一种电力系统三次调频方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电力系统三次调频方法，在电力系统二次调频失效的情况下，电网频率长期单向偏离额定频率时，以电站为单位，基于电站投入的AGC采用不同模式进行三次调频的有功功率调节：以基于二次调频预留容量进行三次调频，或者基于一次调频调节量进行三次调频，或者基于随机参数进行三次调频。本发明专利技术是动作顺序晚于一次调频和二次调频对频率实现无差调节的三次调频；相比二次调频功能，本发明专利技术的三次调频功能完全摆脱了对中枢节点的依赖性，从而大幅提高了功能的可靠性，相比通过调用火电机组蓄热或蓄能资源的一次调频功能，本发明专利技术的三次调频方法无疑在调节效果上具有了更高的稳定性和可持续性。稳定性和可持续性。稳定性和可持续性。

【技术实现步骤摘要】
一种电力系统三次调频方法


[0001]本专利技术涉及电力系统自动化控制
，特别涉及一种电力系统三次调频方法。

技术介绍

[0002]电网频率反映了电力系统发电功率和消耗功率的平衡，具体表现为：当发电功率高于消耗功率时，电网频率高于额定频率(50Hz)；当发电功率低于消耗功率时，电网频率低于额定频率。以电网频率为参照指标，电力系统通过调节发电功率和消耗功率使两者回到平衡状态，其主要调节方式则还是针对发电功率的一次调频和二次调频调节。
[0003]一次调频是指当电网频率与额定频率偏差超过一次调频门槛值(比如大部分电网为水电0.05Hz、火电0.03Hz)后，各机组调速器系统根据预设的“频率
‑
功率”调节系数对机组有功功率进行调节，以在一定程度上弥补电网发电功率与消耗功率之间的失衡。由于没有统一的控制中枢对各参与一次调频的机组进行协调控制，且与调节量的计算机制有关，一次调频无法使电网频率完全恢复到额定频率，因此又被称为有差调节；但一次调频的优势在于：1)由于没有统一的控制中枢，于是也避免了二次调频那样完全失效的风险(例如调度二次调频功能模块异常退出)，从而获得了极高的总体可靠性；2)调节指令由机组直接计算得出，省略了二次调频的调度计算、指令传输、电站AGC分配等过程，因此对电网频率异常的响应速度远快于二次调频。
[0004]二次调频是指当电网频率与额定频率偏差超过二次调频门槛值后，调度对控制范围内各并网电站的输出有功功率进行调节，使电网发电功率和消耗功率恢复平衡状态，以保证电网频率和额定频率之差在允许范围内。二次调频包括如下步骤：1)调度机构根据电网频率偏差量，以及电网“频率
‑
功率”敏感系数，对使电网频率回复到额定频率而需要的发电功率变化量进行计算；2)调度根据计算结果对控制区域内各并网电站的有功功率设定值进行修正，并发出功率调节指令；3)各电站在接收到新的有功功率设定值后，由AGC将电站总有功功率设定值分配到受AGC控制的各台机组；4)各机组有功功率控制系统根据新的单机有功功率设定值对机组有功功率进行闭环反馈调节。
[0005]从上文不难看出，目前电力系统的频率调节机制是在发电功率和消耗功率失衡、并造成电网频率偏离额定频率的情况下，首先依赖一次调频的速动性和稳定性，削弱电网频率相对于额定频率的偏差量；之后再通过二次调频的无差调节，使电力系统的发电功率和消耗功率恢复到平衡状态。然而这种频率调节机制的问题在于，其二次调频功能依赖于布置在电网调度自动化控制系统的计算中枢和调节中枢，如果中枢节点发生异常，则二次调频功能将处于完全失效状态，只能依靠各发电机组一次调频的自发性调节对电网频率进行有限程度的纠偏。而目前占据主要比例的火力发电机组，其一次调频以机组的蓄热或蓄能为调节资源，虽然相比水电机组具有更好的一次调频性能，但无法持续过长时间，一旦调节资源消耗殆尽，则电网频率将重新恢复到不受控制的失衡状态。考虑到目前日益严峻的网络安全形势，这种频率调节机制对二次调频中枢过高的依赖性，无疑将成为威胁电力系
统安全的一个重要隐患。
[0006]需要指出的是，虽然在一次调频和二次调频之外，有文献提出了“三次调频”的概念，例如“常烨骙,刘娆,王冲,张欣,李卫东.核电参与三次调频控制策略研究[J].电力系统保护与控制,2014,42(08):71
‑
76.”，以及“刘维烈.电力系统调频与自动发电控制[M].北京:中国电力出版社,2006:28
‑
