CN112311008B - 孤岛电站负荷脱落控制*** - Google Patents

孤岛电站负荷脱落控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种孤岛电站负荷脱落控制***，所述控制***主要由负载监测模块、信息采集模块、控制***、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；本发明的优点在于：以***最终的频率变化量作为负荷脱落量的依据，避免了因***惯性常数对负荷脱落控制的影响，有效地避免负荷过切的情况；另外，针对频率下降和回升阶段设置不同负荷优先级，使得脱落的负荷更加有利于***频率的恢复，最终实现对孤岛电站***的频率控制，保证孤岛***运行的稳定性和可靠性。

Description

孤岛电站负荷脱落控制***
技术领域
本发明涉及一种电站控制***，具体地说是一种孤岛电站负荷脱落控制***，属于电站控制***领域。
背景技术
分布式燃油/燃气电站孤岛模式是解决一些偏远区域和大型电站建设期施工现场等区域电力需求的有效措施之一，为了避免一些重要负荷不必要的停电，因此必须保证该电力***的供电可靠性。由于孤岛***的每台机组的有功容量是有限的，因此当发电机组因故障解列或负荷比例突然增加，以至于***中存在有功缺额，将会导致电力***的频率下降，如果不采取相应的措施减少***的有功负荷，会使得***的频率持续下降，最终将会导致整个电力***的崩溃。另外，对于燃油/燃气发电机组，当***频率下降到47.5Hz以下时，将会严重影响发电机组的正常运行，因此必须避免***的频率低于47.5Hz。为了保证分布式燃油/燃气电站孤岛***具有更高的供电可靠性和经济性，因此设计出更加有效和合理的负载脱落控制***具有十分重要的工程实用价值。
目前较为普遍负荷脱落控制主要有传统低频减载控制、半自适应低频减载、自适应低频减载以及计算机辅助算法，其中自适应低频减载是在前两者的基础上发展过来的。自适应低频减载是以频率变化率df/dt作为判断依据，对于一些***的惯性常数较小的***来说，容易造成负荷的过切。另外，目前负荷脱落控制方案对于每轮的负荷脱落也只是确定每轮调节的减载量，并未考虑脱落的负荷对***频率恢复的影响，因此负荷脱落后对***频率恢复过程并非是最理想状态。因此，在***频率下降阶段，所脱落的负荷量并不能最优地抑制频率下降，会导致频率最终的下降深度较大；在***频率恢复的回升阶段，频率上升的状态也并非最优。
发明内容
本发明的目的在于，设计了一种孤岛电站负荷脱落控制***，以***最终的频率变化量作为负荷脱落量的依据，避免了因***惯性常数对负荷脱落控制的影响，有效地避免负荷过切的情况；同时，针对频率下降和回升阶段设置不同负荷优先级，使得脱落的负荷更加有利于***频率的恢复，最终实现对孤岛电站***的频率控制，保证孤岛***运行的稳定性和可靠性。
本发明的技术方案为：
孤岛电站负荷脱落控制***，所述控制***主要由负载监测模块、信息采集模块、控制***、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；
所述负载监测模块主要用于监测***的有功功率和频率信息，为负荷脱落控制***控制过程提供必要的信息；所述负载监测模块包括频率传感器和功率传感器；
所述信息采集模块主要用于通过负载监测模块实现对信息的采集，通过采集***的有功功率和频率，为控制***中的数据处理分析提供必要的信息；所述信息采集模块为燃油/燃气电站的SCADA***；
所述控制***主要用于实现对采集信息的计算和处理，通过计算、处理、分析信息采集模块得到数据，实现负荷脱落算法的实施；所述控制***为PLC控制器；
所述负荷脱落执行机构主要用于执行控制***的决策，完成对相应负荷的脱落操作；所述负荷脱落执行机构为负荷脱落所对应的断路器；
通过负载监测模块对于负荷实时监控，并通过通信电缆将信息传递给信息采集***；信息采集***采集不同频率的各节点有功功率，通过Modbus通信网络传递给控制***；控制***对数据进行计算和分析处理，得到需要进行脱落负荷，然后通过通信***传递给负荷脱落执行机构，实现最终的负荷脱落。
具体分析及工作情况如下所述：
（1）负荷脱落调节的依据
负荷频率调节效应系数表达式为
Figure 727596DEST_PATH_IMAGE001
，在∆f较小时，可认为dP L≈∆P L、df≈∆f，即负荷频率调节效应系数的标幺值K L*可由下式求得：
Figure 175895DEST_PATH_IMAGE002
式中：f N为***的额定频率；P L为现有负荷的有功功率；负荷的有功功率变化量为∆P L；***频率变化为∆f；
根据电力***自动低频减负荷技术规定可知，不考虑母线电压变化时，在n轮负荷脱落后，现有的负荷的实际有功功率标幺值P Ln*可表示为：
Figure 486791DEST_PATH_IMAGE003
式中：P L0*为***负荷的起始有功功率的标幺值；K LS*为整个***频率调节效应系数；P ti* 为每轮的负荷脱落有功标幺值，f N为***的额定频率；f为有功功率为n轮负荷脱落前的***频率；
