一种基于智能家电的电力系统智能化低频低压减载方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于智能家电的电力系统智能化低频低压减载方法，包括：当监控到系统中发生大扰动后，判断系统的频率和电压是否下降到预先设定的减载动作值，一旦达到减载动作值，得到系统中的功率缺额并确定系统应切负荷量；启动智能家电负荷减载模块；启动低频低压减载；若智能家电减载不能使系统频率和电压恢复正常运行范围，频率和电压继续下降至低频低压减载的预先设定值，则启动低频低压减载，根据剩余减载量依次启动低频减载的基本轮和特殊轮切除负荷，直至频率恢复到正常运行范围内，在每轮低频切负荷中都嵌入一个低压减载模块。本发明专利技术可以在电力系统受到扰动后快速有效地抑制频率和电压的跌落甚至崩溃，且切负荷量少经济损失小。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术属于电力系统
，涉及一种低频低压减载方法。

技术介绍

低频低压减载是保证电力系统安全稳定运行的最后一道防线，是一种维系电网功率平衡、防止电力系统频率与电压剧烈下降的有效控制方法。近年来电力系统规模不断扩大，网络构架越来越复杂，电力系统供电的安全可靠性也面临着巨大挑战。现有的传统低频低压减载方法在电力系统频率和电压下降到预先设定值时切除负荷，容易出现过切或欠切，造成经济损失；同时强制停止对减载线路供电，不考虑用电用户的参与性与能动性，影响用户生活质量，已经不能满足电网需求。

技术实现思路

本专利技术的目的是，提供一种可以在电力系统受到扰动后快速有效地抑制频率和电压的跌落甚至崩溃，且切负荷量少经济损失小的低频低压减载方法。本专利技术的技术方案如下：
一种基于智能家电的电力系统智能化低频低压减载方法，包括下列步骤：
1)实时监控电力系统中各母线频率、电压和智能家电负荷的运行状态；
2)当监控到系统中发生大扰动后，判断系统的频率和电压是否下降到预先设定的减载动作值，一旦达到减载动作值，就利用系统中发电机机端频率和频率变化率在控制中心计算出系统惯性中心频率及其频率变化率，得到系统中的功率缺额并确定系统应切负荷量；
3)启动智能家电负荷减载模块
系统扰动发生后，控制中心做出减载决策，向智能家电负荷发出控制信号，智能家电负荷接到控制信号后主动响应：电冰箱负荷上调冷藏室的温度设定范围Tset_refrigerator，瞬时关停一部分正在运行的冰箱；同时电热水器负荷下调自身温度设定范围Tset_waterheater，瞬时关停一部分正在工作的电热水器；再通过双向通信功能将电冰箱负荷的功耗变化量ΔPrefrigerator、无功功率变化量ΔQrefrigerator，电热水器负荷的功耗变化量ΔPwaterheater传回控制中心，智能家电负荷减载结束后，若控制中心判断出此时系统的频率和电压仍然没有恢复到正常状态，则需要继续进行减载；
4)启动低频低压减载
若智能家电减载不能使系统频率和电压恢复正常运行范围，频率和电压继续下降至低频低压减载的预先设定值，则启动低频低压减载，低频减载方案由基本轮和特殊轮组成，并且每轮都要带适量的延时用来防止其误动，特殊轮是应对系统在基本轮减载结束后系统频率没有恢复正常范围却处于一个不正常的数值上而设置；在系统发出启动低频低压减载命令后，根据剩余减载量依次启动低频减载的基本轮和特殊轮切除负荷，直至频率恢复到正常运行范围内，在每轮低频切负荷中都嵌入一个低压减载模块，方法如下：
①根据母线的电压无功曲线在控制中心将各个节点按无功裕度大小进行排序，确定每个节点无功功率裕度，实时更新排序，并与系统状态估计的时间常数保持一致；
②在低频减载的每一轮中利用低压减载模块选择要切除的负荷，低压模块首先要切除的负荷是电压值在0.8p.u.以下的负荷，当切负荷量超过本轮的应切负荷量时，根据步骤①里的排序首先切除电压无功裕度比值较小的负荷；如果电压在0.8p.u.以下的负荷总量小于本轮的应切负荷量，那么就要考虑切除电压值在0.8p.u.到0.85p.u.范围内的负荷；同样，如果切负荷量超过了本轮剩余的应切负荷量，那么根据步骤①里面的排序切除电压无功裕度比值较小的负荷；如果电压在0.8p.u.到0.85p.u.范围内的负荷总量小于本轮剩余的应切负荷量，那么就要考虑切除电压值在0.85p.u.到0.9p.u.范围内的负荷，直到本轮次的应切负荷量全部切完，才继续进行低频减载的下一轮切负荷；