40”。但以上文献提出的三次调频概念，特指调度根据负荷预测对各发电站进行的负荷预分配和预安排，其作用是通过精准的预测和正确的计划使电力系统的发电功率和消耗功率变化趋势基本吻合；与一次调频和二次调频在发电功率和消耗功率失衡之后，通过功率调节使二者恢复平衡的事后调节机制相比较，文献所定义的三次调频无疑属于完全不同的功能范畴，将其归入调节或调频的领域，称之为“调频”已欠妥当，而考虑到其作用时间先于一次调频和二次调频，在“调频”之前冠之以“三次”更无理由，实际上在电力系统工程实践领域中，这一概念也从未能够得到推广。
[0007]因此，如何能够在“一次调频”和“二次调频”之外，设置动作顺序晚于“一次调频”和“二次调频”调节的“三次调频”功能，仍然是一个有待解决的问题。同时考虑到已经应用多年的一次调频和二次调频功能，在部分工况下的调节冲突问题尚未得到完全妥善解决，如何在不干扰一次调频和二次调频功能的前提下，对三次调频的调节机制进行设计，则还是一个较为困难的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的问题在于提供一种电力系统三次调频方法，是动作顺序晚于一次调频和二次调频的调节，在电力系统二次调频功能无法发挥作用的情况下，对各电站有功功率进行去中枢化的分布式调节，使电力系统频率恢复到基本平衡的状态。
[0009]本专利技术是所采用以下技术方案来实现：
[0010]一种电力系统三次调频方法，其特征在于，在电力系统二次调频失效、电网频率一段时间单向偏离额定频率时，以电站为单位，基于电站投入的AGC采用以下模式进行三次调频的有功功率调节：
[0011]以基于二次调频预留容量进行三次调频的模式：在电站为二次调频调节预留了可调容量，且电站全厂有功功率设定值与全厂有功功率计划值之间的偏差绝对值小于二次调频预留容量，则基于二次调频预留容量和三次调频系数对全厂有功设定值以周期迭代的方式进行修正；
[0012]或者，以基于一次调频调节量进行三次调频的模式：每周期根据一次调频实际调节量、一次调频目标调节量或一次调频修正调节量获取一次调频调节量，将其赋值给数组中的一个元素，若干周期后根据加权平均值对全厂有功设定值进行修正；
[0013]或者，以基于随机参数进行三次调频的模式：对全厂有功功率实发值进行等量分割，依据分割单元数量由实时监控系统生成随机数，并依次赋值给数组中的各个元素；每个周期根据电网频率偏差、分割单元容量、数组中指定值的数量、预设的三次调频功率调节系数得到修正功率，根据修正功率对全厂有功设定值进行修正；
[0014]各模式中获得修正的全厂有功设定值之后，由AGC对各机组的单机有功设定值进行修改，并分别在各机组进行单机有功功率闭环调节；
[0015]在电网频率偏差回落或AGC状态变化达到停止触发条件则停止三次调频。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0017]1、本专利技术的电力系统三次调频方法，是动作顺序晚于一次调频和二次调频对频率实现无差调节的“三次调频”；本专利技术的三次调频调节通过对电站AGC全厂有功设定值的修改来实现，在机制上属于常规的有功功率调节，基本所有功能都部署在电站侧实时监控系统(分布在各发电站)，不依赖于任何中枢节点；本专利技术的电力系统三次调频方法总体上采用了周期迭代调节的思路，其调节机制是在较长的时间尺度下，通过多次调节的方式，逐步使系统频率恢复到较为平衡的状态，因此与已有的一次调频功能相比，本专利技术三次调频方法具有无差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力系统三次调频方法，其特征在于，在电力系统二次调频失效、电网频率一段时间单向偏离额定频率时，以电站为单位，基于电站投入的AGC采用以下模式进行三次调频的有功功率调节：以基于二次调频预留容量进行三次调频的模式：在电站为二次调频调节预留了可调容量，且电站全厂有功功率设定值与全厂有功功率计划值之间的偏差绝对值小于二次调频预留容量，则基于二次调频预留容量和三次调频系数对全厂有功设定值以周期迭代的方式进行修正；或者，以基于一次调频调节量进行三次调频的模式：每周期根据一次调频实际调节量、一次调频目标调节量或一次调频修正调节量获取一次调频调节量，将其赋值给数组中的一个元素，若干周期后根据加权平均值对全厂有功设定值进行修正；或者，以基于随机参数进行三次调频的模式：对全厂有功功率实发值进行等量分割，依据分割单元数量由实时监控系统生成随机数，并依次赋值给数组中的各个元素；每个周期根据电网频率偏差、分割单元容量、数组中指定值的数量、预设的三次调频功率调节系数得到修正功率，根据修正功率对全厂有功设定值进行修正；各模式中获得修正的全厂有功设定值之后，由AGC对各机组的单机有功设定值进行修改，并分别在各机组进行单机有功功率闭环调节；在电网频率偏差回落或AGC状态变化达到停止触发条件则停止三次调频。