以发电机组总输出有功功率P m为常量进行分析，***频率变化量的标幺值
Figure 413159DEST_PATH_IMAGE004
可表示为：
Figure 758689DEST_PATH_IMAGE005
其中：
Figure 112310DEST_PATH_IMAGE006
式中：P m*为发电机组输出功率的标幺值；ω *为角频率的标幺值；M为***的惯性常数；
由
Figure 910502DEST_PATH_IMAGE007
的表达式可得：
Figure 640561DEST_PATH_IMAGE008
Figure 840598DEST_PATH_IMAGE009
因此可计算得到未进行减负荷时频率的变化量
Figure 99541DEST_PATH_IMAGE010
以及频率最终变化量
Figure 385029DEST_PATH_IMAGE011
；从
Figure 653199DEST_PATH_IMAGE010
的表达式中可知，
Figure 707743DEST_PATH_IMAGE010
与M成反比关系，因此在其他条件都相同的情况下，M越小，其频率变化
Figure 668745DEST_PATH_IMAGE012
的瞬时值越大；又由
Figure 441529DEST_PATH_IMAGE011
的表达式可知***最终的下降深度与M无关；若只考虑频率变化率
Figure 982232DEST_PATH_IMAGE010
来判断切除负荷的级数，在***有功负荷缺额相同时，如果M较大时可能会导致过切；因此为了避免M的影响，可根据第n轮负荷脱落后的最终的频率变化量∆f n (∞)来确定每一次需要脱落负荷量；对于∆f n (∞)的计算分析过程如下：
第i次负荷脱落过程中频率变化量为∆f i (t i )表达式为：
Figure 156861DEST_PATH_IMAGE013
式中：t i 为第i次负荷脱落过程所经历的时间。
第n次负荷脱落前的***f频率为
Figure 23186DEST_PATH_IMAGE014
式中：f m为负荷脱落控制启动时的频率。
因此，第n轮负荷脱落后的∆f n (∞)表达式为：
Figure 17687DEST_PATH_IMAGE015
式中：PLn-1*为n-1次负荷脱落后负荷实际有功功率标幺值。
以∆f n (∞)的值作为依据，确定每次负荷脱落加速脱落的轮数，以提高***的自适应性，使得***频率恢复更加快速；
（2）每轮负荷脱落量的确定
对于每轮负荷脱落量的确定，将可脱落的负荷分为6轮基础轮，4轮特殊轮，将总可脱落负荷有功功率的80%均分到6个基础轮，另外的20%均分到4个特殊轮；经过检测分析得到***的K LS*后，再结合∆f n (∞)和每轮负荷脱落量，计算分析得到不同∆f n (∞)范围下每次需脱落的负荷总量；
以***的K LS*为1.5作为研究对象，且其中可切除有功负荷为30%，则基础轮每轮脱落的负荷为4%，特殊轮每轮脱落的负荷为1.5%；当∆f n (∞)<-7Hz时，加速脱落3个基础轮负荷；当-7Hz≤∆f n (∞)<-3Hz时，加速脱落2个基础轮负荷；当-3Hz≤∆f n (∞)<-1.5Hz时，每轮按级差0.2s进行脱落1个基础轮负荷；当-1.5Hz≤∆f n (∞)≤-0.5Hz时，每轮按级差3s进行脱落1个特殊轮负荷；-0.5Hz<∆f n (∞)<1Hz时，负荷脱落控制完成；
（3）负荷脱落优先顺序的确定
为了使得频率恢复效果达到最优，因此需要结合对应负荷的K L*，对基础轮和特殊轮的负荷进行排序，形成对应基础序列和特殊序列；基础序列和特殊序列中排列顺序按各个负荷节点的K L*来确定，因此需要得到基础轮和特殊轮的负荷对应的K L*，进而确定基础序列和特殊序列的负荷排列；
通过测量基础轮和特殊轮负荷节点的频率和有功，从而求得到基础轮和特殊轮负荷对应的K L*，并将基础轮和特殊轮负荷按照K L*从小到大的顺序进行分别储存在基础序列和特殊序列；因此，当***频率处于下降阶段时，按照基础序列和特殊序列的顺序进行负荷脱落，当***频率处于回升阶段时，按照基础序列和特殊序列的倒序进行负荷脱落；
以上一次负荷脱落到此次脱落前的频率变化量∆f n-1(t n-1)为依据，以确定负荷脱落时按照基础轮和特殊轮脱落顺序；当∆f n-1(t n-1)≤0时，说明频率处于下降阶段或稳定阶段，则按照基础序列和特殊序列的顺序进行负荷脱落，即优先脱落K L*小的负荷；反之，则按照基础序列和特殊序列的倒序进行负荷脱落，即优先脱落K L*大的负荷；
（4）负荷脱落过程具体过程
将负荷脱落优先顺序与∆f n (∞)相结合，共同构成最终的负荷脱落控制***；当发电机因故障解列或负荷比例骤增时，***中出现有功缺额，因此***的频率会降低；负载监测模块实时监测***的频率和有功功率，并将监测到的信息传递给信号采集模块，信号采集模块将采集到的信息传递给控制模块进行分析处理；当控制***发现频率下降到49.5Hz时，负荷脱落控制***开始启动；
具体控制流程为：
