本發(fā)明涉及電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種適用于電網(wǎng)調(diào)度控制中心進(jìn)行頻率穩(wěn)定分析及事故預(yù)案制定的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真方法。

背景技術(shù)：

隨著交直流混聯(lián)電網(wǎng)中直流受電比重不斷提高，區(qū)外直流取代了大量本地常規(guī)機(jī)組，導(dǎo)致全網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小，在實(shí)際運(yùn)行中也不參與電網(wǎng)調(diào)頻。當(dāng)發(fā)生直流閉鎖事故后，電網(wǎng)頻率穩(wěn)定存在嚴(yán)重安全隱患，2015～2016年，華東電網(wǎng)已發(fā)生多起特高壓直流閉鎖事故，電網(wǎng)最低頻率跌至49.56Hz。若直流閉鎖功率進(jìn)一步增大，嚴(yán)重情況下可能造成電網(wǎng)頻率崩潰，損失大量負(fù)荷造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。因此，電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真分析顯得至關(guān)重要。

在以往的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真中，通常采用典型參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)值分析方法。文獻(xiàn)一《龍政直流雙極閉鎖事故華東電網(wǎng)頻率特性分析》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006年第30卷第22期第101頁(yè))研究表明：影響系統(tǒng)頻率分析的主要參數(shù)為發(fā)電機(jī)調(diào)速器參數(shù)和負(fù)荷模型參數(shù)，在仿真中兩者均采用典型參數(shù)。文獻(xiàn)二《華東電網(wǎng)因直流故障的頻率事故分析》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006年第30卷第12期第102頁(yè))和文獻(xiàn)三《淮滬特高壓交流輸電示范工程投產(chǎn)后華東電網(wǎng)頻率仿真研究》(華東電力，2014年第42卷第12期第2764頁(yè))均采用了一種控制調(diào)速器比例的頻率仿真方法，調(diào)速器投入比取經(jīng)驗(yàn)值50％；但是上述方法僅建立在以往仿真經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，且僅均未考慮進(jìn)行負(fù)荷側(cè)參數(shù)修正。文獻(xiàn)四《±500kV林楓直流雙極閉鎖故障案例仿真分析》(電網(wǎng)技術(shù)，2014年第30卷第4期第877頁(yè))在實(shí)際事故后仿真分析中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的調(diào)速器及負(fù)荷模型參數(shù)用于電網(wǎng)穩(wěn)定分析尚存在不足。

隨著電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化及新設(shè)備新技術(shù)的投運(yùn)，電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定特性已發(fā)生變化，以往的典型參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)值已無(wú)法滿足當(dāng)前電網(wǎng)仿真需求。且近年來(lái)直流閉鎖事故已發(fā)生多起，對(duì)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定造成巨大沖擊。為此，急需一種可靠的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真方法，以便準(zhǔn)確分析電網(wǎng)的實(shí)際頻率穩(wěn)定特征，制定切實(shí)有效的緊急控制措施，維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于擺脫原有仿真方法對(duì)經(jīng)驗(yàn)值的依賴，提供一種基于事故后實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的頻率穩(wěn)定仿真方法，其能夠準(zhǔn)確模擬實(shí)際電網(wǎng)的一次調(diào)頻能力和負(fù)荷頻率特性，以進(jìn)一步提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真的準(zhǔn)確性。

為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：一種基于一次調(diào)頻限制的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真方法，其包括以下步驟：

步驟1，還原實(shí)際電網(wǎng)特高壓直流閉鎖事故時(shí)的開(kāi)機(jī)方式及負(fù)荷；

步驟2，建立理想并網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器模型，調(diào)整機(jī)組調(diào)速器的一次調(diào)頻上限來(lái)模擬全網(wǎng)總體一次調(diào)頻能力；

