一种自适应频率紧急控制方法及系统与流程

1.本发明涉及一种频率紧急控制方法及系统，尤其是自适应频率紧急控制方法及系统。


背景技术：

2.在我国2030年前碳达峰、2060年前碳中和目标下，能源系统低碳清洁转型，新能源快速发展，电源结构深度调整，电力系统正逐步从常规电源主导向风、光等新能源主导的形态转型。新能源的大量接入以及直流输电的大规模发展，未来越来越多的电力系统将逐渐演变为新能源和直流高渗透的低惯量电力系统。系统的调频能力下降、系统转动惯量降低、有功波动冲击增大，频率问题重新凸显。
3.传统的频率紧急控制系统采用“离线决策，实时匹配”的方式，基于故障事件触发，控制量为基于离线时域仿真的保守控制策略。由于新能源机组的涉网保护性能较差，发生交直流故障后容易导致新能源大规模低穿和脱网，导致故障事件发生后系统功率不平衡量不确定性增加。现有的第二道防线均进行一次紧急控制，但故障事件后的不平衡功率发生变化的可能性影响基于离线保守方式制定的频率紧急控制策略有效性，给电网的暂态频率安全带来风险。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种自适应进行多轮次频率紧急控制的方法和系统。
5.技术方案：本发明所述的自适应频率紧急控制方法，包括如下步骤：
6.将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型；
7.故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数；
8.通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件，实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值。
9.进一步地，所述故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数包括：
10.根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的加权欧式距离，选择加权欧氏距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数。
11.进一步地，所述将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型包括：
12.根据新能源发电功率超短期预测及误差概率分布，采用拉丁超立方体抽样法得到n个新能源出力方式
13.进一步地，所述进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定
阈值包括：
14.根据受扰初期100ms内发电机端pmu量测数据计算系统惯量中心频率变化率，估算事件后系统功率不平衡量δp，每轮次的频率紧急控制的控制量为δp'。
15.进一步地，所述通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件包括：
16.根据所述最接近sfr模型计算故障事件引起的频率变化量的变化曲线δfa(t)，当δfa(t)
max
大于设备的频率极值偏差阀值时则启动频率紧急控制。
17.进一步地，所述实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值包括：
18.根据所述故障事件引起的频率变化量的变化曲线以及频率紧急控制因其的频率变化量，计算实施频率紧急控制后的频率响应曲线，若所述实施频率紧急控制后的频率响应曲线中的频率极值超出所述指定阈值则执行下一轮频率紧急控制，直至所述频率极值不大于所述指定阈值。
19.进一步地，所述用于表征所述新能源出力方式的数据包括系统惯量水平、系统备用容量、水火电常规机组出力、风光新能源机组出力和负荷水平。
20.本发明所述的自适应频率紧急控制系统，包括：
21.sfr模型建立模块，用于将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型；
22.新能源出力方式匹配模块，用于在故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数；
23.自适应频率紧急控制模块，用于通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件，实时检测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值。
24.本发明所述的电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的自适应频率紧急控制方法。
25.本发明所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的自适应频率紧急控制方法。
26.有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：在故障事件发生时，融合事件和响应的紧急控制启动条件，监测发电机端pum量测数据估算功率不平衡量，应对新能源高占比电力系统故障后大量新能源进入低穿或者脱网导致故障后功率损失量难以事前确定，实现了实时监测频率响应变化率轨迹进行多轮次、自适应的频率紧急控制方法。
附图说明
27.图1为本发明的自适应频率紧急控制方法流程图。
28.图2为本发明实施例中自适应频率紧急控制架构图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
30.如图1所示，所述自适应频率紧急控制方法，包括如下步骤：
31.步骤1，考虑新能源发电功率预测及误差，生成未来δt时段不同新能源总占比的运行方式数据，根据机电仿真软件生成故障后频率响应曲线，基于频率响应曲线辨识系统频率响应sfr模型参数，具体过程如下：
32.1-1)输入电网未来δt时段的常规机组发电计划、负荷预测数据和新能源发电功率预测数据；
33.1-2)根据新能源发电功率超短期预测及误差概率分布，包括误差概率分布的均值、方差等参数值，采用拉丁超立方体抽样法抽样新能源出力方式，获取考虑新能源出力不确定性的n个不同方式；