步骤1：通过频率检测模块检测***的频率，当***频率降低到49.5Hz以下时，启动负荷脱落控制***，执行步骤2；
步骤2：检测母线侧的频率和有功功率，并得到其变化值∆f和∆P L，执行步骤3；
步骤3：通过∆f和∆P L计算得到***的频率调节效应系数K LS*，初始值设定n=1，∆f 0(∞)=0，通过进一步计算出相应的∆f n (∞)，执行步骤4；
步骤4：判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)<-7Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的基础序列顺序加速脱落3个基础轮负荷；如果∆f n (∞)<-7Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的基础序列倒序加速脱落3个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果∆f n (∞)>-7Hz，则执行步骤5；
步骤5：进一步判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)<-3Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的基础序列顺序加速脱落2个基础轮负荷；如果∆f n (∞)<-3Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的基础序列倒序加速脱落2个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果∆f n (∞)>-3Hz，则执行步骤6；
步骤6：进一步判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)<-1.5Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的基础序列顺序脱落1个基础轮负荷；如果∆f n (∞)<-1.5Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的基础序列倒序脱落1个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果∆f n (∞)>-1.5Hz，则执行步骤7；
步骤7：进一步判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)≤-0.5Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的特殊序列顺序脱落1个特殊轮负荷；如果∆f n (∞)≤-0.5Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的特殊序列倒序脱落1个特殊轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T2，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果-0.5Hz<∆f n (∞)<1Hz，则负荷脱落结束，并经过固定延时T3之后返回步骤1。
本发明以每轮负荷脱落前频率最终变化量∆f n (∞)为依据，以确定是否进行加速脱落负荷，以及确定加速脱落负荷的轮数，进而提升了负荷脱落***的自适应性，促进***频率的恢复。有效地避免了***惯性系数对控制***的影响，防止了负荷过切情况的发生。
本发明根据负荷对***频率恢复的影响，对基础轮和特殊轮负荷进行优先级分类，得到对应的基础序列和特殊序列。针对频率下降和上升两个阶段选择不同的负荷脱落优先顺序，进一步促进***频率的恢复。
本发明以上一次负荷脱落到此次脱落前的频率变化量∆f n-1(t n-1)为依据，判断***频率下降、上升的两个阶段。有效地避免了因频率波动导致对df/dt正负号判断的失误。
本发明的有益效果为：
（1）以负荷最终的频率变化量作为负荷脱落的依据，可以有效地避免***惯性常数对负荷脱落控制过程的影响，进而防止负荷过切；同时也可以避免超***况的发生；
（2）通过频率变化量的大小确定加速脱落的轮数，有效地提高了负荷脱落控制***的自适应性，使得***频率恢复更高效，同时也能避免***频率长期的处于在较低频率；
（3）通过确定负荷脱落的优先级，脱落有利于***频率恢复的负荷，当频率下降时，脱落有利于抑制频率下降的负荷，减少频率的下降深度；***频率上升时，脱落能够促进频率恢复的负荷，加快频率的上升。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1为本发明实施例孤岛电站负荷脱落控制***的结构示意图；
图2为本发明实施例负荷频率特性曲线；
图3为有功缺额20%时K L1*=1.3和K L2*=1.6频率负荷有功功率仿真图；
