CN114552576B - 一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制策略 - Google Patents

一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制策略 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制策略，属于电力***运行状态量化评估领域。当发电机组并联运行于电力***时，在机组调速***的作用下，发电机输出功率随电力***频率变化而变化，根据异步电动机占比确定***有频率变化率，进而判断一定时间周期内的***频率调节程度，叠加已有的***热备用功率，调整频率调节裕度。本发明所提算法可量化分析负荷侧的***频率响应能力，特别是发生扰动后异步电动机对***频率的影响；在调控运行中，可根据β预判***发生扰动后df/dt的变化趋势，进而提出相应的频率裕度控制策略，提升电网安全水平。

Description

一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制 策略
技术领域
本发明属于电力***运行状态量化评估领域，涉及负荷侧异步电动机占比与 ***频率变化率函数关系，提供一种已知异步电动机负荷占比求***频率变化 率趋势的方法，并根据***频率变化率调整调频裕度的调度控制策略。
背景技术
客观上对新形势下电力***状态，特别是更具时效的***频率变化率感知方 法和更加可靠的扰动后***状态分析评估手段提出更高要求。
文献交直流互联受端电网故障特征变异分析指出，由于部分地区异步电动机 负荷占比超过60％，几十秒内的***负荷动态过程主要是由感应电动机引起的。 ***发生大扰动后，如果频率变化率过快，则会引起低频减载等电网保护动作， 造成切除负荷等严重的电网运行事故。但是目前很少有已知负荷侧异步电动机 占比和电力***发生大扰动后的***频率变化率趋势之间关系的研究。事实上， 二者存在函数关系，因为发电侧和负荷侧频率特性共同影响***频率变化，而 由于异步电动机是负荷的重要组成部分，因此求得异步电动机占比与大扰动后 ***频率变化率趋势之间的关系尤其重要。
发明内容
针对负荷侧异步电动机占比与发生扰动后***频率变化率关系不明确的问 题，本发明提供一种量化求取异步电动机负荷占比与***频率变化率关系的方 法，并根据***频率变化率调整调频裕度的调度控制策略。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制策略，是一种已 知异步电动机负荷占比求***频率变化率的方法，并根据***频率变化率调整 调频裕度的调度控制策略。该方法在确立负荷侧异步电动机占比、***发生扰 动的类型等信息后，可以量化给出其他条件不变情况下，负荷侧异步电动机占 比与发生扰动后***频率变化率之间的函数关系。具体包括以下步骤：
1)建立异步电动机占比与***频率变化趋势关系模型
感应电动机可以看成d、q轴完全对称的一种特殊同步电机。因此在某些电 力***暂态分析程序中，将感应电动机和同步电机的模型做同一处理。在感应 电动机单独处理的情况下，为简单起见，常忽略其次暂态过程，将转子考虑成 具有相同结构的f和g绕组(f绕组短路)，标幺值表示的感应电动机方程为
Figure BDA0003542193130000021
上式中，Uq、Ud分别为q轴和d轴机端电压，S为转差率，eq`、ed`为q、d轴 感应电动势一次导数，Rs为定子侧电阻iq、id分别为q轴和d轴电流，X、X`和 Td0`可以用定子和转子绕组的漏抗Xs、Xr，互电抗Xm，以及转子绕组Rr表示。
X＝Xs+Xr
Figure BDA0003542193130000022
Figure BDA0003542193130000023
在实际应用中，需将式(1)中各量的d、q分量转换成x、y分量以便统一进 行电网计算。
对于综合负荷，可以进行简化处理。文献现代电网频率表控制应用技术指 出，对应用综合负荷中的感应电动机部分，有：
Figure BDA0003542193130000024
式(3)中U`L为机端电压矢量，E`M为电动机电动机矢量，I`M为异步电动机电 流矢量。
式(3)相当于将典型异步电动机的参数Rs、X、X·分别乘以异步电动机在负 荷中的占比kM，以反应全部异步电动机负荷，kM的取值应使稳态运行情况下 pE`M＝0。
在磁通不变的情况下，感应电机励磁电压与频率成正比：
EM＝4.44fN2Φm (4)
式(4)中EM为异步电动机感应电动势，f为频率，N2为匝数(常数)，Φm为磁通。
