本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

一次調(diào)頻是維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定不可或缺的方式之一。電力系統(tǒng)的規(guī)模越大、復(fù)雜程度越高，對(duì)一次調(diào)頻能力的要求就越高。而且近年來風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等新能源發(fā)電不斷并入電網(wǎng)，更是需要一次調(diào)頻發(fā)揮其巨大作用。頻率靜態(tài)特性系數(shù)β(單位為MW/0.1HZ)的實(shí)測(cè)值是反映一次調(diào)頻特性的重要依據(jù)，頻率偏差系數(shù)B的取值要盡可能接近頻率靜態(tài)特性系數(shù)β，頻率偏差系數(shù)B是設(shè)計(jì)事故頻率控制系統(tǒng)和實(shí)施頻率控制考核的重要參數(shù)，在ACE計(jì)算、CPS考核等方面廣泛應(yīng)用，一般應(yīng)每年設(shè)定一次。因此設(shè)計(jì)發(fā)明一種電網(wǎng)頻率靜態(tài)系數(shù)的測(cè)試方法具有十分重要的意義。

電網(wǎng)的靜態(tài)頻率特性是發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性和負(fù)荷靜態(tài)特性的共同作用的結(jié)果，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)的靜態(tài)頻率特性系數(shù)β數(shù)值上等于系統(tǒng)功率缺額ΔP和系統(tǒng)頻率偏差Δf之比，可以用式(1)表示，

式中f₁表示電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)后穩(wěn)定時(shí)刻系統(tǒng)頻率，f₀表示電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)前系統(tǒng)頻率。

國內(nèi)目前對(duì)電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實(shí)測(cè)方法，基本上有兩種，一種是根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)生的滿足特定要求的頻率大擾動(dòng)事件，利用電網(wǎng)對(duì)該事件的數(shù)據(jù)記錄詳細(xì)分析擾動(dòng)前后電網(wǎng)的功率、頻率穩(wěn)定值，以及事件發(fā)生時(shí)的電網(wǎng)出力或負(fù)載擾動(dòng)量分析計(jì)算電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，該方法存在兩個(gè)問題，其一，該實(shí)測(cè)方法對(duì)電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過程的特定要求導(dǎo)致該方法的局限性很強(qiáng)。譬如按照國調(diào)中心印發(fā)的《聯(lián)絡(luò)線偏差控制技術(shù)規(guī)范》(試行)中所規(guī)定的電網(wǎng)控制區(qū)頻率靜態(tài)特性系數(shù)實(shí)測(cè)和分析方法，若要進(jìn)行控制區(qū)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實(shí)測(cè)，擾動(dòng)過程應(yīng)同時(shí)具備三個(gè)條件：1、全網(wǎng)系統(tǒng)頻率低于49.967Hz，此時(shí)啟動(dòng)對(duì)控制區(qū)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實(shí)測(cè)計(jì)算；2、頻率發(fā)生較大幅度突變，3秒內(nèi)頻率變化超過0.033Hz，3秒內(nèi)聯(lián)絡(luò)線功率變化大于超過50MW。3、頻率穩(wěn)定時(shí)3秒內(nèi)頻率變化不超過0.005Hz，3秒內(nèi)聯(lián)絡(luò)線功率變化小于超過10MW。同時(shí)滿足此三項(xiàng)要求的電網(wǎng)頻率擾動(dòng)事件，才能應(yīng)用此方法對(duì)頻率下擾過程(僅對(duì)頻率下擾過程)進(jìn)行電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實(shí)測(cè)。而此類電網(wǎng)頻率大擾動(dòng)過程出現(xiàn)的頻次很低，用該方法實(shí)測(cè)頻率靜態(tài)特性系數(shù)只能被動(dòng)等待該類電網(wǎng)擾動(dòng)事件的發(fā)生，有極大的不確定性。其二，由于電網(wǎng)日常運(yùn)行中很多并網(wǎng)機(jī)組的AGC功能投入，并由調(diào)頻廠機(jī)組承擔(dān)電網(wǎng)的二次調(diào)頻任務(wù)，所以該方法下很難避免機(jī)組二次調(diào)頻對(duì)電網(wǎng)頻率波動(dòng)過程的影響，進(jìn)而嚴(yán)重影響對(duì)電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實(shí)測(cè)分析精度。