5)系统的频率和电压恢复到正常范围内，减载结束。
依据智能化低压低频减载方案，当受扰动的系统频率下降到减载动作值后，减载装置动作，按预先设定依次切除负荷。基于智能家电的智能化低频低压减载方法能使系统受扰动失稳后的系统频率、各节点电压更快、更好地恢复到正常运行范围内。而且智能家电负荷减载模块可以使减载中的切负荷总量比一般减载方法少，减少了经济损失，提高了用户的参与度。并且低压减载模块可以使受扰动后的系统电压水平恢复至正常运行范围内。
附图说明
图1冷藏室温度为的功率曲线
图2冷藏室温度为的功率曲线
图3正常工作时单台电冰箱的开关状态
图4接受上调命令后电冰箱的开关状态
图5冰箱聚合体正常运行时的功率
图6调后的冰箱聚合体的功率
图7上调后1min内每秒停运的冰箱数量
图8电热水器聚合体正常运行时的功率
图9电热水器聚合体在400min时下调5℃的功率
图10智能化低频低压减载策略流程图
图11低压减载模块流程图
图12IEEE10机39节点测试系统
图13故障后的系统频率图
图14故障后的节点电压图
图15传统减载方法减载后的系统频率图
图16传统减载方法减载后节点7的电压图
图17智能化低频减载后的系统频率图
图18智能化低频减载方法减载后的节点7的电压图
图19智能化低频低压减载方法减载后的系统频率图
图20智能化低频低压减载方法减载后的节点电压
具体实施方式
相量测量单元的推进、通讯系统的进步、智能电网和智能化设备的发展为传统低频低压减载方法提供了新的发展方向。借助向量测量单元的全局观测能力，得到系统的功率缺额情况，及时制定并实施相应的减载方案。并且向量测量单元可以监视系统电压薄弱点，从而以全局视角来选择合适的切负荷点和切负荷量。同时，智能家电具有与电网控制中心直接或者间接通讯的功能，可以根据电网运行要求主动调节运行状态。尤其是在电网频率因电力供需不平衡而降低时，智能家电可以及时减少其功率消耗水平甚至停止运行，用户可以通过智能家电对电网运行要求做出积极的响应，这有助于低频低压减载的进行。下面首先对本专利技术的技术方案进行更为详细的说明。
(1)构建电冰箱聚合体和电热水器聚合体的热力学模型和动力学模型；
本专利技术选择智能家电中的电冰箱和电热水器为研究对象，原因是：电冰箱和电热水器可以通过温度调节来控制自身运行状态；收到控制信号后可以快速响应；短时切断不会影响用户的舒适度；负荷比重大足以对系统的运行产生影响。
对电冰箱的运行特性的模拟需要建立温度动态模型用以描述电冰箱与环境的能量交换。当电冰箱冷藏室温度大于等于设置温度上限时，电冰箱处于制冷状态，冰箱功率值非零，温度曲线下降；当电冰箱冷藏室内温度小于等于设置温度下限Tlower时，电冰箱处于停止制冷状态，电冰箱功率为零，冷藏室内的温度自然回升，温度曲线上升；而当冷藏室温度处于设定温度区间内时，电冰箱负荷保持原有状态不变，如图1所示。其中实线代表电冰箱冷藏室内的温度，虚线代表电冰箱的功率。
为使电冰箱的功率消耗对电网的运行状态产生影响，需要多个电冰箱共同作用，将接受系统控制信号并响应于相同减载控制策略的多个电冰箱组成的总体称为电冰箱聚合体，其参数如表1所示。假设电冰箱聚合体中所有冰箱型号相同(大小相同，热电导相同，额定功率相同，制冷效率相同)。由于每个用户冰箱内储存食物种类的不同，故每台电冰箱的热容量不同，仿真中假设热容量在7.9kWh/℃到32kWh/℃之间平均分布。电冰箱冷藏室的温度变化范围是5℃到8℃，假设冰箱在仿真开始时刻的温度是在这个范围内平均分布的。