2.如权利要求1所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，三次调频是否投入及采用的模式选择为：1)设置用于判断三次调频是否自启动的各项参数：三种模式中，基于二次调频预留容量进行三次调频的模式为高优先级调节模式；基于一次调频调节量进行三次调频的模式、基于随机参数进行三次调频的模式均为低优先级调节模式，择其一执行低优先级调节模式；分别为三种模式设置触发门槛，低优先级调节模式的触发门槛高于高优先级调节模式的触发门槛；设置三次调频的启动门槛值
△
f1，
△
f1≥
△
f3，其中
△
f3为一次调频门槛；设置三次调频的触发累积参数s，每AGC系统周期对其是否清零复归进行判断，若不清零复归则进行累加；设置三次调频的停止门槛值
△
f5，
△
f5＜
△
f1；2)每AGC系统周期将三次调频的触发累积参数与三次调频的触发门槛进行比较：S2410)如果触发累积参数s小于三次调频高优先级调节模式的触发门槛，三次调频不启动；S2420)如果触发累积参数s大于三次调频高优先级调节模式的触发门槛，但小于三次调频低优先级调节模式的触发门槛，则判断三次调频投入的调节模式：S2421)若三次调频处于高优先级调节模式，则三次调频启动；S2422)若三次调频处于低优先级调节模式，则三次调频不启动；S2430)如果触发累积参数s大于三次调频低优先级调节模式的触发门槛，则三次调频启动；在三次调频启动并调节后，如果高优先级调节模式不可用，且三次调频的触发累积参
数s小于三次调频低优先级调节模式的触发门槛，则停止三次调频。3.如权利要求2所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，所述触发累积参数s的清零复归判断及累加为：1)每AGC系统周期对触发累积参数s的清零复归条件进行判断为：S2210)比较电网频率偏差绝对值与三次调频启动门槛值
△
f1的大小，如果|f
‑
50|＜
△
f1，则对触发累积参数s进行清零复归，其中f为电网频率；S2220)判断电站AGC是否投入，如果AGC未投入，则对触发累积参数s进行清零复归；S2230)判断是否有机组投入AGC控制，如果没有机组投入AGC控制，则对触发累积参数s进行清零复归；S2240)判断是否接收到新的AGC调节指令，如果接收到则对触发累积参数s进行清零复归；S2250)判断三次调频是投入状态还是退出状态，如果是退出状态则对触发累积参数s进行清零复归；S2260)如果以上S2210至S2250所述条件均不满足，则不对三次调频的触发累积参数s进行清零复归；2)每AGC系统周期对触发累积参数进行累加为：S2310)将当前周期采集到的系统频率偏差绝对值与上周期采集到的频率偏差绝对值进行对比：S2311)如果当前周期的系统频率偏差绝对值小于上周期的系统频率偏差绝对值，即如果|f
‑
50|＜|f
’‑
50|，则跳过以下后续步骤，并保持触发累积参数s不变，其中f
’
为上周期采集的电网频率；S2312)如果当前周期的系统频率偏差绝对值大于上周期的系统频率偏差绝对值，即如果|f
‑
50|≥|f
’‑
50|，则执行S2320，对三次调频的触发累积参数s进行累加；S2320)根据系统频率偏差和积分时间，对三次调频的触发累积参数s进行累加：S2321)对三次调频的触发累积参数s进行累加的理论计算公式为，s＝s+∫(f
‑
50
‑
Δf2)dt，
△
f2为人工设置常数，满足0＜
△
f2＜
△
f1，dt为时间积分；S2322)对三次调频的触发累积参数s进行累加的实际计算公式为s＝s+(|f
‑
50|－
△
f2)
×
T
S
，其中若AGC系统有恒定的计算周期，则T
S
为该周期时间，若没有则T
S
