李 順，廖清芬，劉滌塵，李 昂，岑炳成，王佳麗

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基于WAMS的自適應(yīng)低頻減載動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略

李 順1，廖清芬1，劉滌塵1，李 昂2，岑炳成1，王佳麗1

(1.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院, 湖北 武漢430072；2.深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518001)

在《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》(599號(hào)令)中，提出了在故障處理過程中的負(fù)荷切除量等同于故障損失負(fù)荷量，這要求電網(wǎng)在安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下盡可能地少切或不切負(fù)荷，以降低事故控制代價(jià)。因此，提出計(jì)及負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)、P-V特性和負(fù)荷重要度的減載貢獻(xiàn)因子來有效指導(dǎo)低頻減載過程中的選址定容。通過分析電壓突變因素對(duì)不平衡功率的影響以提高功率缺額計(jì)算式精度，依據(jù)系統(tǒng)頻率變化率的梯度變化逐輪次地動(dòng)態(tài)優(yōu)化減載量，以期充分發(fā)揮系統(tǒng)頻率的自恢復(fù)調(diào)節(jié)能力。IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)仿真分析表明，所提出的低頻減載動(dòng)態(tài)修正優(yōu)化策略，能夠在減少切負(fù)荷控制代價(jià)的同時(shí)改善系統(tǒng)頻率恢復(fù)水平，從而兼顧頻率緊急控制的經(jīng)濟(jì)性與可靠性要求。

頻率恢復(fù)；減載貢獻(xiàn)因子；599號(hào)令；廣域測(cè)量系統(tǒng)；自適應(yīng)控制

0 引言

低頻減載(UFLS)是抑制頻率事故產(chǎn)生的最有效方法，可在大量不平衡功率情況下保證頻率穩(wěn)定。隨著遠(yuǎn)距離大容量的跨區(qū)輸電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，用戶對(duì)供電安全可靠性提出了更高要求。新頒布的《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》[1](599號(hào)令)，以法律形式對(duì)電力安全事故的調(diào)查處理做出詳細(xì)規(guī)定，明確了依據(jù)故障中負(fù)荷切除量作為事故等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的主要評(píng)定指標(biāo)，指出穩(wěn)控減載量等同于故障負(fù)荷損失量，這代表在今后的事故處理中，在保證系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行的條件下盡可能少地對(duì)負(fù)荷下切除命令。因此，需針對(duì)傳統(tǒng)減載方案來設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，在滿足約束條件下降低控制代價(jià)和改善減載效果，保證頻率穩(wěn)定恢復(fù)的快速性及優(yōu)質(zhì)性。

在制定減載控制策略時(shí)，減載量、減載地點(diǎn)和減載時(shí)間等參數(shù)的確定將直接影響頻率穩(wěn)定恢復(fù)的速度與效果，它們是評(píng)價(jià)UFLS方案優(yōu)劣的三大關(guān)鍵因素[2]。國內(nèi)外諸多學(xué)者對(duì)UFLS策略制定問題進(jìn)行了深入探討與研究。在文獻(xiàn)[2]中詳細(xì)評(píng)述了近年來國內(nèi)外在UFLS/UVLS方面所做的研究工作，并對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究發(fā)展方向提出了展望。文獻(xiàn)[3]指出通過優(yōu)先切除頻率調(diào)節(jié)系數(shù)小的線路，可以加快頻率恢復(fù)與穩(wěn)定。文獻(xiàn)[4]利用基于廣域測(cè)量的系統(tǒng)慣性中心頻率變化率來實(shí)時(shí)估計(jì)功率缺額，但未考慮節(jié)點(diǎn)電壓突變影響，其計(jì)算精度有待提升。文獻(xiàn)[5]所提方案將功率缺額作為減載基本段負(fù)荷切除量并予以一次性切除，這不能有效發(fā)揮系統(tǒng)的頻率自恢復(fù)能力。在文獻(xiàn)[6]中，通過監(jiān)測(cè)首輪頻率變化率來優(yōu)化減載自適應(yīng)控制的各輪減載量分配，但并沒有考慮后備輪的應(yīng)用，也尚未討論UFLS的選址定容方法。文獻(xiàn)[7]研究了頻率時(shí)空分布對(duì)低頻減載的影響，指出集中切大用戶工業(yè)負(fù)荷可快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率。文獻(xiàn)[8]提出一種兼顧考慮系統(tǒng)頻率恢復(fù)性能和切負(fù)荷量最小的UFLS優(yōu)化模型，同時(shí)考慮各種預(yù)設(shè)場景下的風(fēng)險(xiǎn)概率。文獻(xiàn)[9]結(jié)合599號(hào)令中相關(guān)規(guī)定，在過載切負(fù)荷策略制定中提出利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)控制措施進(jìn)行評(píng)價(jià)篩選的方法。