步驟3，修正負(fù)荷有功頻率響應(yīng)因子，使仿真頻率與事故后實(shí)際頻率偏差最小，最終得到符合實(shí)際電網(wǎng)一次調(diào)頻及負(fù)荷響應(yīng)特性的頻率穩(wěn)定仿真參數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟1的具體方法如下：首先，采用電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件，搭建與實(shí)際電網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相同的模擬電網(wǎng)，線路參數(shù)均采用實(shí)測(cè)值；然后，根據(jù)特高壓直流閉鎖事故發(fā)生前的開(kāi)機(jī)方式及負(fù)荷水平，設(shè)置暫態(tài)仿真軟件中全網(wǎng)發(fā)電機(jī)的開(kāi)機(jī)情況及各個(gè)變電站的有功和無(wú)功數(shù)值，使得暫態(tài)仿真軟件中的模擬電網(wǎng)與事故前實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀況基本一致，然后轉(zhuǎn)到步驟2。

進(jìn)一步地，步驟2的具體方法如下：

步驟201：建立理想并網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器模型，

首先，在步驟1得到的模擬電網(wǎng)中建立理想并網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器模型，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)置并網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器的一次調(diào)頻出力上限為6％，發(fā)電機(jī)調(diào)速器其他參數(shù)采用典型值：調(diào)差系數(shù)為6％，死區(qū)為±0.0325赫茲，一次調(diào)頻控制方式為開(kāi)環(huán)控制；

步驟202：計(jì)算特高壓直流閉鎖事故后實(shí)際一次調(diào)頻出力，

根據(jù)電網(wǎng)采樣裝置得到特高壓直流閉鎖事故后實(shí)測(cè)頻率序列：

f(t₀),f(t₀+T)…f(t₀+kT)

其中，t₀為事故發(fā)生時(shí)刻，T為采樣時(shí)間間隔，k為采樣點(diǎn)總個(gè)數(shù)，f(t₀)為t₀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電網(wǎng)實(shí)測(cè)頻率；

取實(shí)測(cè)頻率序列的最小值，得到電網(wǎng)頻率最小值時(shí)刻t_min，全網(wǎng)發(fā)電機(jī)總臺(tái)數(shù)為n，則計(jì)算得到電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)時(shí)，全網(wǎng)發(fā)電機(jī)實(shí)際一次調(diào)頻總出力P_sum：

P_sum＝P₁(t_min)+P₂(t_min)+…+P_n(t_min)-P₁(t₀)-P₂(t₀)-…-P_n(t₀)

式中，P_n(t_min)為n號(hào)機(jī)組在電網(wǎng)頻率最小值時(shí)刻的實(shí)際有功功率，P_n(t₀)為n號(hào)機(jī)組在事故發(fā)生時(shí)刻的實(shí)際有功功率；

步驟203：修正調(diào)速器一次調(diào)頻出力上限，

采用包含調(diào)速器模型的模擬電網(wǎng)，開(kāi)展特高壓直流閉鎖事故仿真，輸出全網(wǎng)發(fā)電機(jī)的模擬有功功率，得到電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)時(shí)，模擬一次調(diào)頻總出力P′_sum：

P′_sum＝P′₁(t_min)+P′₂(t_min)+…+P′_n(t_min)-P′₁(t₀)-P′₂(t₀)-…-P′_n(t₀)

式中，P′_n(t_min)為n號(hào)機(jī)組在電網(wǎng)頻率最小值時(shí)刻的模擬有功功率，P′_n(t₀)為n號(hào)機(jī)組在事故發(fā)生時(shí)刻的模擬有功功率；

計(jì)算模擬一次調(diào)頻總出力P′_sum與實(shí)際一次調(diào)頻總出力P_sum的有功偏差ε：

ε＝P′_sum-P_sum

若有功偏差ε大于1，則減小全網(wǎng)調(diào)速器的一次調(diào)頻出力上限0.1％，并重復(fù)步驟203；若有功偏差ε小于-1，則增大全網(wǎng)調(diào)速器的一次調(diào)頻出力上限0.1％，并重復(fù)步驟203，直至有功偏差ε絕對(duì)值小于1，則認(rèn)為模擬一次調(diào)頻總出力與實(shí)際一次調(diào)頻總出力一致，轉(zhuǎn)至步驟3。

