非電網大擾動條件下的電網頻率靜態特性系數測試方法與流程

本發明涉及電力系統技術領域，特別涉及一種電網頻率靜態特性系數的測試方法。

背景技術：

一次調頻是維持電力系統頻率穩定不可或缺的方式之一。電力系統的規模越大、復雜程度越高，對一次調頻能力的要求就越高。而且近年來風力發電、太陽能發電等新能源發電不斷并入電網，更是需要一次調頻發揮其巨大作用。頻率靜態特性系數β(單位為MW/0.1HZ)的實測值是反映一次調頻特性的重要依據，頻率偏差系數B的取值要盡可能接近頻率靜態特性系數β，頻率偏差系數B是設計事故頻率控制系統和實施頻率控制考核的重要參數，在ACE計算、CPS考核等方面廣泛應用，一般應每年設定一次。因此設計發明一種電網頻率靜態系數的測試方法具有十分重要的意義。

電網的靜態頻率特性是發電機組的靜態特性和負荷靜態特性的共同作用的結果，當電力系統發生擾動時，電網的靜態頻率特性系數β數值上等于系統功率缺額ΔP和系統頻率偏差Δf之比，可以用式(1)表示，

式中f₁表示電網發生擾動后穩定時刻系統頻率，f₀表示電網發生擾動前系統頻率。

國內目前對電網頻率靜態特性系數的實測方法，基本上有兩種，一種是根據電網運行中發生的滿足特定要求的頻率大擾動事件，利用電網對該事件的數據記錄詳細分析擾動前后電網的功率、頻率穩定值，以及事件發生時的電網出力或負載擾動量分析計算電網頻率靜態特性系數。在實際應用中，該方法存在兩個問題，其一，該實測方法對電網頻率擾動過程的特定要求導致該方法的局限性很強。譬如按照國調中心印發的《聯絡線偏差控制技術規范》(試行)中所規定的電網控制區頻率靜態特性系數實測和分析方法，若要進行控制區頻率靜態特性系數的實測，擾動過程應同時具備三個條件：1、全網系統頻率低于49.967Hz，此時啟動對控制區頻率靜態特性系數的實測計算；2、頻率發生較大幅度突變，3秒內頻率變化超過0.033Hz，3秒內聯絡線功率變化大于超過50MW。3、頻率穩定時3秒內頻率變化不超過0.005Hz，3秒內聯絡線功率變化小于超過10MW。同時滿足此三項要求的電網頻率擾動事件，才能應用此方法對頻率下擾過程(僅對頻率下擾過程)進行電網頻率靜態特性系數的實測。而此類電網頻率大擾動過程出現的頻次很低，用該方法實測頻率靜態特性系數只能被動等待該類電網擾動事件的發生，有極大的不確定性。其二，由于電網日常運行中很多并網機組的AGC功能投入，并由調頻廠機組承擔電網的二次調頻任務，所以該方法下很難避免機組二次調頻對電網頻率波動過程的影響，進而嚴重影響對電網頻率靜態特性系數的實測分析精度。

目前對電網頻率靜態特性系數的實測方法第二種方法，是通過人為造成網內機組出力大階躍的試驗手段(若利用負載擾動，則會嚴重影響電力用戶的正常生產、生活，并帶來較大的電量損失)，產生整個電網的頻率大擾動過程，分析計算電網頻率靜態特性系數。該方法下，試驗前一般均要求電網并網機組的自動發電功能(Automatic Generation Control，AGC)退出，以便避免并網機組AGC對電網頻率靜特性的影響。試驗一般選取電網內1～2臺單機容量最大的水電機組，通過機組突甩負荷實現電網頻率擾動。該方法避免了并網機組AGC以及其他二次調頻過程的影響，而且試驗前通過人為控制，電網頻率擾動過程也可嚴格滿足特定要求。但由于是全網的頻率大擾動試驗，而且機組出力大階躍帶來電網頻率擾動過程產生的頻率極值偏差大，試驗風險的可控性差。試驗涉及網、省公司各級電力調度部門、并網發電廠，并且需要調度、方式、自動化、通訊、電站運行、維護、試驗等各專業的配合，試驗的組織實施、風險控制、安全措施的落實都極具難度，耗時耗力。