目前，主流的減載策略制定還是以“離線仿真，在線匹配”[10-12]為主，對(duì)于具體穩(wěn)定問題的分析和控制若按照傳統(tǒng)的確定性方法分析，將很難滿足在保證電網(wǎng)安穩(wěn)運(yùn)行前提下的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。因此，本文在歸納新形勢(shì)下減載策略制定的應(yīng)對(duì)方法基礎(chǔ)上，研究了選址定容中應(yīng)用減載貢獻(xiàn)因子來改善受擾后頻率穩(wěn)定恢復(fù)的效果，并制定了基于廣域測(cè)量的自適應(yīng)低頻減載動(dòng)態(tài)優(yōu)化策略，并以IEEE 39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)解決大量不平衡功率穩(wěn)定問題的低頻減載策略實(shí)施為例，對(duì)所提方案進(jìn)行闡釋。

1 新形勢(shì)下的低頻減載策略制定

《DL755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》[13]和599號(hào)令分別從電網(wǎng)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性角度對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃、系統(tǒng)運(yùn)行與控制等方面提出嚴(yán)格要求。傳統(tǒng)UFLS策略的實(shí)施，能夠保證系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重事故時(shí)的頻率穩(wěn)定性，但同時(shí)也將導(dǎo)致系統(tǒng)在一般事故中極易出現(xiàn)負(fù)荷過切，缺乏時(shí)效性。

PMU裝置廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，極大地促進(jìn)了跨區(qū)電網(wǎng)廣域測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展。而電力網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的不斷擴(kuò)大，其穩(wěn)定控制更加要以系統(tǒng)整體作為考慮。WAMS可以實(shí)時(shí)同步地測(cè)量廣域電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并依托快速網(wǎng)絡(luò)信道來匯總量測(cè)數(shù)據(jù)，這為實(shí)現(xiàn)不同故障場景下自適應(yīng)減載控制的實(shí)時(shí)匹配創(chuàng)造了條件。

在安穩(wěn)條例中提出在頻率穩(wěn)定恢復(fù)過程時(shí)要兼顧快速性和優(yōu)質(zhì)性的提升，故減載策略制定有必要考慮多因素影響的控制措施來應(yīng)對(duì)新要求：

1) 選址定容過程應(yīng)當(dāng)有效地利用負(fù)荷自身的特性指標(biāo)來改善減載后的頻率恢復(fù)過程，從而更為快速地恢復(fù)穩(wěn)態(tài)頻率。

2) 建立基于WAMS量測(cè)的自適應(yīng)低頻減載控制，以實(shí)時(shí)匹配系統(tǒng)不同故障工況下的功率缺額，并縮短減載控制時(shí)延，從而實(shí)現(xiàn)能滿足高精度量測(cè)、同步性穩(wěn)控的跨區(qū)電網(wǎng)分散減載策略。

3) 在滿足安穩(wěn)約束條件下，盡可能地利用系統(tǒng)自身頻率調(diào)節(jié)能力來降低切負(fù)荷量，有效地減少負(fù)荷過切和頻率超調(diào)的概率，提高系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)最大限度地保證供電可靠性。