進(jìn)一步地，步驟3的具體方法如下：

步驟301：建立負(fù)荷模型典型參數(shù)，

在步驟2得到的模擬電網(wǎng)中，建立負(fù)荷頻率響應(yīng)模型，采用如下的典型模型參數(shù)：負(fù)荷特性按40％恒阻抗與60％恒功率共同構(gòu)成，有功負(fù)荷頻率響應(yīng)因子取2.1；

步驟302：修正負(fù)荷有功頻率響應(yīng)因子，

在步驟301得到的模擬電網(wǎng)中，開(kāi)展特高壓直流閉鎖事故仿真，輸出電網(wǎng)模擬頻率序列：

f′(t₀),f′(t₀+T)…f′(t₀+kT)

上式中，t₀為事故發(fā)生時(shí)刻，T為采樣時(shí)間間隔，k為采樣點(diǎn)總個(gè)數(shù)，f′(t₀)為t₀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電網(wǎng)模擬頻率；

計(jì)算電網(wǎng)模擬頻率與實(shí)際頻率的整體偏差度Δ：

Δ＝[f′(t₀)-f(t₀)]²+[f′(t₀+T)-f(t₀+T)]²…+[f′(t₀+kT)-f′(t₀+kT)]²

在1.6～2.6取值范圍內(nèi)，改變有功負(fù)荷頻率響應(yīng)因子，重復(fù)步驟302；在所有計(jì)算結(jié)果中取整體偏差度Δ最小值對(duì)應(yīng)的功負(fù)荷頻率響應(yīng)因子，即為符合實(shí)際電網(wǎng)頻率特性的負(fù)荷參數(shù)。

本發(fā)明基于電網(wǎng)直流閉鎖事故實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)限制一次調(diào)頻上限建立調(diào)速器和負(fù)荷模型參數(shù)，不依賴于以往的典型值和經(jīng)驗(yàn)值，更符合當(dāng)前電網(wǎng)實(shí)際一次調(diào)頻能力和負(fù)荷頻率特性。本發(fā)明將提供與實(shí)際交直流混聯(lián)電網(wǎng)頻率特性相符合的仿真計(jì)算模型，能夠解決典型模型及參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確反映一次調(diào)頻及負(fù)荷頻率特性的問(wèn)題，可廣泛應(yīng)用于實(shí)際電網(wǎng)頻率穩(wěn)定仿真分析，并為今后電網(wǎng)事故預(yù)案提供決策依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1是某次特高壓直流閉鎖后機(jī)組調(diào)速器實(shí)際一次調(diào)頻效果圖(圖1a為華東A廠/20kV 4號(hào)機(jī)，圖1b為華東B廠/25kV 3號(hào)機(jī))。

圖2是本發(fā)明的流程示意圖。

圖3是本發(fā)明的方法用于某次特高壓直流閉鎖事故仿真效果圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

電網(wǎng)一次調(diào)頻是指：各機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，受外界負(fù)荷變動(dòng)影響電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，此時(shí)各機(jī)組的調(diào)速器參與調(diào)節(jié)作用，改變機(jī)組有功功率使之與外界負(fù)荷相平衡，同時(shí)盡力減少電網(wǎng)頻率的變化，是維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的重要措施之一。

圖1給出了某次特高壓直流閉鎖后機(jī)組調(diào)速器實(shí)際一次調(diào)頻效果，可以發(fā)現(xiàn)在同一次事故后不同電廠機(jī)組的一次調(diào)頻特性差異極大。此外根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，并網(wǎng)機(jī)組的一次調(diào)頻出力上限為6％，而圖中機(jī)組均未達(dá)到該理論出力。因此，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的調(diào)速器典型參數(shù)模型無(wú)法準(zhǔn)確反應(yīng)機(jī)組的一次調(diào)頻特性，需要通過(guò)限制機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻上限來(lái)模擬全網(wǎng)的一次調(diào)頻特性，才可提高頻率穩(wěn)定仿真的準(zhǔn)確性。