此外，兩種方法均是通過擾動前后的兩個電網穩態工況點來分析電網的靜態頻率特性，很難準確分析電網在某一運行方式下整個運行頻率段的靜態頻率全特性。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種非電網大擾動條件下的電網頻率靜態特性系數測試方法，以解決目前電網頻率靜態特性系數測試方法或者局限性、不確定性很強，易受二次調頻影響，或者試驗難度和安全風險大的問題。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

非電網大擾動條件下的電網頻率靜態特性系數測試方法，包括以下步驟：

1)、測試前人為退出電網并網機組的AGC及其他二次調頻調節操作；

2)、選擇電網中的一臺或幾臺機組作為電網功率擾動的試驗機組，進行所測同步電網的頻率、總出力、聯絡線功率的測試；然后在電網發電出力和負載穩定時段，逐步增減試驗機組出力，每次增減出力后，穩定一段時間，以便電網通過調節形成新的穩態頻率；

3)、試驗結束后，分析試驗過程中電網各個穩點運行工況點總出力與穩定頻率，繪制電網總出力與電網穩態頻率的關系圖，進一步通過數據擬合，得到電網在不同頻率段內的頻率靜態特性關系曲線；該關系曲線的斜率為實測的電網頻率靜態特性系數，單位歸化為MW/0.1Hz。

進一步的，步驟2)中試驗機組的出力變化以為單方向增加或減少，直至達到試驗預設的電網頻率最大值或最小值。

進一步的，步驟2)中試驗機組每次出力的增/減量，在最小值ΔP_min和最大值ΔP_max之間選定；最小值ΔP_min以所造成電網頻率的穩態變化量能夠精確測量的下限為準；最大值ΔP_max以所造成的電網擾動安全可控為準。最大值ΔP_max兼顧考慮步驟3)中試驗過程所得到電網穩點運行工況點的個數。

進一步的，步驟2)中試驗機組每次出力增減量，以所造成電網頻率的穩態變化量可以精確測量為宜，譬如：0.01Hz。

進一步的，穩定一段時間為15～25秒。

進一步的，試驗機組的可調節出力占電網總負荷的1％以上。

相對于現有技術，本發明具有以下有益效果：

(1)本測試方法采用可控的斜坡出力擾動或多次逐步增減出力的方法作為激勵，使得電網由某一穩態運行頻率逐步過渡到另一個穩態運行頻率。進而實測電網各穩態運行工況下功率與頻率的對應關系，分析計算電網頻率靜態特性系數。試驗過程電網頻率的可控性強，可以人為控制電網頻率的漸變過程，避免電網頻率大的突變過程，試驗安全風險小，便于組織實施。

(2)試驗選擇電網發電出力和負載較穩定的時段進行，以避免電網運行方式改變或負載擾動帶來的影響；試驗前可人為退出全網的AGC及其他二次調頻調節操作，確保試驗過程不受電網二次調頻的影響。確保該測試方法下，電網頻率靜態特性系數的測試精度。

(3)在一定的電網穩定負載水平下，通過人為改變電網運行方式，可以實測同一電網負載水平，不同電網運行方式下的電網頻率靜態特性系數。也可以在同一電網運行方式下(同一并網機組開機方式)實測不同電網負載水平(譬如晚高峰、深夜低谷負荷等不同工況)的電網頻率靜態特性系數。與目前其他方法相比，該方法的使用更為靈活、適用性強。

(4)該測試方法下，采用多次逐步增減機組出力的方法作為激勵，可以人為造成電網的多個穩態運行工況點。一方面，通過多個穩態運行工況點的測試、曲線擬合，使得實測結果更加準確。另一方面，可以實測更大電網頻率范圍內的電網頻率靜態特性系數，并可通過一次試驗進行電網頻率運行范圍內(包括機組一次調頻死區內)的頻率靜態全特性分析。該測試方法下，可以減小測試的系統誤差，也可以使得對電網頻率靜特性的研究更為全面、深入。