目前對(duì)電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的實(shí)測(cè)方法第二種方法，是通過人為造成網(wǎng)內(nèi)機(jī)組出力大階躍的試驗(yàn)手段(若利用負(fù)載擾動(dòng)，則會(huì)嚴(yán)重影響電力用戶的正常生產(chǎn)、生活，并帶來較大的電量損失)，產(chǎn)生整個(gè)電網(wǎng)的頻率大擾動(dòng)過程，分析計(jì)算電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。該方法下，試驗(yàn)前一般均要求電網(wǎng)并網(wǎng)機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電功能(Automatic Generation Control，AGC)退出，以便避免并網(wǎng)機(jī)組AGC對(duì)電網(wǎng)頻率靜特性的影響。試驗(yàn)一般選取電網(wǎng)內(nèi)1～2臺(tái)單機(jī)容量最大的水電機(jī)組，通過機(jī)組突甩負(fù)荷實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率擾動(dòng)。該方法避免了并網(wǎng)機(jī)組AGC以及其他二次調(diào)頻過程的影響，而且試驗(yàn)前通過人為控制，電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過程也可嚴(yán)格滿足特定要求。但由于是全網(wǎng)的頻率大擾動(dòng)試驗(yàn)，而且機(jī)組出力大階躍帶來電網(wǎng)頻率擾動(dòng)過程產(chǎn)生的頻率極值偏差大，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)的可控性差。試驗(yàn)涉及網(wǎng)、省公司各級(jí)電力調(diào)度部門、并網(wǎng)發(fā)電廠，并且需要調(diào)度、方式、自動(dòng)化、通訊、電站運(yùn)行、維護(hù)、試驗(yàn)等各專業(yè)的配合，試驗(yàn)的組織實(shí)施、風(fēng)險(xiǎn)控制、安全措施的落實(shí)都極具難度，耗時(shí)耗力。

此外，兩種方法均是通過擾動(dòng)前后的兩個(gè)電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)來分析電網(wǎng)的靜態(tài)頻率特性，很難準(zhǔn)確分析電網(wǎng)在某一運(yùn)行方式下整個(gè)運(yùn)行頻率段的靜態(tài)頻率全特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種非電網(wǎng)大擾動(dòng)條件下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測(cè)試方法，以解決目前電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測(cè)試方法或者局限性、不確定性很強(qiáng)，易受二次調(diào)頻影響，或者試驗(yàn)難度和安全風(fēng)險(xiǎn)大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

非電網(wǎng)大擾動(dòng)條件下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)、測(cè)試前人為退出電網(wǎng)并網(wǎng)機(jī)組的AGC及其他二次調(diào)頻調(diào)節(jié)操作；

2)、選擇電網(wǎng)中的一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)組作為電網(wǎng)功率擾動(dòng)的試驗(yàn)機(jī)組，進(jìn)行所測(cè)同步電網(wǎng)的頻率、總出力、聯(lián)絡(luò)線功率的測(cè)試；然后在電網(wǎng)發(fā)電出力和負(fù)載穩(wěn)定時(shí)段，逐步增減試驗(yàn)機(jī)組出力，每次增減出力后，穩(wěn)定一段時(shí)間，以便電網(wǎng)通過調(diào)節(jié)形成新的穩(wěn)態(tài)頻率；

3)、試驗(yàn)結(jié)束后，分析試驗(yàn)過程中電網(wǎng)各個(gè)穩(wěn)點(diǎn)運(yùn)行工況點(diǎn)總出力與穩(wěn)定頻率，繪制電網(wǎng)總出力與電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率的關(guān)系圖，進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)擬合，得到電網(wǎng)在不同頻率段內(nèi)的頻率靜態(tài)特性關(guān)系曲線；該關(guān)系曲線的斜率為實(shí)測(cè)的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)，單位歸化為MW/0.1Hz。

進(jìn)一步的，步驟2)中試驗(yàn)機(jī)組的出力變化以為單方向增加或減少，直至達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)的電網(wǎng)頻率最大值或最小值。

進(jìn)一步的，步驟2)中試驗(yàn)機(jī)組每次出力的增/減量，在最小值ΔP_min和最大值ΔP_max之間選定；最小值ΔP_min以所造成電網(wǎng)頻率的穩(wěn)態(tài)變化量能夠精確測(cè)量的下限為準(zhǔn)；最大值ΔP_max以所造成的電網(wǎng)擾動(dòng)安全可控為準(zhǔn)。最大值ΔP_max兼顧考慮步驟3)中試驗(yàn)過程所得到電網(wǎng)穩(wěn)點(diǎn)運(yùn)行工況點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步的，步驟2)中試驗(yàn)機(jī)組每次出力增減量，以所造成電網(wǎng)頻率的穩(wěn)態(tài)變化量可以精確測(cè)量為宜，譬如：0.01Hz。