2 節(jié)點(diǎn)減載貢獻(xiàn)因子的構(gòu)建

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而呈現(xiàn)不平衡功率時(shí)，能否快速且平穩(wěn)地恢復(fù)系統(tǒng)頻率至穩(wěn)定值是評(píng)價(jià)低頻減載方案好壞的關(guān)鍵[14]。目前，大多數(shù)低頻減載方案所存在的問題是將系統(tǒng)負(fù)荷當(dāng)作綜合負(fù)荷來考慮，尚未計(jì)及不同負(fù)荷間差異，僅按節(jié)點(diǎn)負(fù)荷比例來分配減載量[10]。而實(shí)際負(fù)荷是處在動(dòng)態(tài)變化和存在特性差異的，因此在選址定容時(shí)應(yīng)考慮到負(fù)荷差異性對(duì)頻率穩(wěn)定恢復(fù)所造成的差異化影響。本節(jié)綜合考慮負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)、有功-電壓特性和負(fù)荷重要度三方面差異化的影響，通過對(duì)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的減載貢獻(xiàn)因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算來制定選址定容方案。

2.1 考慮頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的影響

負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)能在系統(tǒng)功率平衡遭受破壞而引起頻率變化時(shí)，對(duì)負(fù)荷功率的變化進(jìn)行補(bǔ)償，通常利用頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)來量化補(bǔ)償作用：

圖1 負(fù)荷的頻率特性曲線

Fig. 1 Frequency characteristic curve of loads

2.2 考慮節(jié)點(diǎn)有功-電壓特性的影響

節(jié)點(diǎn)P-V曲線闡述了有功-電壓特性，其囊括了系統(tǒng)網(wǎng)架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、薄弱電壓節(jié)點(diǎn)等有效信息[15]。由圖2可知隨著傳輸有功增加，電壓趨于下降。

對(duì)全系統(tǒng)來說，頻率降低會(huì)造成機(jī)組無功出力的削減，而無功需求反倒會(huì)略有增加。如果無功電源不足，頻率下降便會(huì)引起電壓下降，通常頻率每減少1%電壓將降低0.8%~2%，電壓降低會(huì)減少負(fù)荷有功吸收量，從而對(duì)頻率下降起阻尼作用。

圖2 節(jié)點(diǎn)P-V特性曲線

因此，采取適當(dāng)降低節(jié)點(diǎn)電壓水平的臨時(shí)補(bǔ)救措施可有效緩解功率缺額的嚴(yán)重程度。但是要保證節(jié)點(diǎn)電壓是在安全穩(wěn)定范圍內(nèi)保持較小值，而且與低壓減載相互協(xié)調(diào)[16]。P-V曲線能提供靈敏度指標(biāo)[17]，如果“鼻子點(diǎn)”附近的越大，則代表該節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)有功變化越靈敏，實(shí)施切負(fù)荷操作后電壓回升較大，對(duì)應(yīng)負(fù)荷有功的增加，阻礙了頻率穩(wěn)定恢復(fù)。所以在滿足電壓穩(wěn)定前提下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先在小的節(jié)點(diǎn)處減載，指標(biāo)計(jì)算式為

2.3 考慮負(fù)荷重要性差異的影響

低頻減載需考慮負(fù)荷重要度差異，通過優(yōu)先切除較為次要的負(fù)荷，以盡可能地保障重要負(fù)荷的供電可靠性。

負(fù)荷重要性包括兩個(gè)方面[18]：1) 對(duì)全系統(tǒng)而言，不同節(jié)點(diǎn)可能因社會(huì)原因或安穩(wěn)運(yùn)行所需滿足的約束條件不同而存在差異；2) 同一節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷依據(jù)重要性不同分為一類、二類和三類負(fù)荷，其供電要求和中斷供電損失依次減少。因此在減載操作中，要嚴(yán)格保證一類負(fù)荷的供電，賦以其最高重要性權(quán)值。一般僅在全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)的二類負(fù)荷全部切除仍不能使頻率恢復(fù)情況下，才允許切除較次要的一類負(fù)荷。因此負(fù)荷切除要綜合考慮全網(wǎng)與本地兩方面的重要性。

2.4 減載貢獻(xiàn)因子的數(shù)學(xué)模型

根據(jù)各指標(biāo)差異化的影響機(jī)理，建立減載貢獻(xiàn)因子模型(Load-shedding Contribution Factor，LCF)如下。