34.1-3)通过调整常规机组出力保持系统的发电负荷有功功率平衡，形成n个方式数据，电压水平调节至0.97p.u左右的较低水平。
35.1-4)将n个不同方式进行方式聚类，采用k-means聚类算法将方式聚成k类，分别为c1、c2、c3、
…
、ck。
36.方式的系统特征变量数据采用系统惯量水平、系统备用容量、水火电常规机组出力、风光新能源机组出力、负荷水平来表征；
37.方式的相似性则通过与聚类中心的加权欧式距离来衡量，第i个方式距离第j个方式之间的加权欧式距离为：
[0038][0039]
其中xi为第i个方式，xj为第j个方式，n为方式特征变量的个数，λn为第n个特征变量的权重，x
ni
为第i个方式在第n个特征变量的值，x
nj
为第j个方式在第n个特征变量的值。
[0040]
1-5)针对在线生成的k个聚类中心方式数据，机电仿真软件设置故障，开展计算后统计故障后的系统功率不平衡量，获得故障后系统频率响应曲线。
[0041]
1-6)功率不平衡量、频率响应曲线分别作为系统频率响应sfr模型的输入和输出，基于最小二乘法进行参数辨识，得到k套系统频率响应sfr模型参数。
[0042][0043]
δf为频率变化量；δpd为扰动功率；tj为系统的等值惯性时间常数；d
∑
为包含发电机阻尼和负荷频率系数的系统阻尼。
[0044]
步骤2，故障事件发生后，受扰初期100ms内发电机端pmu量测数据计算系统惯量中心频率变化率，估算事件后系统功率不平衡量；根据实时方式下惯量水平、备用容量、水火电常规机组出力、风光新能源机组出力、负荷水平，匹配在线阶段辨识的最接近方式下的系统频率响应sfr模型参数；通过sfr模型快速预测频率响应曲线，以频率极值是否超出指定阀值作为频率紧急控制的触发条件，具体过程如下：
[0045]
2-1)受扰初期100ms内发电机端pmu量测数据计算系统惯量中心频率变化率，计算公式如下：
[0046][0047]
2-2)根据系统惯量水平、惯量中心频率变化率估算故障事件后系统功率不平衡量，计算公式如下：
[0048][0049]
系统总不平衡功率通过所有机组承担的不平衡功率，计算公式如下：
[0050][0051]
2-3)根据实时方式下惯量水平、备用容量、水火电常规机组出力、风光新能源机组出力、负荷水平，计算与k个聚类中心方式的加权欧式距离，通过距离最近来匹配在线阶段辨识的最接近方式下的系统频率响应sfr模型参数；
[0052][0053]
2-4)通过sfr模型时域解析公式快速预测频率响应曲线，以频率极值是否超出指定阀值作为频率紧急控制的触发条件，故障事件引起的频率变化量δfa(t)的变化曲线如下式所示，当δfa(t)
max
大于设备的频率极值偏差阀值则启动频率紧急控制；
[0054][0055]
步骤3，频率紧急控制量为采取紧急控制后sfr模型快速预测频率响应曲线的极值恢复到阀值范围内；实时检测频率变化率轨迹，基于系统频率响应sfr模型快速预测频率极值，进行多轮次频率紧急控制，具体过程如下：
[0056]
3-1)频率紧急控制量为采取紧急控制后sfr模型快速预测频率响应曲线的极值恢复到阀值范围内；设置频率紧急控制策略在τ0时刻下发，控制量为δp'，则紧急控制引起的频率变化量δfb(t-τ0)如下式所示：
[0057][0058]
计算实施紧急控制后的频率响应曲线如下式所示：
[0059]
fc(t)＝f0+δfa(t)+δfb(t-τ0)
[0060]
紧急控制量为实施紧急控制后的频率响应曲线fc(t)的频率极值在设定的阀值范围内。
[0061]
3-2)实时监测频率变化率轨迹，在频率降低期间内，ti时间间隔后δt内频率变化率轨迹，基于系统频率响应sfr模型快速预测频率极值及形成控制量，进行多轮次频率紧急控制。
[0062]
上述方法主要实施在图2的紧急控制系统中，具体实施在紧急控制主站中，在紧急
控制系统中，故障监测子站、系统惯量监测子站、直流执行子站、切机切负荷执行站、抽蓄切泵执行站、储能调节执行站和在pmu量测数据系统接入紧急控制主站，即以紧急控制主站为中枢。
[0063]
紧急控制主站接收故障信息监测子站上送的故障事件信号，获取系统惯量信息、各直流运行信息、机组和抽蓄运行信息、可控负荷信息、储能运行信息。系统频率响应sfr模型快速预测频率极值，频率极值超出给定阀值作为频率紧急控制的启动信号。
[0064]
直流执行站、切机切负荷执行站、抽蓄切泵执行站将运行信息上送给紧急控制主站，紧急控制主站根据控制策略下发控制指令给直流执行站、切机切负荷执行站、抽蓄切泵执行站。紧急控制主站根据各类执行站运行信息的当前可控资源，对控制资源的优先级进行排序，各执行站分摊控制策略的控制量。
[0065]
本发明所述的自适应频率紧急控制系统，包括：
[0066]
sfr模型建立模块，用于将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型；
[0067]
新能源出力方式匹配模块，用于在故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数；
[0068]
自适应频率紧急控制模块，用于通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件，实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值。
[0069]
本发明所述的电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的自适应频率紧急控制方法。
[0070]
本发明所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的自适应频率紧急控制方法。
[0071]
所述计算机可读存储媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置、快闪存储器或可用来存储指令或数据结构的形式的所要程序代码并且可由计算机存取的任何其它媒体。
[0072]
处理器用于执行存储器存储的计算机程序，以实现上述实施例涉及的方法中的各个步骤。