進(jìn)一步的，穩(wěn)定一段時(shí)間為15～25秒。

進(jìn)一步的，試驗(yàn)機(jī)組的可調(diào)節(jié)出力占電網(wǎng)總負(fù)荷的1％以上。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本測(cè)試方法采用可控的斜坡出力擾動(dòng)或多次逐步增減出力的方法作為激勵(lì)，使得電網(wǎng)由某一穩(wěn)態(tài)運(yùn)行頻率逐步過渡到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行頻率。進(jìn)而實(shí)測(cè)電網(wǎng)各穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況下功率與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，分析計(jì)算電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。試驗(yàn)過程電網(wǎng)頻率的可控性強(qiáng)，可以人為控制電網(wǎng)頻率的漸變過程，避免電網(wǎng)頻率大的突變過程，試驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)小，便于組織實(shí)施。

(2)試驗(yàn)選擇電網(wǎng)發(fā)電出力和負(fù)載較穩(wěn)定的時(shí)段進(jìn)行，以避免電網(wǎng)運(yùn)行方式改變或負(fù)載擾動(dòng)帶來的影響；試驗(yàn)前可人為退出全網(wǎng)的AGC及其他二次調(diào)頻調(diào)節(jié)操作，確保試驗(yàn)過程不受電網(wǎng)二次調(diào)頻的影響。確保該測(cè)試方法下，電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的測(cè)試精度。

(3)在一定的電網(wǎng)穩(wěn)定負(fù)載水平下，通過人為改變電網(wǎng)運(yùn)行方式，可以實(shí)測(cè)同一電網(wǎng)負(fù)載水平，不同電網(wǎng)運(yùn)行方式下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。也可以在同一電網(wǎng)運(yùn)行方式下(同一并網(wǎng)機(jī)組開機(jī)方式)實(shí)測(cè)不同電網(wǎng)負(fù)載水平(譬如晚高峰、深夜低谷負(fù)荷等不同工況)的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)。與目前其他方法相比，該方法的使用更為靈活、適用性強(qiáng)。

(4)該測(cè)試方法下，采用多次逐步增減機(jī)組出力的方法作為激勵(lì)，可以人為造成電網(wǎng)的多個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況點(diǎn)。一方面，通過多個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況點(diǎn)的測(cè)試、曲線擬合，使得實(shí)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。另一方面，可以實(shí)測(cè)更大電網(wǎng)頻率范圍內(nèi)的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)，并可通過一次試驗(yàn)進(jìn)行電網(wǎng)頻率運(yùn)行范圍內(nèi)(包括機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi))的頻率靜態(tài)全特性分析。該測(cè)試方法下，可以減小測(cè)試的系統(tǒng)誤差，也可以使得對(duì)電網(wǎng)頻率靜特性的研究更為全面、深入。

附圖說明

圖1為2016年西北電網(wǎng)四次功率大階躍擾動(dòng)試驗(yàn)頻率波動(dòng)過程。

圖2為逐步增減機(jī)組出力時(shí)的電網(wǎng)頻率變化過程。

圖3a為實(shí)測(cè)電網(wǎng)頻率與功率變化靜態(tài)曲線。

圖3b為實(shí)測(cè)電網(wǎng)頻率與功率變化靜態(tài)曲線。

圖4為降出力方向數(shù)據(jù)擬合曲線。

圖5為升出力方向數(shù)據(jù)擬合曲線。

圖6為西北電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳盡的說明。

圖1為國內(nèi)目前電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)的測(cè)試方法，激勵(lì)采用拉西瓦水電廠機(jī)增減出力進(jìn)行四次試驗(yàn)，頻率在擾動(dòng)前后出現(xiàn)明顯的穩(wěn)定值，但是現(xiàn)在這種方法出現(xiàn)較大的頻率極值，試驗(yàn)過程風(fēng)險(xiǎn)較大，且未涉及電網(wǎng)在機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi)的頻率靜態(tài)特性，僅用大擾動(dòng)前后的兩個(gè)穩(wěn)態(tài)工況點(diǎn)，計(jì)算β值，試驗(yàn)系統(tǒng)誤差較大。

本發(fā)明一種非電網(wǎng)大擾動(dòng)條件下的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)測(cè)試方法，具體包括：

本發(fā)明采用可控的斜坡出力擾動(dòng)和定步長逐步增減出力的方法作為激勵(lì)，下面結(jié)合附圖詳細(xì)介紹：

1)、試驗(yàn)選擇電網(wǎng)發(fā)電出力和負(fù)載較穩(wěn)定的時(shí)段進(jìn)行；試驗(yàn)前人為退出電網(wǎng)并網(wǎng)機(jī)組的AGC及其他二次調(diào)頻調(diào)節(jié)操作，確保試驗(yàn)過程不受電網(wǎng)二次調(diào)頻的影響。

