一种基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法及系统，通过对系统中大部分可控的柔性负荷引入频率反馈控制，将自然负荷阻尼因子改造为受控负荷阻尼因子。通过实际电力系统中对工业类用电负荷、商业与居民用电负荷和农业用电负荷实验表明，在允许电压范围内，受控负荷阻尼因子的值大概率分布在之间，从而可以通过SVG不仅保证了电压的正常调节，也大大增强了新型电力系统的调频能力，该发明专利技术使用SVG统一了电力系统的调频调压控制理论和实现技术。系统的调频调压控制理论和实现技术。系统的调频调压控制理论和实现技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法及系统


[0001]本专利技术提出了一种基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法及系统，增强以新能源为主体的新型电力系统的调频与调压能力，同时也扩展了并联型调压装备的功能。专利技术的受控负荷阻尼因子控制器与SVG无功电压调节器共同控制SVG的无功功率，保证10kV负荷侧电压在允许范围内，通过调节负荷侧的母线电压从而改变负荷的有功功率，最终实现负荷有功功率对系统频率变化的受控响应，大幅度提升负荷阻尼因子，实现了负荷侧调频与调压的统一控制。

技术介绍

[0002]随着新能源大规模接入电网，我国电源结构将从传统火电机组为主导，逐步演变为以新能源发电为主导，预计2060年风电和光伏发电的装机容量占比之和将超过60％，发电量占比之和达到约35％。而风电与光伏发电等新能源出力具有多时空的强不确定性和预测的不准确性，以及这些可再生能源发电机组尚不具备与传统电源机组相当的调频和调峰能力以及好的可控性。因此，为满足发电、传输和用电的实时供需平衡，保证系统的频率和电压在允许偏差范围内运行将会受到技术上的巨大挑战，而以新能源为主体的新型电力系统的运行首当其冲的就是要解决调频与调压。
[0004]从系统调频与调压方面的研究看，解决以新能源为主体的新型电力系统的调频问题大致有三条路径：1）建设大量的调频电源，如快速启停的燃气轮机发电和储能电站等；2）改造新能源发电设备使其自身具备调频能力；3）实现负荷控制参与调频。解决新型电力系统的调压技术主要路径：1）调节常规发电机组的无功实现调压；2）在可再生能源发电侧安装静止无功发生器；3）在负荷侧装设电容器或静止无功发生器。在调频领域，为了减少新型电力系统调频电源的建设，补充调频能力不足这一问题，前一专利专利技术了受控负荷阻尼因子控制器，其专利技术思路是设计系统频率偏差反馈控制器去控制负荷侧母线电压的调节量，再通过并联型的静止无功发生器实现负荷侧电压的调节，从而实现负荷侧有功功率受控响应系统频率的变化，大幅提升负荷阻尼因子。同时，未来保证负荷侧的电压波动在允许范围内，同样可以采用静止无功发生器调节负荷侧的无功功率，达到电压调节的目的。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及采用已经专利技术的负荷阻尼因子控制器和静止无功发生器（SVG）的母线电压控制器，专利技术以新能源为主体的新型电力系统调频和调压的统一控制理论和实现技术。专利技术的受控负荷阻尼因子控制器的输出接入SVG电压控制器的无功输出参考端，根据系统的频率偏差与电压反馈的关系控制SVG无功功率参考值，并通过10kV母线侧并联安装的静止无功补偿器实现电力系统的频率调节的目的，同时在正常运行时通过SVG电压控制器保证负荷供电电压调节质量。。该专利技术是通过设计系统频率偏差与负荷侧允许的电压调节偏差的反馈控制器，调节负荷的有功功率实现调频，在保证系统频率质量的同时，SVG也实
现调压，最终用一类并联型的SVG实现负荷有功功率对系统频率变化的受控响应，在保证负荷侧电压在允许范围内实现大幅度提升负荷受控响应系统频率的变化，达到新型电力系统调频和调压的目的。
[0006]在常规电力系统中，静止无功发生器（SVG）已成功应用在10kV母线上实现了无功调节，保证了负荷侧的供电电压质量。但SVG除了实现无功电压调节外，从来没有被提及可以实现调频的用途。对于电力系统而言，运行中故障或可再生能源的大幅波动，都会造成负荷损失或发电缺额，这会给电力系统的频率造成偏差，系统频率偏差与负荷损失或发电损失以及所有发电机的下垂特性（即发电机的功频响应特性）和负荷阻尼因子D（即负荷功率对系统频率的自然响应特性）的关系可以表示为其中，若系统损失了负荷，则为负，若损失了发电，则为正。
[0007]建设以新能源为主体的新型电力系统将会成为未来电力工业发展的方向。世界各国都在加快发展可再生能源发电，特别在中国，要将大量常规的燃煤火电机组用可再生能源发电逐步替代。从电力系统调频的角度出发，当可再生能源发电替代常规煤电机组时，上式中的发电机的下垂特性将会变得越来越小，在电力系统受到同样的负荷损失或发电损失时，系统的频率偏差将会变得很大，导致电力系统无法在满足频率偏差标准下运行。