图4为本发明实施例新型负荷脱落***控制的流程图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-4所示，一种孤岛电站负荷脱落控制***，所述控制***主要由负载监测模块、信息采集模块、控制***、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；
所述负载监测模块主要用于监测***的有功功率和频率信息，为负荷脱落控制***控制过程提供必要的信息；所述负载监测模块包括频率传感器和功率传感器；
所述信息采集模块主要用于通过负载监测模块实现对信息的采集，通过采集***的有功功率和频率，为控制***中的数据处理分析提供必要的信息；所述信息采集模块为燃油/燃气电站的SCADA***；
所述控制***主要用于实现对采集信息的计算和处理，通过计算、处理、分析信息采集模块得到数据，实现负荷脱落算法的实施；所述控制***为PLC控制器；
所述负荷脱落执行机构主要用于执行控制***的决策，完成对相应负荷的脱落操作；所述负荷脱落执行机构为负荷脱落所对应的断路器；
通过负载监测模块对于负荷实时监控，并通过通信电缆将信息传递给信息采集***；信息采集***采集不同频率的各节点有功功率，通过Modbus通信网络传递给控制***；控制***对数据进行计算和分析处理，得到需要进行脱落负荷，然后通过通信***传递给负荷脱落执行机构，实现最终的负荷脱落。
具体分析及工作情况如下所述：
（1）负荷脱落调节的依据
负荷频率调节效应系数表达式为
Figure 627660DEST_PATH_IMAGE016
，在∆f较小时，可近似的认为dP L=∆P L、df=∆f，即负荷频率调节效应系数的标幺值K L*可由下式求得：
Figure 656796DEST_PATH_IMAGE017
式中：f N为***的额定频率；P L为现有负荷的有功功率；负荷的有功功率变化量为∆P L；***频率变化为∆f；
根据电力***自动低频减负荷技术规定可知，不考虑母线电压变化时，在n轮负荷脱落后，现有的负荷的实际有功功率标幺值P Ln*可表示为：
Figure 959601DEST_PATH_IMAGE018
式中：P L0*为***负荷的起始有功功率的标幺值；K LS*为整个***频率调节效应系数；P ti* 为每轮的负荷脱落有功标幺值，f N为***的额定频率；f为有功功率为n轮负荷脱落前的***频率；
以发电机组总输出有功功率P m为常量进行分析，***频率变化量的标幺值
Figure 441398DEST_PATH_IMAGE019
可表示为：
Figure 589483DEST_PATH_IMAGE020
其中：
Figure 473125DEST_PATH_IMAGE021
式中：P m*为发电机组输出功率的标幺值；ω *为角频率的标幺值；M为***的惯性常数；
由
Figure 946832DEST_PATH_IMAGE022
的表达式可得：
Figure 915925DEST_PATH_IMAGE023
Figure 867700DEST_PATH_IMAGE024
因此可计算得到未进行减负荷时频率的变化量
Figure 605849DEST_PATH_IMAGE025
以及频率最终变化量
Figure 250457DEST_PATH_IMAGE026
；从
Figure 712706DEST_PATH_IMAGE027
的表达式中可知，
Figure 468172DEST_PATH_IMAGE028
与M成反比关系，因此在其他条件都相同的情况下，M越小，其频率变化
Figure 60827DEST_PATH_IMAGE029
的瞬时值越大；又由
Figure 876337DEST_PATH_IMAGE030
的表达式可知***最终的下降深度与M无关；若只考虑频率变化率
Figure 820022DEST_PATH_IMAGE031
来判断切除负荷的级数，在***有功负荷缺额相同时，如果M较大时可能会导致过切；因此为了避免M的影响，可根据第n轮负荷脱落后的最终的频率变化量∆f n (∞)来确定每一次需要脱落负荷量；对于∆f n (∞)的计算分析过程如下：
第i次负荷脱落过程中频率变化量为∆f i (t i )表达式为：
Figure 379179DEST_PATH_IMAGE032
式中：t i 为第i次负荷脱落过程所经历的时间。
第n次负荷脱落前的***f频率为
Figure 91920DEST_PATH_IMAGE033
式中：f m为负荷脱落控制启动时的频率。
因此，第n轮负荷脱落后的∆f n (∞)表达式为：
Figure 812752DEST_PATH_IMAGE034
式中：PLn-1*为n-1次负荷脱落后负荷实际有功功率标幺值。
以∆f n (∞)的值作为依据，确定每次负荷脱落加速脱落的轮数，以提高***的自适应性，使得***频率恢复更加快速；
（2）每次负荷脱落量的确定
对于每次负荷脱落量的确定，将可脱落的负荷分为6轮基础轮，4轮特殊轮，将总可脱落负荷有功功率的80%均分到6个基础轮，另外的20%均分到4个特殊轮；经过检测分析得到***的K LS*后，再结合∆f n (∞)和每轮负荷脱落量，计算分析得到不同∆f n (∞)范围下每次需脱落的负荷总量；