(4)

(6)

3 自適應(yīng)低頻減載策略的動(dòng)態(tài)修正優(yōu)化

3.1 基于WAMS的功率缺額改進(jìn)計(jì)算

傳統(tǒng)的功率缺額計(jì)算式是基于系統(tǒng)慣性中心的運(yùn)動(dòng)方程，利用數(shù)值計(jì)算方法求得慣性中心頻率來估算系統(tǒng)不平衡功率。

考慮到在實(shí)際系統(tǒng)中，擾動(dòng)后瞬時(shí)的節(jié)點(diǎn)電壓會(huì)出現(xiàn)突變，電壓突變?cè)跀_動(dòng)初期(1~2 s內(nèi))將對(duì)負(fù)荷有功變化產(chǎn)生主導(dǎo)性影響，之后再由頻率來起主導(dǎo)作用。因此，雖然WAMS采集的實(shí)時(shí)頻率數(shù)據(jù)精確度高，由于尚未計(jì)及負(fù)載對(duì)電壓突變瞬時(shí)的反應(yīng)，所以傳統(tǒng)計(jì)算式并不能精確反映功率缺額程度。

典型負(fù)荷模型計(jì)及電壓影響后[6]如式(9)所述。

因此本文通過考慮節(jié)點(diǎn)電壓突變影響對(duì)功率缺額計(jì)算式做出修正來提高計(jì)算精度：

3.2 計(jì)及動(dòng)態(tài)修正的自適應(yīng)低頻減載策略

目前，自適應(yīng)低頻減載策略的制定是基于頻率變化率的，而且將系統(tǒng)頻率的下降變化簡化為減載前是、減載后是趨于0的線性變化過程。但系統(tǒng)頻率下降實(shí)際上是一個(gè)非線性過程，隨著頻率下降而不斷減小。因此，基于頻率線性變化過程的自適應(yīng)低頻減載策略不能最大限度地減少減載負(fù)荷損失，而且會(huì)提高頻率超調(diào)概率，造成負(fù)荷過切。

在每輪減載動(dòng)作后，由于系統(tǒng)自身頻率調(diào)節(jié)特性的影響，其頻率變化率是動(dòng)態(tài)變化的，代表功率缺額也發(fā)生變化。未實(shí)行任何減載動(dòng)作時(shí)的頻率變化率最大，每輪次減載動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率得到一定緩和，對(duì)應(yīng)的功率缺額將減少，所需減載量也相應(yīng)變少。以往的自適應(yīng)控制未考慮減載量修正問題，其減載的每輪次仍然依照初始時(shí)刻計(jì)算得到的最大不平衡功率來實(shí)行減載，這將導(dǎo)致事故過切概率的增加。

由文獻(xiàn)[19]可知，為有效延緩頻率下降，減載首輪的頻率啟動(dòng)閥值宜選擇高些，同時(shí)考慮到啟用旋轉(zhuǎn)備用容量的延遲和避免因臨時(shí)性頻率降低所導(dǎo)致的不必要?jiǎng)幼?，故首輪頻率啟動(dòng)閥值整定在49~49.5 Hz。本文仿真算例模型多為汽輪機(jī)組，其調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作快，因此，首輪頻率啟動(dòng)閥值取為高值。

根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)減載方式，設(shè)置4級(jí)基本輪動(dòng)作頻率閾值為：49.5 Hz、49.2 Hz、49.0 Hz、48.8 Hz；后備輪的動(dòng)作返回頻率為49.6 Hz。將每輪次原始減載量依次設(shè)為功率缺額的15%、15%、20%、20%，后備輪減載量設(shè)為功率缺額的30%。

由于不平衡功率同頻率變化率呈近似線性關(guān)系，故利用WAMS量測(cè)計(jì)算的相鄰輪次頻率動(dòng)作閾值處的頻率變化率絕對(duì)值差，同擾動(dòng)瞬時(shí)的頻率變化率做比較，便得到其變化梯度為

(12)