其中，所述的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于智能家电的电力系统智能化低频低压减载方法，包括下列步骤：1)实时监控电力系统中各母线频率、电压和智能家电负荷的运行状态；2)当监控到系统中发生大扰动后，判断系统的频率和电压是否下降到预先设定的减载动作值，一旦达到减载动作值，就利用系统中发电机机端频率和频率变化率在控制中心计算出系统惯性中心频率及其频率变化率，得到系统中的功率缺额并确定系统应切负荷量；3)启动智能家电负荷减载模块系统扰动发生后，控制中心做出减载决策，向智能家电负荷发出控制信号，智能家电负荷接到控制信号后主动响应：电冰箱负荷上调冷藏室的温度设定范围Tset_refrigerator，瞬时关停一部分正在运行的冰箱；同时电热水器负荷下调自身温度设定范围Tset_waterheater，瞬时关停一部分正在工作的电热水器；再通过双向通信功能将电冰箱负荷的功耗变化量ΔPrefrigerator、无功功率变化量ΔQrefrigerator，电热水器负荷的功耗变化量ΔPwaterheater传回控制中心，智能家电负荷减载结束后，若控制中心判断出此时系统的频率和电压仍然没有恢复到正常状态，则需要继续进行减载；4)启动低频低压减载若智能家电减载不能使系统频率和电压恢复正常运行范围，频率和电压继续下降至低频低压减载的预先设定值，则启动低频低压减载，低频减载方案由基本轮和特殊轮组成，并且每轮都要带适量的延时用来防止其误动，特殊轮是应对系统在基本轮减载结束后系统频率没有恢复正常范围却处于一个不正常的数值上而设置；在系统发出启动低频低压减载命令后，根据剩余减载量依次启动低频减载的基本轮和特殊轮切除负荷，直至频率恢复到正常运行范围内，在每轮低频切负荷中都嵌入一个低压减载模块，方法如下：①根据母线的电压无功曲线在控制中心将各个节点按无功裕度大小进行排序，确定每个节点无功功率裕度，实时更新排序，并与系统状态估计的时间常数保持一致；②在低频减载的每一轮中利用低压减载模块选择要切除的负荷，低压模块首先要切除的负荷是电压值在0.8p.u.以下的负荷，当切负荷量超过本轮的应切负荷量时，根据步骤①里的排序首先切除电压无功裕度比值较小的负荷；如果电压在0.8p.u.以下的负荷总量小于本轮的应切负荷量，那么就要考虑切除电压值在0.8p.u.到0.85p.u.范围内的负荷；同样，如果切负荷量超过了本轮剩余的应切负荷量，那么根据步骤①里面的排序切除电压无功裕度比值较小的负荷；如果电压在0.8p.u.到0.85p.u.范围内的负荷总量小于本轮剩余的应切负荷量，那么就要考虑切除电压值在0.85p.u.到0.9p.u.范围内的负荷，直到本轮次的应切负荷量全部切完，才继续进行低频减载的下一轮切负荷；5)系统的频率和电压恢复到正常范围内，减载结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于智能家电的电力系统智能化低频低压减载方法，包括下列步骤：
1)实时监控电力系统中各母线频率、电压和智能家电负荷的运行状态；
2)当监控到系统中发生大扰动后，判断系统的频率和电压是否下降到预先设定的减载动作值，一旦
达到减载动作值，就利用系统中发电机机端频率和频率变化率在控制中心计算出系统惯性中心频率及其频
率变化率，得到系统中的功率缺额并确定系统应切负荷量；
3)启动智能家电负荷减载模块
系统扰动发生后，控制中心做出减载决策，向智能家电负荷发出控制信号，智能家电负荷接到控制信
号后主动响应：电冰箱负荷上调冷藏室的温度设定范围Tset_refrigerator，瞬时关停一部分正在运行的冰箱；同
时电热水器负荷下调自身温度设定范围Tset_waterheater，瞬时关停一部分正在工作的电热水器；再通过双向通
信功能将电冰箱负荷的功耗变化量ΔPrefrigerator、无功功率变化量ΔQrefrigerator，电热水器负荷的功耗变化量
ΔPwaterheater传回控制中心，智能家电负荷减载结束后，若控制中心判断出此时系统的频率和电压仍然没有恢
复到正常状态，则需要继续进行减载；
4)启动低频低压减载
若智能家电减载不能使系统频率和电压恢复正常运行范围，频率和电压继续下降至低频低压减载的预
先设定值，则启动低频低压减载，低频减载方案由基本轮和特殊轮组成...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继东，张慧颖，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12