專利名稱：一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法
技術領域：
本發明涉及一種電網系統中調節電網頻率的方法，尤其涉及一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法。
背景技術：
目前，隨著建設堅強智能電網的不斷深入，我國電網逐步進入了特高壓投入運行、新能源廣泛接入的新時代。特高壓可以避免遠距離運送燃煤、充分利用南方水電，在全國范圍內實現資源互補。所以特高壓在未來一段時間內可能得到迅速和長足的發展。不過，盡管具有顯著的優點，特高壓的運行也帶來一些問題，有待解決。由于特高壓功率巨大，可能占到省網容量的10%以上。在發生事故特高壓失去的情況下，造成的功率缺額同樣十分巨大。如果按照傳統的N-1法則，就需要和特高壓容量相同甚至更多的火電機組作為旋轉備用，這很不經濟。但是如果沒有足夠的旋轉備用，特高壓線路一旦故障，系統就必須大量低頻減載以維持頻率合格，這會影響數量眾多的最終用戶，造成混亂。此外，還應看到，即使在配備了足夠旋轉備用的情況下，特高壓發生故障也仍然可能導致低頻減載。這是因為旋轉備用機組存在爬坡速率限制，彌補特高壓造成的功率缺額需要一段時間，故障后可能需要幾分鐘才能讓頻率恢復正常水平，在此期間，系統可能仍由于頻率過低而需要低頻減載。在解決功率缺額引起電網頻率波動的問題方面，國內外已經進行過多方面的研究。特別是近年來，風電注入比例逐步增高，為了應對風電出力波動引起的功率波動進行了多方面的研究。例如可以增加儲能裝置(包括超導儲能、壓縮空氣儲能、電池儲能等)，可以給雙饋風力發電機增加調差特性等等。但是這些方法都無法應對特高壓突然故障時引起的大量功率缺額，此時的應對手段還是傳統的低頻減載；再方面，盡管也有一些根據負荷靈敏度進行低頻減載的研究，通過選擇靈敏度高的負荷減載，力圖在減少切除負荷總量的同時獲得更好的效果，但是這種方法所能取得的效果也仍然是有限的。至于調整電壓減少負荷有功消耗的方法，按照目前掌握的資料來看，國內外的調度單位都偶有使用，例如國內調度單位有時會有意的降低電壓來減少負荷的有功消耗，力口拿大安大略省也允許在備用不足時將電壓降低2. 5%-5%，但是這些做法都是偶然使用的輔助措施，并沒有對之進行過詳盡和深入的研究。這可能是因為長期以來，人們一直認為有功和頻率相關，無功和電壓相關，在穩態運行時，電壓和有功的聯系還很少被利用。不過，在暫態穩定研究中，電壓和功率的關系還被廣泛應用的。例如，在事故后的暫態過程中，維持機端電壓可以改善穩定性就是因為機端電壓更高意味著送出功率更多，所以可以減少加速面積。PSS (電力系統穩定器)也是通過調整機端電壓來改變發電機送出的功率，以此來提供阻尼。這都表明有功和電壓間的關系可以被利用來維持系統穩定。其實，這種關系也完全可以在穩態時加以利用
發明內容
本發明的目的是提供一種調整電壓輔助調節電網頻率的方法，能夠在減少旋轉備用的同時，將系統頻率盡快恢復到較高的水平。本發明采用下述技術方案一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法，在發電機勵磁控制器中增加調壓輔助調頻環節，頻率偏差信號不僅通過勵磁控制器中的PSS環節輸入到加法器，所述的頻率偏差信號還同時輸入到調壓輔助調頻環節中，調壓輔助調頻環節的輸出電壓信號也輸入到加法器，所述的加法器的輸出信號影響發電機的勵磁電壓，從而調節電網頻率。所述的調壓輔助調頻環節為慣性環節。本發明為了解決上述問題，提出了一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法，此方法可以與一次調頻和AGC (自動發電量控制AGC (Automatic Generation Control),是能量管理系統EMS中的一項重要功能，它控制著調頻機組的出力，以滿足不斷變化的用戶電力需求，并使系統處于經濟的運行狀態)共同作用，在減少旋轉備用的同時，將系統頻率盡快恢復到較高的水平；除此之外，本發明所述的調壓輔助調頻方法還具有響應迅速的 優點。
圖1為包含PSS的勵磁系統結構 圖2為增加調壓輔助調頻環節的勵磁系統結構 圖3為本方法與其他方法比較的仿真圖。
具體實施例方式如圖2所示，本發明一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法，在發電機勵磁控制器中增加調壓輔助調頻環節(FRVC)，頻率偏差信號Δ 除了通過PSS環節輸入到加法器影響勵磁電壓外，所述的頻率偏差信號還同時輸入到調壓輔助調頻環節中，調壓輔助調頻環節的輸出信號也輸入到加法器，所述的加法器的輸出信號輸出最終的調節后的電壓信號，輸出的電壓信號通過AGC調節電網頻率。其中所述的調壓輔助調頻環節為慣性環節，所述的慣性環節可以通過電路或程序實現。對比圖2和圖1可以看出，新增加的調壓輔助調頻環節和PSS—樣，都以頻率偏差 力輸入變量。區別在于，現在的PSS實現路徑中包括高通濾波環節，所以恒定的頻率偏