得到修正減載量后，利用式(7)來選址定容以滿足頻率穩(wěn)定恢復(fù)的快速性要求和提高穩(wěn)態(tài)頻率水平。

4 算例仿真

4.1 算例系統(tǒng)

為驗(yàn)證所提減載策略優(yōu)化方案的有效性，采用IEEE39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)來進(jìn)行仿真分析，發(fā)電機(jī)組、變壓器和線路主要參數(shù)參見文獻(xiàn)[20]。仿真系統(tǒng)中38機(jī)為水電機(jī)組，其余機(jī)組為火電機(jī)組，35機(jī)模擬聯(lián)絡(luò)線輸送功率，系統(tǒng)額定有功為6 192.8 MW，旋轉(zhuǎn)備用容量為764 MW，系統(tǒng)無功儲(chǔ)備充足。發(fā)電機(jī)采用6繞組模型，勵(lì)磁系統(tǒng)采用IEEE的F型模型，負(fù)荷采用考慮頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)的靜態(tài)模型，為50%恒功率分量、40%恒阻抗分量和10%的恒電流分量。仿真中認(rèn)為節(jié)點(diǎn)重要度一致，且認(rèn)為供電負(fù)荷均為第三類負(fù)荷。計(jì)算出仿真系統(tǒng)的如表1所述，表中的取正態(tài)分布隨機(jī)數(shù)。

表1 減載貢獻(xiàn)因子Fi的計(jì)算

4.2 權(quán)重系數(shù)選擇的討論

減載貢獻(xiàn)因子的權(quán)重系數(shù)選擇主要依據(jù)減載配置區(qū)域的負(fù)荷類型來確定，如果減載配置區(qū)域的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，即其L值較大，則所選擇的2指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)應(yīng)更大些；同樣地，如果減載配置區(qū)域的主要負(fù)荷為恒功率負(fù)荷，由于負(fù)荷模型對(duì)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性有著很大影響，而恒功率負(fù)荷模型的電壓穩(wěn)定問題更為突出，因此往往在恒功率負(fù)荷占比較大的系統(tǒng)區(qū)域中，減載中所參考的靈敏度指標(biāo)d/d影響及貢獻(xiàn)程度更大，故而所選1指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)應(yīng)當(dāng)較大。本文在仿真過程所選用的負(fù)荷模型為50%恒功率分量、40%恒阻抗分量和10%的恒電流分量，并考慮負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，L值的選擇滿足常見取值范圍內(nèi)的正態(tài)分布。因此，本文所確定的權(quán)重系數(shù)1=2=0.5，即認(rèn)為兩個(gè)貢獻(xiàn)指標(biāo)的權(quán)重相同。

4.3 減載方案優(yōu)化效果對(duì)比

在4 s時(shí)刻，同時(shí)切除31、35和38機(jī)組，此時(shí)系統(tǒng)存在大量不平衡功率，頻率迅速下降，需采取低頻減載來維持故障系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。

由WAMS所提供的切機(jī)后系統(tǒng)頻率變化情況如圖3所示，因?yàn)镻MU采樣時(shí)間很短，我們可以利用數(shù)值計(jì)算方法來近似獲取頻率變化率值：

圖4描述擾動(dòng)后BUS-1節(jié)點(diǎn)電壓變化情況。觀察圖3和圖4可知，擾動(dòng)后頻率下降瞬間，負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓也大幅下降，且電壓降低更為顯著，此后因勵(lì)磁調(diào)節(jié)作用使電壓逐漸恢復(fù)，但頻率仍繼續(xù)降低。傳統(tǒng)功率缺額計(jì)算值為18.735 4 p.u.，而計(jì)及電壓突變影響的式(10)所得功率缺額計(jì)算值為20.605 p.u.，更為接近實(shí)際切機(jī)功率20.528 p.u.。因此，在功率缺額計(jì)算中考慮電壓突變因素的影響可有效提高計(jì)算精度，對(duì)比實(shí)際切機(jī)量，本文計(jì)算值能夠滿足工程應(yīng)用上的精度要求，具有一定可行性。