以***的K LS*为1.5作为研究对象，且其中可切除有功为30%，则基础轮每轮脱落的负荷为4%，特殊轮每轮脱落的负荷为1.5%；当∆f n (∞)<-7Hz时，加速脱落3个基础轮负荷；当-7Hz≤∆f n (∞)<-3Hz时，加速脱落2个基础轮负荷；当-3Hz≤∆f n (∞)<-1.5Hz时，每轮按级差0.2s进行脱落1个基础轮负荷；当-1.5Hz≤∆f n (∞)≤-0.5Hz时，每轮按级差3s进行脱落1个特殊轮负荷；-0.5Hz<∆f n (∞)<1Hz时，负荷脱落控制完成。
（3）负荷脱落优先顺序的确定
为了使得频率恢复效果达到最优，因此需要结合对应负荷的K L*，对基础轮和特殊轮的负荷进行排序，形成对应基础序列和特殊序列；基础序列和特殊序列中排列顺序按各个负荷节点的K L*来确定，因此需要得到基础轮和特殊轮的负荷对应的K L*，进而确定基础序列和特殊序列的负荷排列；具体分析如下：
图2为负荷1和负荷2的负荷频率特性曲线，其中K L1*>K L2*，当***频率从f a降低到f b时，负荷1从***吸收的有功减少了∆P 1=P 1a-P 1b，而负荷2从***吸收的有功减少了∆P 2=P 2a-P 2b，很明显负荷∆P 1>∆P 2；在***频率下降时，由于负荷自身的频率调节效应，所有的负荷从***吸收的有功功率均减少，但是对于不同K L*的负荷，其有功功率减少量也不相同；
图3为有功缺额20%时K L*=1.3和K L*=1.6频率负荷有功功率仿真结果，由此图可以进一步说明，当***频率发生变化时K L*较大的负荷有功功率变化明显较多；当***因有功缺额而频率下降时，根据图3仿真结果可知，K L*大的负荷所吸收的有功减少量相对较多，因此，在频率下降阶段，应优先脱落K L*小的负荷，保留K L*大的负荷；而在频率在上升恢复时，此时应优先减载K L*大的负荷，保留K L*小的负荷，如此可尽量减少负荷从***吸收的有功；
通过测量基础轮和特殊轮负荷节点的频率和有功，从而求得到基础轮和特殊轮负荷对应的K L*，并将基础轮和特殊轮负荷按照K L*从小到大的顺序进行分别储存在基础序列和特殊序列；因此，当***频率处于下降阶段时，按照基础序列和特殊序列的顺序进行负荷脱落，当***频率处于回升阶段时，按照基础序列和特殊序列的倒序进行负荷脱落；
以上一次负荷脱落到此次脱落前的频率变化量∆f n-1(t n-1)为依据，以确定负荷脱落时按照基础轮和特殊轮脱落顺序；当∆f n-1(t n-1)≤0时，说明频率处于下降阶段或稳定阶段，则按照基础序列和特殊序列的顺序进行负荷脱落，即优先脱落K L*小的负荷；反之，则按照基础序列和特殊序列的倒序进行负荷脱落，即优先脱落K L*大的负荷；
（4）负荷脱落过程具体过程
将负荷脱落优先顺序与∆f n (∞)相结合，共同构成最终的负荷脱落控制***；当发电机因故障解列或负荷比例骤增时，***中出现有功缺额，因此***的频率会降低；负载监测模块实时监测***的频率和有功功率，并将监测到的信息传递给信号采集模块，信号采集模块将采集到的信息传递给控制模块进行分析处理；当控制***发现频率下降到49.5Hz时，负荷脱落控制***开始启动；具体控制流程如图4所示，负荷脱落控制***的具体步骤为：
步骤1：通过频率检测模块检测***的频率，当***频率降低到49.5Hz以下时，启动负荷脱落控制***，执行步骤2；
步骤2：检测母线侧的频率和有功功率，并得到其变化值∆f和∆P L，执行步骤3；
步骤3：通过∆f和∆P L计算得到***的频率调节效应系数K LS*，初始值设定n=1，∆f 0(∞)=0，通过进一步计算出相应的∆f n (∞)，执行步骤4；
步骤4：判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)<-7Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的基础序列顺序加速脱落3个基础轮负荷；如果∆f n (∞)<-7Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的基础序列倒序加速脱落3个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果∆f n (∞)>-7Hz，则执行步骤5；
步骤5：进一步判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)<-3Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的基础序列顺序加速脱落2个基础轮负荷；如果∆f n (∞)<-3Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的基础序列倒序加速脱落2个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果∆f n (∞)>-3Hz，则执行步骤6；