由式(3)中2式可知，由于Td0`为常数，而随着kM增大，式子右侧绝对值增 大导致左侧励磁电压的导数pE`M增大。而由于式(4)中感应电机励磁电压与频率 成正比，可知kM增大可直接引发频率导数df/dt增大。即感应电机在负荷中占比 越高，频率变化率df/dt越快，异步电动机为***提供的负转动惯量越大。
2)通过仿真量化异步电动机占比与***频率变化趋势关系
对所要研究的区域电网进行仿真，观察相同扰动下，不同异步电动机占比 时运行方式下***频率变化率df/dt的变化情况。
经过多次仿真，计算求得了在相同切机扰动故障下，异步电动机占比β为 0％-100％的N种情况下，发现有df/dt随异步电动机占比增大而逐渐增大的趋势， 验证了步骤1中的结论。
将N次仿真结果中df/dt与异步电动机占比β进行线性回归分析，简化二 者函数关系式，得：
df/dt＝aβ+b (5)
上式中，a、b为系数。
3)通过预判***频率变化率调整***频率调整裕度
当发电机组并联运行于电力***时，在机组调速***的作用下，发电机输 出功率随电力***频率变化而变化。随着扰动发生，***频率调节裕度会随着 频率的降低而降低，但由于频率预测难度较大，难以根据频率变化量计算出频 率调节裕度。因此，可利用本专利所提方法，根据异步电动机占比确定***有 频率变化率，进而判断一定时间周期内的***频率调节程度，叠加已有的*** 热备用功率，调整频率调节裕度。***总频率调节裕度△f、***已有频率调节 裕度△fx、***新增频率调节裕度△fz、功率频率调节系数Q、***有功功率变 化率△Px、频率初始值f0、需调整的时间周期t关系如下：
Δf＝Δfx+Δfz＝QΔPx×f0+tdf/dt (6)
功率频率调节系数Q为***总有功功率变化率的0.5％，f0一般为50Hz，t 一般取0-3秒。通过式(6)就能在已知Q、△fx、△Px、f0、t、df/dt和a、β、b的 情况下得到***总频率调节裕度△f。
本发明的有益效果是：本发明所提算法可量化分析负荷侧的***频率响应能 力，特别是发生扰动后异步电动机对***频率的影响。在调控运行中，可根据 β预判***发生扰动后df/dt的变化趋势，进而提出相应的频率裕度控制策略， 提升电网安全水平。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。本发明使用的技术术语：电力 负荷：电力负荷，又称“用电负荷”。电能用户的用电设备在某一时刻向电力*** 取用的电功率的总和，称为用电负荷。根据电力用户的不同负荷特征，电力负 荷可区分为各种工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷和人民生活用电负荷等。
一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制策略，包括以 下步骤：
S1确定区域电网中负荷侧的异步电动机占比
目前，通过电网数据中台已经可以在线粗略的查询负荷中异步电动机占比。 国家电网在基础设施、人员团队、营销运检等业务流程，沉淀了丰富的数据资 源，为了使***数据有效贯通，将数据价值挖掘出来，让数据价值最大化，国 家电网建设了数据中台来解决内部问题和对外服务。目前电网业务平台初步分 为电网资源平台、客户服务平台、财务管理平台、项目管理平台并不断升级， 逐步实现核心业务共享能力和技术支撑能力的服务化，构建市场数据管理平台， 促进全国电力市场数据汇集、传输管理、分析挖掘和价值应用，电网数据中台 的外部数据源有营销业务数据、财务管控数据、数字化审计数据、用电数据、 基建管控数据、物联管理平台数据等。
利用电网数据中台，可以通过统计整体负荷和异步电动机负荷的容量，计 算并得到异步电动机负荷占整体负荷的比例β。
S2求区域电网异步电动机负荷占比求***频率变化率函数关系
搭建目标区域电网模型，对其进行仿真。观察在故障A的扰动下，不同异 步电动机占比时运行方式下***频率变化率df/dt的变化情况。
相同切机故障A情况下，取异步电动机占比分别为0％、50％和100％的3 种运行方式下df/dt分别为0.5984Hz/s、0.6264Hz/s、0.7412Hz/s。证明了***频 率变化率随着异步电动机占比增大而呈现出增大的趋势。经过线性回归，简化 df/dt与β关系，得函数：
df/dt0.1428β+0.5839 (7)
式(7)即为此类切机故障下，负荷侧异步电动机占比β与***有功功率损耗 变化率df/dt之间的线性关系。
S3已知区域电网异步电动机负荷占比求***频率变化率