圖4 系統(tǒng)遭受擾動(dòng)后負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓曲線

表2 各輪頻率變化率與

Table 2 Frequency change rate of each steps and its gradient

表2 各輪頻率變化率與

減載輪次頻率變化率 第一輪-0.524 551.286 第二輪-0.360 915.195 第三輪-0.326 53.195 第四輪-0.003 330.018 后備輪-0.013 11.523

本文所提動(dòng)態(tài)修正的自適應(yīng)減載優(yōu)化方案與傳統(tǒng)減載方案的各輪次減載量對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所述。

表3 進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正的效果對(duì)比

由表3可知，對(duì)比動(dòng)態(tài)優(yōu)化方案和傳統(tǒng)方案，前者削減的減載量共計(jì)17.07%，相當(dāng)于減少351.73 MW的負(fù)荷有功切除量，證明了本文所提動(dòng)態(tài)修正策略能充分發(fā)揮系統(tǒng)的頻率自調(diào)節(jié)能力，從而大幅度減少減載量，降低事故控制代價(jià)。

為驗(yàn)證所提動(dòng)態(tài)修正自適應(yīng)減載方案的有效性，將表3中的兩類方案進(jìn)行仿真對(duì)比。方案1為動(dòng)態(tài)修正優(yōu)化方案，并根據(jù)減載貢獻(xiàn)因子來確定選址定容；方案2為傳統(tǒng)方案，僅根據(jù)節(jié)點(diǎn)負(fù)荷比例來分配減載。兩方案減載后的頻率穩(wěn)定恢復(fù)曲線如圖5所示。

一般而言，UFLS問題可描述為通過適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，在滿足安穩(wěn)約束條件下使得故障場景中的負(fù)荷損失最少，即控制代價(jià)最低[8]。安穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的系統(tǒng)頻率偏差限值要求0.2 Hz，小容量系統(tǒng)則允許0.5 Hz的偏差限值；在頻率恢復(fù)過程中盡量避免超調(diào)，以免引起負(fù)荷過切；為保證火電廠等的安穩(wěn)運(yùn)行，頻率低于47.5 Hz的時(shí)間不能超過0.5 s[1]。

圖5 頻率穩(wěn)定恢復(fù)曲線對(duì)比

由圖5可看出方案1能更快地恢復(fù)頻率穩(wěn)定，其穩(wěn)定恢復(fù)時(shí)間分別為40.2 s和44.5 s；在36.1~ 39.98 s內(nèi)，方案2的頻率超調(diào)，說明其的確造成了不必要的負(fù)荷過切；在故障前期，盡管方案1的暫態(tài)頻率要明顯低于方案2，但其暫態(tài)最低頻率為48.82 Hz，高于規(guī)定的47.5 Hz。通過各輪減載動(dòng)作后，兩方案的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率分別為49.87 Hz和49.98 Hz，其穩(wěn)態(tài)頻率差的標(biāo)幺值僅為0.22 %，可在事故后期利用系統(tǒng)其他的頻率穩(wěn)控措施來使頻率恢復(fù)至50 Hz，從而降低緊急控制中的事故控制代價(jià)。

隨著減載策略制定要求的不斷提高，更加應(yīng)當(dāng)考慮到其可靠性與經(jīng)濟(jì)性協(xié)調(diào)統(tǒng)一，因此綜合評(píng)價(jià)減載策略的優(yōu)劣性不僅要體現(xiàn)在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率上，同時(shí)還需關(guān)注減載量的多少和頻率穩(wěn)定恢復(fù)效果。減載量方面，方案1遠(yuǎn)小于方案2，明顯避免因負(fù)荷過切而引起的頻率超調(diào)。利用減載貢獻(xiàn)因子的選址定容能有效改善頻率穩(wěn)定恢復(fù)效果，滿足保護(hù)動(dòng)作的快速性要求。由于兩方案的頻率恢復(fù)過程均能滿足低頻減載的各項(xiàng)安穩(wěn)約束，綜合對(duì)比可知，方案1的實(shí)施更能兼顧經(jīng)濟(jì)性與供電可靠性要求，可以最小控制代價(jià)使系統(tǒng)頻率更好地恢復(fù)穩(wěn)定。

