根据系统当前运行工况和系统参数，实时计算出系统有功扰动和频率响应最大值的数值关系；并结合第三道防线高频切机的触发条件，计算出在当前运行方式下引发系统高频切机动作的有功扰动的最小值，从而能够在扰动发生时刻根据真实扰动的幅值大小，即刻判断是否会引起高频切机。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、本发明提出了一种含高比例新能源的地区电网紧急切机协调控制方法，包括：

4、步骤1，采用近似方法在线求解地区电网的等效惯量；

5、步骤2，考虑地区电网中常规机组的调速器作用，根据等效惯量和通用频率响应模型，建立地区电网的平均频率变化与有功变化的频率响应模型；

6、步骤3，根据地区电网的有功扰动，基于频率响应模型，确定地区电网的频率变化量；从频率变化量中获取频率变化量的最大值、频率变化量的最大值发生时间，建立频率变化量的最大值与有功扰动幅值的关系；

7、步骤4，根据电网系统第三道防线高频切机的门槛值，基于频率变化量的最大值与有功扰动幅值的关系，确定扰动预警值；当地区电网的有功扰动幅值不超过扰动预警值时，不触发高频切机；当地区电网的有功扰动幅值超过扰动预警值时，进入步骤5；

8、步骤5，考虑安全稳定控制策略对频率达到高频切机的门槛值后的延时限值，求解满足延时限值的触发第三道防线高频切机的最小扰动幅值；

9、步骤6，在地区电网受到有功扰动时，比较有功扰动幅值k、扰动预警值k*以及最小扰动幅值k**的大小关系：

10、当k<k*，不触发第三道防线高频切机；

11、当k*≤k<k**时，不满足延时限值，不触发第三道防线高频切机；

12、当k≥k**时，于t1时刻前触发第三道防线高频切机，其中，t1为地区电网频率第一次达到高频切机的门槛值的时间。

13、优选地，步骤1中，等效惯量h如下：

14、

15、式中，

16、hi和si分别为常规机组i的惯量和装机容量，

17、hw和pw分别为风场w的等效惯量和实时出力，

18、pv为光伏场站v的实时出力，

19、n、m、l分别为常规机组、风场和光伏场站的数量。

20、优选地，步骤2中，频率响应模型g(s)，如下：

21、

22、式中，

23、δpe(s)为发电机组电磁功率变化量的s域表达，

24、δf(s)为地区电网的频率变化量的s域表达，

25、h为等效惯量，

26、t为时间常数，

27、s为微分算子，

28、d为阻尼系数，

29、r为调速器调差系数。

30、优选地，步骤3包括：

31、步骤3.1，以幅值为k的阶跃信号作为系统有功扰动δp(s)，利用频率响应模型求得系统频率变化函数δf(s)，并通过拉普拉斯反变化求解频率随时间变化函数δf(t)；

32、步骤3.2，根据地区电网的频率随时间的变化，确定地区电网的频率变化量的最大值以及最大值发生的时间，其中，频率变化量的最大值与有功扰动幅值有关，最大值发生的时间与有功扰动幅值无关。

33、频率随时间变化函数δf(t)如下：

34、

35、式中，

36、a为第一系数，满足：

37、b为第二系数，满足：

38、c为第三系数，满足：

39、对频率随时间变化函数δf(t)求解，得到频率变化量最大值发生的时间tmax和频率变化量最大值δf(t)max，建立频率变化量最大值δf(t)max与有功扰动幅值k的关系，如下：

40、

41、频率变化量的最大值与有功扰动幅值有关，最大值发生的时间与有功扰动幅值无关。

42、优选地，步骤4中，设扰动发生前系统频率为f(t0)，则扰动后频率响应的最大值为f(t0)+δf(t)max；令扰动后频率响应的最大值等于系统第三道防线高频切机第一轮的门槛值f*，求得频率变化量最大值δf(t)max*＝f*-f(f0)，并根据式(8)求得扰动预警值k*；