步骤6：进一步判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)<-1.5Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的基础序列顺序脱落1个基础轮负荷；如果∆f n (∞)<-1.5Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的基础序列倒序脱落1个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果∆f n (∞)>-1.5Hz，则执行步骤7；
步骤7：进一步判断∆f n (∞)的大小，如果∆f n (∞)≤-0.5Hz且∆f n-1(t n-1)≤0，则按存储的特殊序列顺序脱落1个特殊轮负荷；如果∆f n (∞)≤-0.5Hz且∆f n-1(t n-1)>0，则按存储的特殊序列倒序脱落1个特殊轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T2，对n重新赋值为n+1，并且返回到步骤2；如果-0.5Hz<∆f n (∞)<1Hz，则负荷脱落结束，并经过固定延时T3之后返回步骤1；
对于KLS*=1.5、Pm*=1、PL0*=1.25、f N=50Hz的***为例，通过仿真试验，以验证所提出方法的自适应性和有效性；
当***频率低于49.5Hz之后，负荷脱落控制启动；
Figure 978154DEST_PATH_IMAGE035
由于∆f 1(∞)≤-7Hz，控制***的第1次负荷脱落将加速脱落3个基础轮负荷，并且由于∆f 0(t 0)=0，因此按负荷处于下降阶段处理，则优先脱落基础轮负荷中KL*最小的3个负荷，即按基础序列脱落顺序脱落3个负荷。第1次脱落负荷总量为P t1*=0.12，则可计算得到P L1：
Figure DEST_PATH_IMAGE036
Figure 606581DEST_PATH_IMAGE037
因此可得∆f 1(∞)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
经过T1=0.2s延时后可得∆f 1(t 1)为：
Figure 970566DEST_PATH_IMAGE039
由于-7Hz<∆f 2(∞)≤-3Hz，控制***第2次负荷脱落将加速脱落2个基础轮负荷，并且由于∆f 1(t 1)<0，因此说明频率处于下降阶段，则优先脱落剩余基础轮负荷中KL*最小的2个负荷，即按基础序列顺序脱落2个负荷。第2次脱落负荷总量为P t2*=0.08。通过计算分析可得到P L2*：
Figure DEST_PATH_IMAGE040
Figure 127878DEST_PATH_IMAGE041
因此可得∆f 2(∞)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE042
经过T1=0.2s延时后可得∆f 2(t 2)为：
Figure 577314DEST_PATH_IMAGE043
由于-1.5Hz<∆f 2(∞)≤-0.5Hz，控制***第3次负荷脱落将脱落1个特殊轮负荷，并且由于∆f 2(t 2)<0，因此说明频率处于下降阶段，则优先脱落特殊轮负荷中KL*最小的1个负荷，即按特殊序列顺序脱落1个负荷。第3次脱落负荷量为P t3*=0.015。通过计算分析可得到P L3*：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
Figure 743853DEST_PATH_IMAGE045
因此可得∆f 3(∞)为：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
经过T2=3s延时后可得∆f 2(t 2)和∆f 3(∞)为：
Figure 696766DEST_PATH_IMAGE047
由于-1.5Hz<∆f 3(∞)≤-0.5Hz，控制***第4次负荷脱落将脱落1个特殊轮负荷，并且由于∆f 3(t 3)<0，因此说明频率处于下降阶段，则优先脱落剩余特殊轮负荷中KL*最小的1个负荷，即按特殊序列顺序脱落1个负荷。第4次脱落负荷量为P t4*=0.015。通过计算分析可得到P L4*：
Figure 759400DEST_PATH_IMAGE049
Figure 899394DEST_PATH_IMAGE051
因此可得∆f 4(∞)为：
Figure 604045DEST_PATH_IMAGE053
由于-0.5Hz<∆f 4(∞)<1Hz，则负荷脱落控制完成。控制***经过一个固定的长延时T3=10s后，返回控制程序中，再次实时监控***频率情况。
经过4次脱落后，由于加速脱落模式的影响，有效地缩短了负荷脱落控制总时间。并且由于判据不是df/dt，因此对于特殊轮的延时时间也得到明显的改善。整体提高了控制***的自适应性和有效性。对于负荷优先级的影响，结合图3和负荷优先顺序分析可得，针对不同阶段得负荷优先顺序，也可进一步促进***频率的恢复。
