集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载方法

本发明属于电力系统稳定控制领域，特别是涉及集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载方法。

背景技术：

1、构建以新能源为主体的新型电力系统成为我国能源领域工作的重中之重，超高占比新能源并网运行将成为我国未来供电电源结构的重要特征。作为新能源发电的重要组成部分，光伏发电由于其开采潜力巨大、无地域限制、安装简单便于维护等优势，在我国电源结构中的比重逐年提升。根据国家能源局发布的数据，2022年全国光伏发电新增装机8740.8万千瓦，同比增长9.4％，其中集中式光伏电站3629.4万千瓦，同比下降7.6％，分布式光伏5111.4万千瓦，同比增长28.5％。大量光伏替代同步发电机接入电网后，造成电网等效惯性降低，给电网带来了不容忽视的频率失稳威胁。一旦电网发生较为严重的故障，造成较大功率缺额，便有引发系统频率快速跌落最终失稳的风险。为维持电力系统安全稳定的第三道防线控制措施之一，低频减载通过切除多余负荷以抵消功率缺额，保障系统频率稳定。当前集中式光伏已具备参与电网调频的能力，而分布式光伏的接入对于切除负荷馈线的切负荷效果带来影响，传统低频减载策略的适应性很有可能不再适应当前电网的需求。

2、与专利cn117060431a“一种适用于构网型风电机组并网电力系统的低频减载方法”的技术对比：

3、专利cn117060431a提出的低频减载方法适用于大量构网型风电机组接入的电网。而本技术适用于大量集中式和分布式光伏接入的电网。

4、专利cn117060431a中，考虑的是构网型风电机组参与调频，方式为风电机组的虚拟惯量控制和转子超速控制。而本技术中考虑的是集中式光伏参与调频，方式为光伏的虚拟惯量控制和下垂控制。

5、专利cn117060431a中，电网等效惯性常数的求解是基于各同步发电机惯性常数和额定容量、构网型风电机组等效惯性常数和额定容量，通过公式进行求解。而本技术考虑到风电机组等效惯性常数并不易获取，因此采用通过多次设置功率扰动量大小已知的故障获取电网惯性中心频率变化率，基于发电机摇摆方程思想，计算求得对应于各故障的等效惯性常数，将它们求取平均值作为电网等效惯性常数。

6、专利cn117060431a中，根据各负荷节点距离故障点的电气距离来选取减载地点并分配该地点的减载量。而本技术中，提出了考虑分布式光伏并网影响的馈线切负荷效率指标，根据该指标的大小排序决定负荷馈线切除的先后次序，从而将切负荷对电网造成的影响降至最低。

7、专利cn117060431a中，制定的低频减载实施策略中，各轮动作延时和减载量都是预先设置的固定值。而本技术制定的低频减载动态实施策略中，只设置了首轮动作延时和减载量，而后续轮次的动作延时和减载量，将会基于系统频率跌至前后两轮动作频率定值时的惯性中心频率变化率改善程度进行动态调整，实现保障系统频率稳定的同时降低减载代价。

8、研究考虑集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载策略是十分必要的。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明公开了集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载方法，大规模集中式光伏和分布式光伏并网运行后，为保障新型电力系统在遭受大功率缺额故障下的频率稳定，且降低切负荷对电网的影响，提出一种考虑集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载策略，对保障电网安全稳定运行具有重要意义。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

3、集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载方法，所述方法包括以下步骤：

4、(1)构建集中式光伏参与电网调频的控制模型，包括基于光伏减载运行的虚拟惯量控制模型和一次调频控制模型；

5、(2)提出故障后电网频率跌落至低频减载首轮动作频率定值时的实际功率缺额评估方法，实现对负荷突增和发电机跳闸两种不同类型故障的实际功率缺额评估；

6、(3)提出低频减载总减载量的计算方法，计算过程计及同步发电机一次调频响应、负荷调节效应、集中式光伏的一次调频响应，实现对总减载量的准确获取；

7、(4)提出考虑分布式光伏并网影响的馈线切负荷效率指标，根据该指标的大小排序决定负荷馈线切除的先后次序，将切负荷对电网造成的影响降至最低；

8、(5)制定低频减载动态实施策略，基于系统频率跌至前后两轮动作频率定值时的惯性中心频率变化率改善程度对后一轮减载的动作延时和减载量进行动态调整，实现保障系统频率稳定的同时降低减载代价；

9、参考实际电网低频减载方案确定低频减载轮次、频率定值和减载比例，按照负荷馈线切除的先后次序，选取各轮需要断开的负荷馈线，完成低频减载策略的制定。

10、作为本发明进一步改进，所述步骤(1)中，构建的集中式光伏虚拟惯量控制通过锁相环动态特性实现，基于光伏减载运行的虚拟惯量控制模型如下：

11、

12、式中：δpin为集中式光伏虚拟惯量控制提供的有功功率增量；kin为集中式光伏的惯性时间常数；f为系统频率；

13、构建的集中式光伏一次调频控制模拟传统同步机组一次调频特性，采用下垂控制实现，一次调频控制模型如下：

14、δpd＝-kdδf (2)

15、式中：δpd为集中式光伏下垂控制提供的有功功率增量；kd为下垂控制增益；δf为系统频率偏差。

16、作为本发明进一步改进，所述步骤(2)中，提出故障后电网频率跌落至低频减载首轮动作频率定值时的实际功率缺额评估方法如下：

17、首先，设置l个已知功率扰动量大小δpv,l的故障，利用先进继电器获取各故障下的电网惯性中心频率变化率进而计算求得对应于各故障的等效惯性常数he,l，计算公式如下：