为平均周期时间或估计周期时间。4.如权利要求2所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，三次调频的高优先级调节模式和三次调频低优先级调节模式之间可切换：S1310)三次调频投入时，如果三次调频高优先级调节模式可用，则三次调频选择高优先级调节模式；S1320)三次调频投入时，如果三次调频高优先级调节模式不可用，则三次调频选择低优先级调节模式；S1330)三次调频投入后，如果三次调频处于高优先级调节模式，且三次调频高优先级调节模式不可用，则三次调频切换为低优先级调节模式；S1340)三次调频投入后，如果三次调频处于低优先级调节模式，且距离上次三次调频模式切换的时间大于预先设定的计时门槛T，则对三次调频高优先级调节模式的可用性进
行判断：S1341)若三次调频高优先级调节模式可用，则三次调频切换为高优先级调节模式；S1342)若三次调频高优先级调节模式不可用，则三次调频保持为低优先级调节模式。5.如权利要求1或2所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，基于二次调频预留容量进行三次调频的模式，是在电站实时监控系统设置包含n个元素的数组，每个周期根据二次调频预留容量和三次调频系数对数组中的第一个元素赋值，并将数组中的各元素依次向后赋值；n个周期后数组中的元素均被赋值或迭代，然后根据数组加权平均值获得修正功率，再对全厂有功设定值进行修正。6.如权利要求5所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，基于二次调频预留容量进行三次调频的模式进行调节，包括以下操作：S3100)电网提前计算三次调频系数，并按固定时间段提前下发给电站：S3110)采用二次调频中全网负荷与K
F
的比例，K
F
为二次调频调节量与频率偏差的比例；S3120)根据对未来全网负荷的预测，用未来每时间段的全网负荷的预测除以二次调频中全网负荷与K
F
的比例，获得未来每时间段的K
F
；S3130)设未来某时间段，共有α个电站计划参与二次调频，电站二次调频预留上调容量为二次调频预留下调容量为P，则：S3131)该电站的三次调频上调系数为其中为第i个电站的二次调频预留上调容量；S3132)该电站的三次调频下调系数为k
f
，其中P
i
为第i个电站的二次调频预留下调容量；S3200)在该电站实时监控系统设置包含n个元素的数组其中n为人工设置参数，n
×
T
S
为该电站机组完成一次有功功率调节所需时间的2～3倍，数组包含各变量的初始值为0；T
S
为AGC系统周期；S3300)每个AGC系统周期对进行赋值，并将数组中各元素依次向后赋值，使S3400)所述对进行赋值为：S3410)当电网频率f＜50，S3420)当电网频率f＞50，S3500)n个周期后数组中的元素均被赋值或迭代，根据数组对全厂有功设定值进行一次修正：
S3510)加权平均计算修正功率
△
p1,,为数组的第i个元素；S3520)如果修正功率
△
p1＞0，则全厂有功设定值＝min(全厂有功设定值+修正功率
△
p1，全厂有功功率可调上限)；S3530)如果修正功率
△
p1＜0，则全厂有功设定值＝max(全厂有功设定值+修正功率
△
p1，全厂有功功率可调下限)；S3600)获得修正的全厂有功设定值之后，AGC对各机组的单机有功设定值进行修改，并分别在各机组进行单机有功功率闭环调节。7.如权利要求1或2所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，基于一次调频调节量进行三次调频的模式，是在电站实时监控系统设置包含n个元素的数组，每周期根据一次调频实际调节量、一次调频目标调节量或一次调频修正调节量，将其赋值给数组中的第一个元素，并将数组中的各元素依次向后赋值；n个周期后数组中的元素均被赋值或迭代，然后根据数组加权平均值获得修正功率，再对全厂有功设定值进行周期性修正。8.如权利要求7所述的电力系统三次调频方法，其特征在于，以基于一次调频调节量进行三次调频的模式进行调节，包括以下操作：S4100)在电站实时监控系统设置包含n个元素的数组其中n为人工设置参数，n
×
T
S
应为该电站机组完成一次有功功率调节所需时间的2～3倍，数组包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡林，尹述红，刘永珺，倪旺丹，钟东明，李阳毅诚，杨庆，李森，
申请(专利权)人：华能澜沧江水电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：