2)、選擇電網(wǎng)中可調(diào)節(jié)出力較大的一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)組作為電網(wǎng)功率擾動(dòng)的試驗(yàn)機(jī)組(試驗(yàn)機(jī)組的可調(diào)節(jié)出力應(yīng)占電網(wǎng)總負(fù)荷的1％以上)。做好所測(cè)同步電網(wǎng)的頻率、總出力、聯(lián)絡(luò)線功率等相關(guān)物理量的測(cè)試工作。逐步增減試驗(yàn)機(jī)組出力，每次增減出力(出力增減量在電網(wǎng)一次調(diào)頻死區(qū)內(nèi)外應(yīng)有明顯不同，以能改變電網(wǎng)頻率0.01Hz左右為宜)后，穩(wěn)定15～25秒，以便電網(wǎng)通過調(diào)節(jié)形成新的穩(wěn)態(tài)頻率。注意試驗(yàn)機(jī)組的出力變化以單方向增加或減少為宜，避免試驗(yàn)過程中機(jī)組出力的反復(fù)調(diào)整，直至達(dá)到試驗(yàn)預(yù)設(shè)的電網(wǎng)頻率最大值或最小值。

3)、試驗(yàn)結(jié)束后，詳細(xì)分析試驗(yàn)過程中電網(wǎng)各個(gè)穩(wěn)點(diǎn)運(yùn)行工況點(diǎn)總出力與穩(wěn)定頻率，繪制電網(wǎng)總出力與電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率的關(guān)系圖，進(jìn)一步通過數(shù)據(jù)擬合，得到電網(wǎng)在不同頻率段內(nèi)的頻率靜態(tài)特性關(guān)系曲線。該關(guān)系曲線的斜率即為實(shí)測(cè)的電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)(單位歸化為MW/0.1Hz)。

利用拉西瓦水電廠機(jī)組定步長逐步增減出力的方法，測(cè)定西北電網(wǎng)在多個(gè)穩(wěn)定工況點(diǎn)頻率與功率的關(guān)系，再通過數(shù)據(jù)擬合，分段測(cè)定電網(wǎng)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)。如圖2為試驗(yàn)過程中機(jī)組功率和電網(wǎng)頻率的變化過程。

圖3a和圖3b是利用拉西瓦水電廠機(jī)組定步長逐步增減出力的方法，用四次測(cè)試所測(cè)得各穩(wěn)態(tài)點(diǎn)擬合的曲線，可以看出電網(wǎng)頻率在50±0.035Hz范圍內(nèi)和之外，電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性有著明顯差別。在50±0.035Hz范圍內(nèi)，頻率靜態(tài)特性系數(shù)在-300MW/0.1Hz左右；在50±0.035Hz范圍以外，頻率靜態(tài)特性系數(shù)在-3000MW/0.1Hz以上。

進(jìn)一步分析整理調(diào)節(jié)過程中各穩(wěn)態(tài)點(diǎn)的電網(wǎng)頻率和機(jī)組功率數(shù)據(jù)，如圖4和圖5，擬合功率與電網(wǎng)頻率關(guān)系曲線，測(cè)得電網(wǎng)頻率在50±0.035Hz范圍之外的頻率靜態(tài)特性系數(shù)在升、降出力方向分別為-3125MW/0.1Hz和-3100MW/0.1Hz。

依據(jù)上述西北電網(wǎng)各控制區(qū)、各省電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性的測(cè)試分析結(jié)果，繪制西北電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性示意圖如圖6，橫坐標(biāo)為電網(wǎng)頻率(單位Hz)，縱坐標(biāo)為電網(wǎng)功率不平衡量(正數(shù)為發(fā)電出力缺額，負(fù)數(shù)為負(fù)載損失)。實(shí)線部分為本次試驗(yàn)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，直線斜率為-3100MW/0.1Hz(實(shí)際測(cè)得西北電網(wǎng)頻率靜態(tài)特性系數(shù)β為3100～3600MW/0.1Hz)。中間虛線部分為并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)的影響，實(shí)測(cè)分析頻率死區(qū)內(nèi)(50±0.035Hz)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)β為300MW/0.1Hz左右，兩頭的虛線部分為并網(wǎng)火電機(jī)組一次調(diào)頻限幅的影響。

電網(wǎng)內(nèi)并網(wǎng)機(jī)組AGC退出，通過機(jī)組定步長逐步增、減出力，實(shí)測(cè)各調(diào)節(jié)穩(wěn)定工況點(diǎn)的電網(wǎng)頻率和功率變化，可以分頻率段實(shí)測(cè)電網(wǎng)的頻率靜態(tài)特性系數(shù)。該方法與電網(wǎng)功率大階躍試驗(yàn)相比，試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)和測(cè)試系統(tǒng)誤差都相對(duì)小。