与频率偏移成比例的连续低频减载控制策略研究

摘要

电力系统频率是表征电能质量和电网安全稳定状态的一项关键指标，反映的是有功发电与负荷的平衡情况。低频减载是系统发生有功功率缺额后保证系统安全稳定运行的最后一道防线，需要在系统面临频率崩溃威胁时，及时切除部分负荷，阻断频率的下降过程，并在短时间内可靠地恢复系统频率。近年来，随着大规模新能源发电的接入并网，大量的常规能源被替代，系统的频率调节能力下降。而大规模高压直流输电工程的建设运行，致使系统遭受严重功率不平衡冲击的威胁仍然存在。因此，研究具有更高适应性、可靠性的低频减载方案具有重要意义。
　　随着智能电网的日益发展，以温控负荷、电动汽车储能为代表的可控负荷参与频率调节的条件不断成熟，低频减载过程中，负荷的连续可控切除成为可能。基于此，本文通过对现有的低频减载方案进行研究，提出了与频率偏移成比例的连续低频减载控制策略，设计了切负荷系数KLS的整定算法，并在此基础上，在多机系统中实现了由可控负荷参与的连续低频减载方案。该方案能够在保护范围内，不受系统运行方式的影响，短时间内将系统频率恢复到额定值附近。具体的研究内容及结果如下:
　　(1)针对传统低频减载负荷切除不连续的问题，提出由可控负荷参与的、与频率偏移成比例的连续低频减载策略。
　　在传统方案中，负荷切除的不连续性是导致出现过切、欠切现象的主要原因。为了解决这一问题，在连续可控负荷参与低频减载的条件下，提出了与偏移成比例的连续低频减载策略。通过建立单机连续切负荷模型，发现该策略具有不过切，切负荷总量随扰动大小和KLS的增大而增大的特性。通过研究门槛值、时间延迟以及旋转备用容量限制对低频减载控制性能的影响，以控制策略为基础，在单机系统中建立了完整的连续低频减载模型。
　　(2)为了在保证频率恢复效果的同时缩小停电范围，提出了切负荷系数KLS的优化整定算法，并在多机系统中实现了连续低频减载控制。
　　根据方案的频率控制特性，以满足低频减载设计要求为优化条件，切负荷量最小为目标建立了KLS优化整定模型。通过对优化过程进行计算分析，得出了模型优化结果等于旋转备用为0的情况下发生最大扰动时，恰好满足约束条件的临界KLS取值的结论，并以此简化了整定算法。通过对多机系统的频率时空分布特性进行分析，提出了在多机系统中连续低频减载方案的具体实现方法。
　　(3)利用仿真分析验证方案的适应性能，并通过离散化切除和附加轮分轮次切除两种改进措施，使方案能够在不同的系统中得到应用。
　　以IEEE39节点系统模型为算例，利用电力系统仿真软件对方案进行了大量的仿真分析，结果表明，、方案具有极强的适应性，能够在各种可能的情况下可靠地恢复系统频率。进而，针对不同系统的控制需求，提出了方案的两种改进措施，分别使方案能够应用于可控负荷占比较低的系统以及对稳态频率恢复值要求较低的系统。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 低频减载的研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 基于单机模型的连续低频减载策略

2．1 从离散切除到连续切除

2．1．1 传统低频减载方案特性分析

2．1．2 连续低频减载策略

2．2 考虑连续低频减载的单机频率响应模型

2．2．1 系统频率响应模型

2．2．2 频率响应模型的连续负荷切除环节

2．3 连续低频减载策略控制特性

2．3．1 切负荷量总小于扰动大小

2．3．2 切负荷量与扰动大小成正比

2．3．3 切负荷量与KLS正相关

2．4 计及非线性因素的低频减载控制策略

2．4．1 门槛值与附加轮

2．4．2 切负荷延时

2．4．3 旋转备用容量限制

2．4．4 计及非线性因素的连续低频减载控制模型特性分析

2．5 小结

第3章 连续低频减载方案的整定和实现

3．1．1 优化整定模型

3．1．2 优化整定算法

3．2 基于PSS／E的连续低频减载方案实现

3．2．1 频率的时空分布特性对方案实现的影响

3．2．2 基于可控负荷的连续低频减载实现

3．3 小结

第4章 连续低频减载方案的适应性分析和改进应用

4．1 连续低频减载的适应性分析

4．1．1 不同故障类型对控制效果的影响

4．1．2 负荷水平对控制效果的影响

4．1．3 扰动大小对控制效果的影响

4．1．4 旋转备用容量对控制效果的影响

4．2 连续低频减载方案的改进应用

4．2．1 连续低频减载的离散化实现

4．2．2 附加轮分轮次切除

4．3 小结

第5章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果