技术特征：
1.一种自适应频率紧急控制方法，其特征在于，包括如下步骤：将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型；故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数；通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件，实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值。2.根据权利要求1所述的自适应频率紧急控制方法，其特征在于，所述故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数包括：根据实时新能源出力方式计算与所述k类新能源出力方式的加权欧式距离，选择加权欧氏距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数。3.根据权利要求1所述的自适应频率紧急控制方法，其特征在于，所述将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型包括：根据新能源发电功率超短期预测及误差概率分布，采用拉丁超立方体抽样法得到n个新能源出力方式。4.根据权利要求1所述的自适应频率紧急控制方法，其特征在于，所述进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值包括：根据受扰初期100ms内发电机端pmu量测数据计算系统惯量中心频率变化率，估算事件后系统功率不平衡量δp，每轮次的频率紧急控制的控制量为δp'。5.根据权利要求1所述的自适应频率紧急控制方法，其特征在于，所述通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件包括：根据所述最接近sfr模型计算故障事件引起的频率变化量的变化曲线δf
a
(t)，当δf
a
(t)
max
大于设备的频率极值偏差阀值时则启动频率紧急控制。6.根据权利要求5所述的自适应频率紧急控制方法，其特征在于，所述实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值包括：根据所述故障事件引起的频率变化量的变化曲线以及频率紧急控制因其的频率变化量，计算实施频率紧急控制后的频率响应曲线，若所述实施频率紧急控制后的频率响应曲线中的频率极值超出所述指定阈值则执行下一轮频率紧急控制，直至所述频率极值不大于所述指定阈值。7.根据权利要求1所述的自适应频率紧急控制方法，其特征在于，所述用于表征所述新能源出力方式的数据包括系统惯量水平、系统备用容量、水火电常规机组出力、风光新能源机组出力和负荷水平。8.一种自适应频率紧急控制系统，其特征在于，包括：sfr模型建立模块，用于将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个sfr模型；新能源出力方式匹配模块，用于在故障事件发生后根据实时新能源出力方式计算与所
述k类新能源出力方式的距离，选择距离最小的新能源出力方式得到最接近sfr模型的参数；自适应频率紧急控制模块，用于通过所述最接近sfr模型的参数预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件，实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值。9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-7任一项所述的自适应频率紧急控制方法。10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-7任一项所述的自适应频率紧急控制方法。

技术总结
本发明公开了一种自适应频率紧急控制方法及系统，该方法将n个新能源出力方式进行聚类得到k类新能源出力方式，分别建立k个SFR模型；故障事件发生后根据实时新能源出力方式选择与所述k类新能源出力方式的距离最小的新能源出力方式得到最接近SFR模型的参数，预测频率响应曲线，将频率极值是否超出指定阈值作为频率紧急控制的触发条件，实时检测频率轨迹预测频率极值，进行至少一轮次频率紧急控制直至所述频率极值不大于所述指定阈值；本发明应对新能源高占比电力系统故障后大量新能源进入低穿或者脱网导致故障后功率损失量难以事前确定的问题，通过实时检测频率响应变化率轨迹进行多轮次、自适应的频率紧急控制。自适应的频率紧急控制。自适应的频率紧急控制。


技术研发人员：石渠 郄朝辉 吕亚洲 李兆伟 刘福锁 李威 赖业宁 薛峰 赵丽莉 常海军 聂陆燕 黄慧 王玉 王超 吴雪莲
受保护的技术使用者：国电南瑞科技股份有限公司 南瑞集团有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/10/7