若已知此电网在某一运行方式下负荷侧异步电动机占比β为60％(0.6)，则 可通过公式(7)计算并预判在发生故障A后，***频率变化率为
df/dt＝0.1428×0.6+0.5839＝0.6696Hz/s (8)
S4根据频率变化率调整频率调节裕度
在预判***频率变化率为0.6696Hz/s后，计算***频率调节裕度。已知Q 为0.5％、Δfx为0.2％、ΔPx为1％，t为1秒后，根据式(6)，得***频率调节裕 度Δf为0.6721Hz：
Δf＝Δfx+Δfz＝0.5％×1％×50+1×06696＝0.0025+06696＝0.6721 (9)
由式(9)可知，在确定相关参数后，***频率调整裕度变成0.6721Hz，以保障 不同异步电动机占比的电网安全。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发 明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发 明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种根据异步电动机负荷占比调整***调频裕度的调度控制策略，其特征在于，包括以下步骤：
1)建立异步电动机占比与***频率变化趋势关系模型
感应电动机可以看成d、q轴完全对称的一种特殊同步电机，因此在某些电力***暂态分析程序中，将感应电动机和同步电机的模型做同一处理，在感应电动机单独处理的情况下，为简单起见，常忽略其次暂态过程，将转子考虑成具有相同结构的f和g绕组，其中f绕组短路，标幺值表示的感应电动机方程为
Figure FDA0003883667430000011
上式中，Uq、Ud分别为q轴和d轴机端电压，S为转差率，eq`、ed`为q、d轴感应电动势一次导数，Rs为定子侧电阻iq、id分别为q轴和d轴电流，X、X`和Td0`可以用定子和转子绕组的漏抗Xs、Xr，互电抗Xm，以及转子绕组Rr表示；
X＝Xs+Xr
Figure FDA0003883667430000012
Figure FDA0003883667430000013
在实际应用中，需将式(1)中各量的d、q分量转换成x、y分量以便统一进行电网计算；
对于综合负荷，可以进行简化处理，文献现代电网频率表控制应用技术指出，对应用综合负荷中的感应电动机部分，有：
Figure FDA0003883667430000014
式(3)中U`L为机端电压矢量，E`M为电动机矢量，I`M为异步电动机电流矢量；
式(3)相当于将典型异步电动机的参数Rs、X、X·分别乘以异步电动机在负荷中的占比kM，以反应全部异步电动机负荷，kM的取值应使稳态运行情况下pE`M＝0；
在磁通不变的情况下，感应电机励磁电压与频率成正比：
EM＝4.44fN2Φm (4)
式(4)中EM为异步电动机感应电动势，f为频率，N2为匝数，Φm为磁通；
由式(3)中2式可知，由于Td0`为常数，而随着kM增大，式子右侧绝对值增大导致左侧励磁电压的导数pE`M增大；而由于式(4)中感应电机励磁电压与频率成正比，可知kM增大可直接引发频率导数df/dt增大；即感应电机在负荷中占比越高，频率变化率df/dt越快，异步电动机为***提供的负转动惯量越大；
2)通过仿真量化异步电动机占比与***频率变化趋势关系
对所要研究的区域电网进行仿真，观察相同扰动下，不同异步电动机占比时运行方式下***频率变化率df/dt的变化情况；
经过多次仿真，在相同切机扰动故障下，将N次仿真结果中df/dt与异步电动机占比β进行线性回归分析，简化二者函数关系式，得：
df/dt＝aβ+b (5)
式中，a、b为系数；
3)通过预判***频率变化率调整***频率调整裕度
当发电机组并联运行于电力***时，在机组调速***的作用下，发电机输出功率随电力***频率变化而变化；随着扰动发生，***频率调节裕度会随着频率的降低而降低；根据异步电动机占比确定***有频率变化率，进而判断一定时间周期内的***频率调节程度，叠加已有的***热备用功率，调整频率调节裕度；***总频率调节裕度△f、***已有频率调节裕度△fx、***新增频率调节裕度△fz、功率频率调节系数Q、***有功功率变化率△Px、频率初始值f0、需调整的时间周期t关系如下：
Δf＝Δfx+Δfz＝QΔPx×f0+tdf/dt (6)
功率频率调节系数Q为***总有功功率变化率的0.5％，f0一般为50Hz，t取0-3秒；通过式(6)就能在已知Q、△fx、△Px、f0、t、df/dt和a、β、b的情况下得到***总频率调节裕度△f。
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