附圖說明

圖1為2016年西北電網四次功率大階躍擾動試驗頻率波動過程。

圖2為逐步增減機組出力時的電網頻率變化過程。

圖3a為實測電網頻率與功率變化靜態曲線。

圖3b為實測電網頻率與功率變化靜態曲線。

圖4為降出力方向數據擬合曲線。

圖5為升出力方向數據擬合曲線。

圖6為西北電網頻率靜態特性示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作詳盡的說明。

圖1為國內目前電網頻率靜態特性系數的測試方法，激勵采用拉西瓦水電廠機增減出力進行四次試驗，頻率在擾動前后出現明顯的穩定值，但是現在這種方法出現較大的頻率極值，試驗過程風險較大，且未涉及電網在機組一次調頻死區內的頻率靜態特性，僅用大擾動前后的兩個穩態工況點，計算β值，試驗系統誤差較大。

本發明一種非電網大擾動條件下的電網頻率靜態特性系數測試方法，具體包括：

本發明采用可控的斜坡出力擾動和定步長逐步增減出力的方法作為激勵，下面結合附圖詳細介紹：

1)、試驗選擇電網發電出力和負載較穩定的時段進行；試驗前人為退出電網并網機組的AGC及其他二次調頻調節操作，確保試驗過程不受電網二次調頻的影響。

2)、選擇電網中可調節出力較大的一臺或幾臺機組作為電網功率擾動的試驗機組(試驗機組的可調節出力應占電網總負荷的1％以上)。做好所測同步電網的頻率、總出力、聯絡線功率等相關物理量的測試工作。逐步增減試驗機組出力，每次增減出力(出力增減量在電網一次調頻死區內外應有明顯不同，以能改變電網頻率0.01Hz左右為宜)后，穩定15～25秒，以便電網通過調節形成新的穩態頻率。注意試驗機組的出力變化以單方向增加或減少為宜，避免試驗過程中機組出力的反復調整，直至達到試驗預設的電網頻率最大值或最小值。

3)、試驗結束后，詳細分析試驗過程中電網各個穩點運行工況點總出力與穩定頻率，繪制電網總出力與電網穩態頻率的關系圖，進一步通過數據擬合，得到電網在不同頻率段內的頻率靜態特性關系曲線。該關系曲線的斜率即為實測的電網頻率靜態特性系數(單位歸化為MW/0.1Hz)。

利用拉西瓦水電廠機組定步長逐步增減出力的方法，測定西北電網在多個穩定工況點頻率與功率的關系，再通過數據擬合，分段測定電網的頻率靜態特性系數。如圖2為試驗過程中機組功率和電網頻率的變化過程。

圖3a和圖3b是利用拉西瓦水電廠機組定步長逐步增減出力的方法，用四次測試所測得各穩態點擬合的曲線，可以看出電網頻率在50±0.035Hz范圍內和之外，電網頻率靜態特性有著明顯差別。在50±0.035Hz范圍內，頻率靜態特性系數在-300MW/0.1Hz左右；在50±0.035Hz范圍以外，頻率靜態特性系數在-3000MW/0.1Hz以上。

進一步分析整理調節過程中各穩態點的電網頻率和機組功率數據，如圖4和圖5，擬合功率與電網頻率關系曲線，測得電網頻率在50±0.035Hz范圍之外的頻率靜態特性系數在升、降出力方向分別為-3125MW/0.1Hz和-3100MW/0.1Hz。

依據上述西北電網各控制區、各省電網頻率靜態特性的測試分析結果，繪制西北電網頻率靜態特性示意圖如圖6，橫坐標為電網頻率(單位Hz)，縱坐標為電網功率不平衡量(正數為發電出力缺額，負數為負載損失)。實線部分為本次試驗實際測試結果，直線斜率為-3100MW/0.1Hz(實際測得西北電網頻率靜態特性系數β為3100～3600MW/0.1Hz)。中間虛線部分為并網機組一次調頻死區的影響，實測分析頻率死區內(50±0.035Hz)的頻率靜態特性系數β為300MW/0.1Hz左右，兩頭的虛線部分為并網火電機組一次調頻限幅的影響。

電網內并網機組AGC退出，通過機組定步長逐步增、減出力，實測各調節穩定工況點的電網頻率和功率變化，可以分頻率段實測電網的頻率靜態特性系數。該方法與電網功率大階躍試驗相比，試驗風險和測試系統誤差都相對小。