差不會影響機端電壓。新增加的調壓輔助調頻環節則會根據恒定的頻率偏差調整機端電壓。也可以理解為，O. 1-2HZ的U *變化會通過PSS路徑影響機端電壓，而小于O.1Hz的延續時間較長的Δ 變化則通過調壓輔助調頻(FRVC)路徑影響機端電壓。假如發生大的功率缺額，導致系統頻率降低，ΔΦ將為一個恒定的負值，此時調壓輔助調頻環節(FRVC環節)會將發電機機端電壓隨之降低，從而間接的影響負荷電壓和負荷的有功功率消耗，并以此達到提高頻率的目的。如圖3所示，是對某算例系統進行仿真計算的結果，事故前系統總發電為21. 679 (標么制)，事故中失去了大小為4. 369的一臺發電機。從圖3中可以看出，當系統出現大小為全網容量20. 15%的功率缺額時，事故后10s，使用調壓輔助調頻和不使用相比，頻率可提高O. 465Hz，對應至少兩輪低頻減載，而且，調壓輔助調頻在提高事故后頻率的同時，還把一次調頻動作后各電廠的出力之和從21. 35減少到19. 87，節省的發電容量還可在一次調頻結束后進一步提聞電網頻率。不僅如此，調壓輔助調頻還存在一個優點，就是響應迅速。在特高壓失去這樣的大功率缺額發生時，即使有足夠的旋轉備用，而且一次調頻能夠依靠蓄熱按照期望的調差特性增發大量功率，這種響應也不可能持久。隨后機組功率可能回落，然后是漫長的爬坡過程，至少要幾分鐘后頻率才能在AGC的作用下恢復正常，這個過程中頻率仍然偏低，也不可避免的要大量甩負荷。而調壓輔助調頻可以在減少一次調頻調整量的同時，將恢復到較高頻率(0.9946)的調整過程縮短到十幾秒，這在事故時對系統有重要意義。本發明通過調整勵磁電壓可以影響電網頻率，主要依據是負荷消耗的有功功率和電壓是相關的，因此降低電壓可以減少負荷需要的有功功率，所以在出現大量頻率缺額、頻率下降時，就有必要降低電壓，來彌補旋轉備用不足的功率缺額。全網的電壓低5%，就可以省大約5%的旋轉備用(按照恒阻抗30%，恒電流40%，恒功率30%計算)，避免全網容量5%的低頻減載。對大多數的負載節點來說，電壓低到O. 9也是可行的，那樣可以彌補的功率缺額就更多。負荷本身有頻率特性和電壓特性，頻率和電壓降低時吸收有功都會減少。但是實際上，只能主動的利用電壓降低有功減少的規律，而不能利用頻率降低有功減少的規律。這是因為，電壓是個局部值，可以區分敏感負荷和不敏感負荷，分門別類的去降壓(農電電壓甚至降低到O. 8也問題不大)。但是頻率是個全網的參數，如果降低頻率，所有負荷發電都會受到影響，而汽輪機的葉片，發電廠的泵和風機、紡織企業等用戶是不能承受過大的頻率變化的。當然，這種方法并不是會頻繁使用的一種方法，它應該和低頻減載一樣，只在危急的時候使用，但是這種小概率事件總還是存在的。在危急時，短暫的降低電壓，同時讓旋轉備用增加出力，讓處于冷態的火電機組盡快開起來，再轉入正常態，這樣做盡管可能短暫的犧牲了電壓合格率，但是可以減少切除負荷的數量，兩者相比較，還是得大于失。還可以通過直接指定勵磁系統Vref，調節變壓器分接頭，投切電容器和靜止無功補償器等手段實現FRVC,這些手段已經在AVC系統中被廣泛應用，在實現FRVC時，只需要將對應指令傳遞給AVC系統即可。
權利要求
1.一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法，其特征在于在發電機勵磁控制器中增加調壓輔助調頻環節，頻率偏差信號不僅通過勵磁控制器中的PSS環節輸入到加法器， 所述的頻率偏差信號還同時輸入到調壓輔助調頻環節中，調壓輔助調頻環節的輸出電壓信號也輸入到加法器，所述的加法器的輸出信號影響發電機的勵磁電壓，從而調節電網頻率。
2.根據權利要求1所述的通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法，其特征在于所述的調壓輔助調頻環節為慣性環節。
全文摘要
本發明公開了一種通過調整電壓輔助調節電網頻率的方法，在發電機勵磁控制器中增加調壓輔助調頻環節，頻率偏差信號不僅通過勵磁控制器中的PSS環節輸入到加法器，所述的頻率偏差信號還同時輸入到調壓輔助調頻環節中，調壓輔助調頻環節的輸出電壓信號也輸入到加法器，所述的加法器的輸出信號影響發電機的勵磁電壓，從而調節電網頻率。本發明在減少旋轉備用的同時，將系統頻率盡快恢復到較高的水平，并且還具有響應迅速的優點。
文檔編號H02P9/14GK103023409SQ20121041549
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者魏強, 郭為民, 劉占輝, 張文濤, 張小科 申請人:河南省電力公司電力科學研究院, 國家電網公司