5 結(jié)論

新形勢(shì)下的低頻減載策略制定要求兼顧頻率穩(wěn)定恢復(fù)過程中的經(jīng)濟(jì)性與供電可靠性兩方面性能的綜合提升，本文提出一種基于WAMS的自適應(yīng)減載策略動(dòng)態(tài)修正優(yōu)化方法以應(yīng)對(duì)新要求。

該方法通過將廣域量測(cè)數(shù)據(jù)同減載過程相結(jié)合來縮短控制時(shí)延，考慮到電壓突變因素對(duì)功率缺額的影響以校正提高其計(jì)算精度。計(jì)及系統(tǒng)頻率自恢復(fù)調(diào)節(jié)能力，利用頻率變化率的梯度變化動(dòng)態(tài)修正各輪次減載量，來提高緊急減載控制的經(jīng)濟(jì)性。在考慮選址定容時(shí)分析了頻率恢復(fù)過程中的頻率暫態(tài)過程和與系統(tǒng)切負(fù)荷量緊密相關(guān)的因素，來構(gòu)建減載貢獻(xiàn)因子。

由仿真結(jié)果分析可知，本文所提的利用廣域測(cè)量數(shù)據(jù)的改進(jìn)功率缺額計(jì)算式精度得到了明顯提高，但是仍和實(shí)際切機(jī)量有略微差別。這是由系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù)T在進(jìn)行切機(jī)操作后會(huì)發(fā)生一定改變和電壓影響因子的選擇問題所導(dǎo)致的誤差，但其尚能達(dá)到工程精度要求。在滿足頻率穩(wěn)態(tài)及超調(diào)約束下，自適應(yīng)減載動(dòng)態(tài)修正優(yōu)化策略不僅可大幅度降低事故減載量，避免負(fù)荷過切。還能改善提升頻率穩(wěn)定恢復(fù)效果，能為實(shí)際的在線頻率控制應(yīng)用提供新的思路與參考。必須指出，本文還有許多工作尚未深入考慮，如計(jì)及599號(hào)減載懲罰代價(jià)后的分散協(xié)調(diào)減載和加強(qiáng)預(yù)防控制的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，仍有待進(jìn)一步研究。

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(編輯 葛艷娜)

WAMS based dynamic optimization of adaptive under-frequency load shedding

LI Shun1, LIAO Qingfen1, LIU Dichen1, LI Ang2, CEN Bingcheng1, WANG Jiali1

(1. School of Electrical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China;2. Shenzhen Power Supply Bureau Co., Ltd., Shenzhen 518001, China)

The rule No.599 of power grids in China indicates that the shedding load is equivalent to the failure loss load, which requires less load-shedding as much as possible under the premise of security and stability, to reduce the cost of frequency accident control. Therefore, in this paper, the load-shedding contribution factor based on frequency regulation effect, P-V characteristic and the importance of the load is designed to indicate the placement of load shedding and the allocation of the load to be cut. The influence of voltage leap on unbalanced power is analyzed to improve the calculation accuracy. A dynamic correction scheme is described to adjust load-shedding amount of each steps according to change rate of frequency derivative, to fully utilize the self-recovery capacity of system frequency. Simulation based on IEEE 39-bus system shows that the new strategy could reduce the load shedding amount and improve frequency recovery process, in which both the reliability and economy are taken into consideration.

frequency recovery; load-shedding contribution factor; the rule No.599; WAMS; adaptive control

10.7667/PSPC151323

國家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目“多區(qū)域安控系統(tǒng)協(xié)調(diào)及在線診斷、輔助決策技術(shù)研發(fā)應(yīng)用”

2015-07-30；

2015-10-20

李 順(1993-)，男，碩士研究生，研究方向電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制；E-mail: piaocool007@163.com 廖清芬(1975-)，女，通信作者，博士，副教授，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)運(yùn)行與控制；E-mail:qfliao@whu.edu.cn 劉滌塵(1953-)，男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制、電力系統(tǒng)規(guī)劃。E-mail: dcliu@whu.edu.cn