需要说明的是，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此作为本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.孤岛电站负荷脱落控制***，其特征在于：所述控制***主要由负载监测模块、信息采集模块、控制模块、负荷脱落执行机构四个主要模块组成；
所述负载监测模块主要用于监测***的有功功率和频率信息，为负荷脱落控制模块控制过程提供必要的信息；所述负载监测模块包括频率传感器和功率传感器；
所述信息采集模块主要用于通过负载监测模块实现对信息的采集，通过采集***的有功功率和频率，为控制模块中的数据处理分析提供必要的信息；所述信息采集模块为燃油/燃气电站的SCADA***；
所述控制模块主要用于实现对采集信息的计算和处理，通过计算、处理、分析信息采集模块得到数据，实现负荷脱落算法的实施；所述控制模块为PLC控制器；
所述负荷脱落执行机构主要用于执行控制模块的决策，完成对相应负荷的脱落操作；所述负荷脱落执行机构为负荷脱落所对应的断路器；
通过负载监测模块对于负荷实时监控，并通过通信电缆将信息传递给信息采集模块；信息采集模块采集不同频率的各节点有功功率，通过Modbus通信网络传递给控制模块；控制模块对数据进行计算和分析处理，得到需要进行脱落负荷，然后通过通信***传递给负荷脱落执行机构，实现最终的负荷脱落；
具体分析及工作情况如下所述：
（1）负荷脱落调节的依据
负荷频率调节效应系数表达式为
Figure 855062DEST_PATH_IMAGE001
，在∆ f 较小时，认为d P L =∆ P L 、d f =∆ f ，即负荷频率调节效应系数的标幺值 K L* 由下式求得：
Figure 731883DEST_PATH_IMAGE002
式中： f N 为***的额定频率； P L 为现有负荷的有功功率；负荷的有功功率变化量为∆ P L ；***频率变化为∆ f ；
不考虑母线电压变化时，在 n 轮负荷脱落后，现有的负荷的实际有功功率标幺值 PL n * 可表示为：
Figure 399624DEST_PATH_IMAGE003
式中： P L0* 为***负荷的起始有功功率的标幺值； K LS* 为整个***频率调节效应系数； P t i* 为每轮的负荷脱落有功标幺值， f N 为***的额定频率； f为n轮负荷脱落前的***频率；
以发电机组总输出有功功率 P m 为常量进行分析，***频率变化量的标幺值
Figure DEST_PATH_IMAGE004
可表示为：
Figure 396399DEST_PATH_IMAGE005
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
式中： P m* 为发电机组输出功率的标幺值； ω * 为角频率的标幺值；M为***的惯性常数；
由
Figure 966927DEST_PATH_IMAGE004
的表达式可得：
Figure 190098DEST_PATH_IMAGE007
Figure DEST_PATH_IMAGE008
因此计算得到未进行减负荷时频率的变化量
Figure 255006DEST_PATH_IMAGE009
以及频率最终变化量
Figure DEST_PATH_IMAGE010
；从
Figure 857019DEST_PATH_IMAGE009
的表达式中可知，
Figure 21284DEST_PATH_IMAGE009
与M成反比关系，因此在其他条件都相同的情况下，M越小，其频率变化
Figure 731752DEST_PATH_IMAGE011
的瞬时值越大；又由
Figure 865930DEST_PATH_IMAGE010
的表达式可知***最终的频率降低的变化量与M无关；若只考虑频率变化率
Figure 978242DEST_PATH_IMAGE009
来判断切除负荷的级数，在***有功负荷缺额相同时，如果M较大时会导致过切；因此为了避免M的影响，可根据第 n轮负荷脱落后的最终的频率变化量∆ f n (∞)来确定每一次需要脱落负荷量；对于∆ f n(∞)的计算分析过程如下：
第 i 次负荷脱落过程中频率变化量为∆ f i ( t i )表达式为：
Figure 47829DEST_PATH_IMAGE013
式中： t i 为第 i 次负荷脱落过程所经历的时间；
第 n 次负荷脱落前的***频率 f 为
Figure 619494DEST_PATH_IMAGE015
式中： f m 为负荷脱落控制启动时的频率；
因此，第 n 轮负荷脱落后的∆ f n (∞)表达式为：
Figure 167150DEST_PATH_IMAGE017
式中：P L n -1* 为 n -1次负荷脱落后负荷实际有功功率标幺值；
以∆ f n (∞)的值作为依据，确定每次负荷脱落加速脱落的轮数，以提高***的自适应性，使得***频率恢复更加快速；
（2）每轮负荷脱落量的确定
对于每轮负荷脱落量的确定，将可脱落的负荷分为6轮基础轮，4轮特殊轮，将总可脱落负荷有功功率的80%均分到6个基础轮，另外的20%均分到4个特殊轮；经过检测分析得到***的 K LS* 后，再结合∆ f n (∞)和每轮负荷脱落量，计算分析得到不同∆ f n (∞)范围下每次需脱落的负荷总量；