下面根據(jù)圖2的流程示意圖，對(duì)本發(fā)明的具體步驟進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

(1)建立實(shí)際電網(wǎng)特高壓直流閉鎖事故時(shí)的開(kāi)機(jī)方式及負(fù)荷

采用電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件，搭建與實(shí)際電網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相同的模擬電網(wǎng)，線路參數(shù)均采用實(shí)測(cè)值。然后，根據(jù)特高壓直流閉鎖事故發(fā)生前的開(kāi)機(jī)方式及負(fù)荷水平，設(shè)置仿真軟件中全網(wǎng)發(fā)電機(jī)的開(kāi)機(jī)情況及各個(gè)變電站的有功和無(wú)功數(shù)值，使得仿真軟件中的模擬電網(wǎng)與事故前實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行狀況基本一致。

(2)調(diào)整機(jī)組調(diào)速器的一次調(diào)頻上限來(lái)模擬全網(wǎng)總體一次調(diào)頻能力

在模擬電網(wǎng)中建立理想并網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器模型，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)置并網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器的一次調(diào)頻出力上限為6％。發(fā)電機(jī)調(diào)速器其他參數(shù)采用典型值：調(diào)差系數(shù)為6％，死區(qū)為±0.0325赫茲，一次調(diào)頻控制方式為開(kāi)環(huán)控制。

根據(jù)電網(wǎng)采樣裝置得到特高壓直流閉鎖事故后實(shí)測(cè)頻率序列：

f(t₀),f(t₀+T)…f(t₀+kT)

其中，t₀為事故發(fā)生時(shí)刻，T為采樣時(shí)間間隔，k為采樣點(diǎn)總個(gè)數(shù)，f(t₀)為t₀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電網(wǎng)實(shí)測(cè)頻率。

取實(shí)測(cè)頻率序列的最小值，得到電網(wǎng)頻率最小值時(shí)刻t_min。全網(wǎng)發(fā)電機(jī)總臺(tái)數(shù)為n，則可計(jì)算得到電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)時(shí)，全網(wǎng)發(fā)電機(jī)實(shí)際一次調(diào)頻總出力P_sum：

P_sum＝P₁(t_min)+P₂(t_min)+…+P_n(t_min)-P₁(t₀)-P₂(t₀)-…-P_n(t₀)

式中，P_n(t_min)為n號(hào)機(jī)組在電網(wǎng)頻率最小值時(shí)刻的實(shí)際有功功率，P_n(t₀)為n號(hào)機(jī)組在事故發(fā)生時(shí)刻的實(shí)際有功功率。

采用包含調(diào)速器模型的模擬電網(wǎng)，開(kāi)展特高壓直流閉鎖事故仿真，輸出全網(wǎng)發(fā)電機(jī)的模擬有功功率，得到電網(wǎng)頻率最低點(diǎn)時(shí)，模擬一次調(diào)頻總出力P′_sum：

P′_sum＝P′₁(t_min)+P′₂(t_min)+…+P′_n(t_min)-P′₁(t₀)-P′₂(t₀)-…-P′_n(t₀)

式中，P′_n(t_min)為n號(hào)機(jī)組在電網(wǎng)頻率最小值時(shí)刻的模擬有功功率，P′_n(t₀)為n號(hào)機(jī)組在事故發(fā)生時(shí)刻的模擬有功功率。

計(jì)算模擬一次調(diào)頻總出力P′_sum與實(shí)際一次調(diào)頻總出力P_sum的有功偏差ε：

ε＝P′_sum-P_sum

若有功偏差ε大于1，則減小全網(wǎng)調(diào)速器的一次調(diào)頻出力上限0.1％，重新計(jì)算有功偏差；若有功偏差ε小于-1，則增大全網(wǎng)調(diào)速器的一次調(diào)頻出力上限0.1％，重新計(jì)算有功偏差。直至有功偏差ε絕對(duì)值小于1，則認(rèn)為模擬一次調(diào)頻總出力與實(shí)際一次調(diào)頻總出力一致。