[0008]从所周知，大量的常规煤电被可再生能源发电替代后，保障新型电力系统的调频偏差在允许标准下运行将是该系统最根本的任务。从前面的调频公式中可以得出有以下几种措施来保证频率偏差在允许范围：其中一种是在系统中建设快速启停的调频电源，如燃气轮机和蓄能电站等，建设这些调频电源不仅投资大，而且运行成本也高；另一种是要求可再生能源发电机组参与调频，如风电和光伏发电通过控制去实现与常规发电机组相同的下垂特性，这不仅在技术上会遇到很多困难，而且也会大幅降低可再生能源的发电效率；最后一种是本专利技术的核心内容，能否通过SVG无功电压控制去增大负荷阻尼因子，也可以达到减少系统频率偏差的目的。本专利技术通过对系统中大部分可控的柔性负荷引入频率反馈控制，将自然负荷阻尼因子改造为受控负荷阻尼因子。自然负荷阻尼因子是负荷功率对系统频率的自然响应特性，其含义为：系统频率每变化%，负荷的有功功率变化%。但实际系统中有很多用电设备不响应系统频率的变化，如大量的热负荷、电解类负荷、直流供电负荷和照明负荷等，在常规系统调频计算中假设自然负荷阻尼因子D=1
‑
1.5，实际上系统测试的结果远小于假设值。本专利专利技术的受控负荷阻尼因子控制器如图1所示，专利技术了系统频率偏差反馈控制器，在负荷侧母线电压允许的范围内控制负荷侧电压的变化，即，将送至执行元件，如10kV母线并联安装的静止无功发生器如图2所示，快速调整其偏差电压，完成负荷侧电压的调整，相对应地调节了负荷有功功率的变化，即。根据自然负荷阻尼因子的定义，受控负荷阻尼因子。通过实际电力系统中对工业类用电负荷、商业与居民用电负荷和农业用电负荷实验表明，在允许电压范围内，受控负荷阻尼因子的值大概率分布在之间，从而可以通过SVG不仅保证了电压的正常调节，也大大增强了新型电力系统的调频能力，该专利技术使用SVG统一了电力系
统的调频调压控制理论和实现技术。
[0009]本专利技术原创性地专利技术了受控负荷阻尼因子与无功电压调节协同控制器，基于并联型无功补偿器作为执行元件，建立了新型电力系统负荷侧调频与调压的统一控制理论和实现技术。该协同控制器可以实现110kV用户变电站或10kV侧负荷的有功功率受控响应系统频率变化的功能，同时通过无功功率的调节也能够实现电压质量的控制。该专利技术设计了系统频率偏差与负荷侧电压变化的反馈控制环节，并连接于静止无功补偿器无功电压调节器，完成SVG无功功率的调节，达到调节负荷侧电压并改变负荷有功功率的功能。
[0010]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案可以通过下述步骤得以解决的：一种基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法，其特征在于，包括：将受控负荷阻尼因子控制器应用到基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制中，具体包括：将受控阻尼因子控制器接入到静止无功发生器，根据系统发生的频率偏差去调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法，其特征在于，包括：将受控负荷阻尼因子控制器应用到基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制中，具体包括：将受控阻尼因子控制器接入到静止无功发生器，根据系统发生的频率偏差去调整10kV负荷侧的电压量，通过需调整的电压量自动调节SVG的无功功率，达到调节负荷侧的电压变化量为，使得负荷侧有功功率达到受控变化为的目的；当系统的发电或负荷损失消失后，系统频率偏差回到额定运行频率或在允许的频率偏差标准内，这时受控阻尼因子控制器的输出，SVG返回至正常的无功电压调节，实现维持无功电压调节的目的。2.根据权利要求1所述的基于110kV变电站执行的电网调频与调压统一控制方法，其特征在于，包括：将受控阻尼因子控制器接入到静止无功发生器，根据系统发生的频率偏差去调整10kV负荷侧的电压量，通过需调整的电压量自动调节SVG的无功功率，达到调节负荷侧的电压变化量为，使得负荷侧有功功率达到受控变化为的目的。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，测量系统频率偏差转化为需要控制的电压偏差的具体方法是：设定测量频率以及时间段，测量电网频率获得根据测量的得到；确定频率反馈放大倍数和电压反馈放大倍数，并得到受控负荷阻尼因子；根据电网频率量测结果，若小于49.8Hz则小于0，负荷侧电压降低；若大于50.2Hz则小于0，负荷侧电压升高。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定频率反馈放大倍数和电压反馈放大倍数基于以下公式：根据获得的负荷侧允许电压最大变化量和相应的有功功率最大变化量值，获得；，其中，为电网允许的最大频率偏差，通常可以设定为0.5Hz；。5.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙元章，徐箭，廖思阳，柯德平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：