以***的 K LS* 为1.5作为研究对象，且其中可切除有功功率为30%，则基础轮每轮脱落的负荷为4%，特殊轮每轮脱落的负荷为1.5%；当∆ f n (∞)<-7Hz时，加速脱落3个基础轮负荷；当-7Hz≤∆ f n (∞)<-3Hz时，加速脱落2个基础轮负荷；当-3Hz≤∆ f n (∞)<-1.5Hz时，每轮按级差0.2s进行脱落1个基础轮负荷；当-1.5Hz≤∆ f n (∞)≤-0.5Hz时，每轮按级差3s进行脱落1个特殊轮负荷；-0.5Hz<∆ f n (∞)<1Hz时，负荷脱落控制完成；
（3）负荷脱落优先顺序的确定
为了使得频率恢复效果达到最优，因此需要结合对应负荷的 K L* ，对基础轮和特殊轮的负荷进行排序，形成对应基础序列和特殊序列；基础序列和特殊序列中排列顺序按各个负荷节点的 K L* 来确定，因此需要得到基础轮和特殊轮的负荷对应的 K L* ，进而确定基础序列和特殊序列的负荷排列；
通过测量基础轮和特殊轮负荷节点的频率和有功功率，从而求得到基础轮和特殊轮负荷对应的 KL* ，并将基础轮和特殊轮负荷按照 K L* 从小到大的顺序分别储存在基础序列和特殊序列；因此，当***频率处于下降阶段时，按照基础序列和特殊序列的顺序进行负荷脱落，当***频率处于回升阶段时，按照基础序列和特殊序列的倒序进行负荷脱落；
以上一次负荷脱落到此次脱落前的频率变化量∆ f n -1 ( t n -1 )为依据，以确定负荷脱落时按照基础轮和特殊轮脱落顺序；当∆ f n -1 ( t n -1 )≤0时，说明频率处于下降阶段或稳定阶段，则按照基础序列和特殊序列的顺序进行负荷脱落，即优先脱落 K L* 小的负荷；反之，则按照基础序列和特殊序列的倒序进行负荷脱落，即优先脱落 K L* 大的负荷；
（4）负荷脱落过程具体过程
将负荷脱落优先顺序与∆ f n (∞)相结合，共同构成最终的负荷脱落控制模块；当发电机因故障解列或负荷比例骤增时，***中出现有功缺额，因此***的频率会降低；负载监测模块实时监测***的频率和有功功率，并将监测到的信息传递给信号采集模块，信号采集模块将采集到的信息传递给控制模块进行分析处理；当控制模块发现频率下降到49.5Hz时，负荷脱落控制模块开始启动。
2.根据权利要求1所述的孤岛电站负荷脱落控制***，其特征在于：所述负荷脱落过程的具体控制流程为:
1）通过频率检测模块检测***的频率，当***频率降低到49.5Hz以下时，启动负荷脱落控制模块；
2）检测母线侧的频率和有功功率，并得到其变化值∆ f 和∆ P L ；
3）通过∆ f 和∆ P L 计算得到***的频率调节效应系数 KLS*，初始值设定 n =1，∆f 0 (∞)=0，通过进一步计算出相应的∆ f n (∞)；
4）判断∆ f n (∞)的大小，如果∆ f n (∞)<-7Hz且∆ f n -1 ( t n -1 )≤0，则按存储的基础序列顺序加速脱落3个基础轮负荷；如果∆ f n (∞)<-7Hz且∆ f n -1 ( t n -1 )>0，则按存储的基础序列倒序加速脱落3个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T1 ，对 n 重新赋值为 n +1，并且返回主循环程序中；如果∆ f n (∞)>-7Hz，则执行下一步；
5）进一步判断∆ f n (∞)的大小，如果∆ f n (∞)<-3Hz且∆ f n -1 ( t n -1 )≤0，则按存储的基础序列顺序加速脱落2个基础轮负荷；如果∆ f n (∞)<-3Hz且∆ f n -1 ( tn -1 )>0，则按存储的基础序列倒序加速脱落2个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T 1 ，对 n 重新赋值为 n +1，并且返回主循环程序中；如果∆ f n (∞)>-3Hz，则执行下一步；
6）进一步判断∆ f n (∞)的大小，如果∆ f n (∞)<-1.5Hz且∆ f n -1 ( t n -1 )≤0，则按存储的基础序列顺序脱落1个基础轮负荷；如果∆ f n (∞)<-1.5Hz且∆ f n -1 (t n -1 )>0，则按存储的基础序列倒序脱落1个基础轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T 1 ，对 n 重新赋值为 n +1，并且返回主循环程序中；如果∆ f n (∞)>-1.5Hz，则执行下一步；
7）进一步判断∆ f n (∞)的大小，如果∆ f n (∞)≤-0.5Hz且∆ f n -1 ( t n -1 )≤0，则按存储的特殊序列顺序脱落1个特殊轮负荷；如果∆ f n (∞)≤-0.5Hz且∆ f n -1 (t n -1 )>0，则按存储的特殊序列倒序脱落1个特殊轮负荷；完成负荷脱落后经过一个固定延时T 2 ，对 n 重新赋值为 n +1，并且返回主循环程序中；如果-0.5Hz<∆ f n (∞)<1Hz，则经过固定延时T 3 后负荷脱落控制结束。
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