43、其中，系统第三道防线高频切机的门槛值f*不大于51.5hz。

44、优选地，延时限值大于等于0.2s且小于等于0.5s。

45、优选地，步骤5包括：

46、步骤5.1，满足高频切机触发条件的最小有功扰动对于的频率响应曲线会两次经过门槛值f*，即δf(t)＝f*-f(t0)的两个解t1和t2分别为第一次经过门槛值的时间和第二次经过门槛值的时间；

47、t1和t2分布于tmax两侧，且满足

48、步骤5.2，通过δf(t)＝f*-f(t0)，计算t1和t2分别对应的频率变化量δf(t1)和δf(t2)的值，并将{t1,δf(t1)}和{t2,δf(t2)}分别带入式(6)，计算得到对应的有功扰动第一幅值k1和有功扰动第二幅值k2；以有功扰动幅值均值作为有功扰动幅值的初始值；

49、步骤5.3，将初始值和频率变化值δf(t)＝f*-f(t0)代入式(6)，求解幅值为的有功扰动下频率两次经过门槛值的时间和

50、步骤5.4，令若增大有功扰动幅值，重复步骤5.3；若减小有功扰动幅值，重复步骤5.3，直到此时对应的有功扰动幅值即为一定会触发第三道防线高频切机的最小扰动幅值k**。

51、当k<k*，第二道防线切机量为δpg＝k；

52、当k*≤k<k**时，第二道防线切机量δpg＝k；

53、当k≥k**时，第二道防线切机量δpg＝k-d(fn-f∞)，其中fn为地区电网的额定频率，f∞为不切机系统频率最终的理论值，d为阻尼系数。

54、本发明还提出了一种含高比例新能源的地区电网紧急切机协调控制系统，包括：

55、等效惯量模块，频率响应模型模块，扰动预警值计算模块，最小扰动幅值计算模块，高频切机控制模块；

56、等效惯量模块，用于采用近似方法在线求解地区电网的等效惯量；

57、频率响应模型模块，用于考虑地区电网中常规机组的调速器作用，根据等效惯量和通用频率响应模型，建立地区电网的平均频率变化与有功变化的频率响应模型；

58、扰动预警值计算模块，用于根据地区电网的有功扰动，基于频率响应模型，确定地区电网的频率变化量；从频率变化量中获取频率变化量的最大值、频率变化量的最大值发生时间，建立频率变化量的最大值与有功扰动幅值的关系；根据电网系统第三道防线高频切机的门槛值，基于频率变化量的最大值与有功扰动幅值的关系，确定扰动预警值；

59、最小扰动幅值计算模块，用于考虑安全稳定控制策略对频率达到高频切机的门槛值后的延时限值，求解满足延时限值的触发第三道防线高频切机的最小扰动幅值；

60、高频切机控制模块，用于在地区电网受到有功扰动时，比较有功扰动幅值k、扰动预警值k*以及最小扰动幅值k**的大小关系：

61、当k<k*，不触发第三道防线高频切机；

62、当k*≤k<k**时，不满足延时限值，不触发第三道防线高频切机；

63、当k≥k**时，于t1时刻前触发第三道防线高频切机，其中，t1为地区电网频率第一次达到高频切机的门槛值的时间。

64、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，当系统受到严重有功扰动时，能够第一时间判断该扰动是否会引起高频切机，提前预警，不需要等到系统频率触发高频切机条件时再采取切机措施，极大的缩短了系统稳控反应时间，帮助调度提前采取措施，避免更为严重的系统频率问题。

65、本发明提出的方法和系统，尤其适用于含高比例新能源的地区电网，能够及时采取切机措施，避免大规模新能源连锁脱网以及后续的系统低频问题，保证了含高比例新能源的地区电网的安全稳定性。

66、此外，针对含高比例新能源的地区电网，本发明采用在线求解地区电网等效惯量的方法，将新能源低惯量的特点引入到频率响应模型中，从而提高了频率响应模型的准确性。