18、

19、式中：fn为系统额定频率；

20、接着，计算对应于所有l个故障的等效惯性常数的平均值如下：

21、

22、针对负荷突增故障，利用下式评估电网频率跌落至低频减载首轮动作频率定值时的实际功率缺额δpa,1：

23、

24、针对发电机跳闸故障，利用公式(6)-(7)评估电网频率跌落至低频减载首轮动作频率定值时的实际功率缺额δpa,1：

25、

26、

27、式中：hem为系统等效惯性常数的修正后设定值；ss为系统额定容量；ht和st分别为跳闸的发电机惯性常数和额定容量。

28、作为本发明进一步改进，所述步骤(3)中，提出的低频减载总减载量的计算方法如公式(8)-(9)所示；

29、δfs＝fs-fn    (8)

30、

31、式中：δfs为稳态频率偏差；fs为低频减载动作后系统稳态频率；δpls为低频减载总减载量；kg为同步发电机的单位调节功率；为稳态频率偏差的标幺值；kl为负荷的单位调节功率；pln为系统在额定频率下的总有功负荷；为同步发电机额定功率pgn与系统在额定频率下总有功负荷pln的比值；为系统内集中式光伏额定功率ppv_cen与系统在额定频率下总有功负荷pln的比值。

32、作为本发明进一步改进，所述步骤(4)中，提出考虑分布式光伏并网影响的馈线切负荷效率指标如下：

33、定义可切负荷馈线上的净负荷为pp，如公式(10)所示；

34、pp＝pr-ppv_res-pss   (10)

35、式中：pr为负荷馈线上的实际负荷；ppv_res为分布式光伏有功功率；pss为储能系统向馈线注入的有功功率；

36、定义负荷馈线上的实际负荷pr、分布式光伏有功功率ppv_res以及储能系统向馈线注入的有功功率pss的权重系数分别为α、β和γ，通过公式(11)计算各馈线切负荷效率指标；

37、

38、通过上式计算出所有馈线的切负荷效率指标，按大小依次排序，即可得到负荷馈线切除的先后次序。

39、作为本发明进一步改进，所述步骤(5)中，具体的动态调整方法如下：

40、通过先进继电器获取系统频率跌至第k轮和第k+1轮动作频率定值时的惯性中心频率变化率定义惯性中心频率变化率改善程度系数如公式(12)所示；

41、

42、在已知第k轮的动作延时tk和减载比例ρk的前提下，按公式(13)(14)动态调整第k+1轮动作延时tk+1和减载比例ρk+1；

43、

44、

45、作为本发明进一步改进，所述步骤(5)中，制定低频减载动态实施策略，包含3个步骤；

46、步骤1：设置k＝1，根据公式(4)计算系统等效惯性常数的初始设定值he；

47、步骤2：监测系统频率状态，一旦监测到且f≤fk，根据发生故障的类型，保持系统等效惯性常数的初始设定值he，其中故障为负荷突增，或是计算系统等效惯性常数的修正后设定值hem，其中故障为发电机跳闸，然后，基于he或hem，以及计算系统频率跌落至低频减载首轮动作频率阈值时的实际功率缺额δpa,1，基于δpa,1计算低频减载总减载量δpls；

48、步骤3：按照负荷馈线切除的先后次序，将对应于总减载量的负荷馈线排序，等待指令断开馈线完成减载，当系统频率跌落至第k轮动作频率定值，即f≤fk：若k＝1，则根据首轮减载量和首轮动作延时断开馈线完成减载；若k≥2，则根据公式(13)(14)对该轮的减载量和动作延时进行动态调整后，按照调整后的减载量和动作延时断开馈线完成本轮减载，若减载后且f≤fk+1，显然当前已执行的减载量仍不足以阻止频率继续下跌，继而触发第k+1轮的减载，此时更新k＝k+1，并继续按照前述内容完成新一轮的减载，反之，则表明已执行的减载量成功阻止了频率继续下跌，不会再跌落至第k+1轮的动作频率阈值，此时低频减载过程结束。

49、本发明的有益效果有如下几点：

50、本发明解决了大规模集中式和分布式光伏并网后传统低频减载策略不适应的问题，保障了电网在严重故障下的频率稳定。该方法首先，构建集中式光伏参与电网调频的控制模型，包括基于光伏减载运行的虚拟惯量控制模型和一次调频控制模型。其次，提出故障后电网频率跌落至低频减载首轮动作频率定值时的实际功率缺额评估方法，实现对负荷突增和发电机跳闸两种不同类型故障的实际功率缺额评估。接着，提出低频减载总减载量的计算方法，计算过程计及同步发电机一次调频响应、负荷调节效应、集中式光伏的一次调频响应，实现对总减载量的准确获取。然后，提出考虑分布式光伏并网影响的馈线切负荷效率指标，根据该指标的大小排序决定负荷馈线切除的先后次序，将切负荷对电网造成的影响降至最低。最后，制定低频减载动态实施策略，基于系统频率跌至前后两轮动作频率定值时的惯性中心频率变化率改善程度对后一轮减载的动作延时和减载量进行动态调整，实现保障系统频率稳定的同时降低减载代价。本发明提供的一种考虑集中式光伏调频和分布式光伏并网影响的低频减载策略，能够有效保障大规模集中式和分布式光伏并网后电网遭受严重功率缺额故障下的频率稳定性，对大规模光伏接入电网的安全稳定运行具有重要意义。