(3)修正負(fù)荷有功頻率響應(yīng)因子使仿真頻率與事故后實(shí)際頻率偏差最小

建立負(fù)荷頻率響應(yīng)模型，采用華東電網(wǎng)日常仿真中的典型模型參數(shù)：負(fù)荷特性按40％恒阻抗與60％恒功率共同構(gòu)成，有功負(fù)荷頻率響應(yīng)因子取2.1。

開(kāi)展特高壓直流閉鎖事故仿真，輸出電網(wǎng)模擬頻率序列：

f′(t₀),f′(t₀+T)…f′(t₀+kT)

上式中，t₀為事故發(fā)生時(shí)刻，T為采樣時(shí)間間隔，k為采樣點(diǎn)總個(gè)數(shù)，f′(t₀)為t₀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電網(wǎng)模擬頻率。

計(jì)算電網(wǎng)模擬頻率與實(shí)際頻率的整體偏差度Δ：

Δ＝[f′(t₀)-f(t₀)]²+[f′(t₀+T)-f(t₀+T)]²…+[f′(t₀+kT)-f′(t₀+kT)]²

優(yōu)先地在1.6～2.6范圍內(nèi)，改變有功負(fù)荷頻率響應(yīng)因子，重復(fù)計(jì)算整體偏差度。在所有計(jì)算結(jié)果中取整體偏差度Δ最小值對(duì)應(yīng)的功負(fù)荷頻率響應(yīng)因子，即為符合實(shí)際電網(wǎng)頻率特性的負(fù)荷參數(shù)。

綜上所述，即可得到符合實(shí)際電網(wǎng)一次調(diào)頻及負(fù)荷響應(yīng)特性的頻率穩(wěn)定仿真參數(shù)。

為了測(cè)試本發(fā)明所提方法的有效性，應(yīng)用本發(fā)明的方法對(duì)某次特高壓直流閉鎖事故進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

首先，搭建某次特高壓直流閉鎖事故所對(duì)應(yīng)的模擬電網(wǎng)。準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)事故前電網(wǎng)的開(kāi)機(jī)方式和負(fù)荷水平。并通過(guò)事故后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得到全網(wǎng)一次調(diào)頻實(shí)際出力為1850兆瓦。

然后建立一次調(diào)頻模型，通過(guò)模擬電網(wǎng)計(jì)算全網(wǎng)一次調(diào)頻模擬出力，當(dāng)模擬出力與實(shí)際出力的誤差絕對(duì)值超過(guò)1兆瓦時(shí)，修正全網(wǎng)機(jī)組調(diào)速器的一次調(diào)頻上限。最終得到：當(dāng)一次調(diào)頻上限為2.2％時(shí)，模擬一次調(diào)頻出力為1850.4兆瓦。

接著建立負(fù)荷頻率響應(yīng)模型，開(kāi)展特高壓直流閉鎖事故頻率仿真，修正負(fù)荷有功頻率響應(yīng)因子，計(jì)算不同負(fù)荷頻率特性下的模擬頻率。最終得到：當(dāng)負(fù)荷有功頻率響應(yīng)因子為1.9時(shí)，模擬頻率與實(shí)際頻率的整體偏差度最小，為13.4，如圖3所示。

最后，得到符合當(dāng)前電網(wǎng)一次調(diào)頻和負(fù)荷頻率特性的仿真參數(shù)為：一次調(diào)頻上限2.2％，負(fù)荷有功頻率響應(yīng)因子1.9。

本發(fā)明可用于各級(jí)電網(wǎng)的調(diào)度控制中心，提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定分析的準(zhǔn)確性，為制定有效的控制措施提供仿真基礎(chǔ)。