含多电源电力系统负荷频率自动化控制方法

引言

电网负荷频率是一个反映电网运行状态的重要参数。当负荷功率突然增大时，电网的电磁功率会大于机械功率，导致角速度减小，从而影响发电机的频率，因此，电力系统中的负荷变化会对电网频率产生影响。为了保持电网频率的稳定，对电网负荷频率的控制研究具有重要意义。

1 负荷频率控制原理

负荷频率控制是维持电力系统频率稳定的核心技术，其基本原理是通过调节发电机组出力与负荷需求之间的平衡来实现。当系统负荷突增或发电机组因故障脱网时，电网频率将下降；反之，当负荷骤减或发电机组并网时，频率则会上升。为了将频率波动控制在允许范围内（如 50Hz±0.2H z），需要快速响应的一次调频和较慢响应的二次调频。一次调频主要依靠发电机组的调速器，根据频率偏差自动调节发电机输出功率，如采用 PID控制算法，典型的比例、积分、微分系数分别为 0.5, 0.2 和 0.1。二次调频则由自动发电控制系统（AGC）完成，通过优化调度各机组出力以消除区域控制误差 Eεc。区城控制误差综合考虑了频率偏差和联络线功率偏差，其计算公式为 Ec=10BAf+AP，式中 B 为频率偏差系数，Af 为频率偏差，Δ P 为联络线功率偏差。负荷频率控制还需考虑一些复杂因素，如负荷的频率特性、发电机组的调节死区、调节速率等，这些都会影响控制性能。总的来说，负荷频率控制通过实时监测电网状态，快速调节有源备用，维持功率平衡，是保障电力系统安全稳定运行的关键。

2 含多电源电力系统负荷频率自动化控制方法

2.1 电力负荷频率参数微分处理

通过电网负荷频率预测，确定频率值域范围，实施电力负荷频率参数微分处理，可以更好地监测和控制电力系统中的频率变化，提高电力系统的频率稳定性。电力负荷频率微分是指通过微分运算的方式，确定电力系统中负荷频率的瞬时变化率，也就是单位时间内的负荷频率变化量，可以用来描述电力系统频率的动态特性。电力负荷频率微分的大小和方向可以反映电力系统频率变化的趋势和速度。

2.2 含多电源电力系统负荷预测

含多电源电力系统负荷一次调频特征提取完成后,预测未来一段时间的负荷需求,为后续频率自动化控制提供数据支持。在含多电源电力系统的负荷预测过程中,对历史负荷数据的深入分析是至关重要的一步。这包括了对负荷变化的趋势、周期性、季节性等规律的全面考察。负荷趋势反映了电力需求的长期增长或减少,而周期性则体现在负荷随一天内时间变化或一年内季节变化的重复性。季节性负荷变化往往与天气条件、居民生活习惯、工业生产周期等因素密切相关。其次,识别并考虑影响负荷需求的关键因素,包括气候条件,直接影响制冷和供暖需求；节假日,如工作日与周末、节假日与平时之间的负荷差异；以及经济活动水平,它反映了工业生产、商业活动等的活跃程度,进而影响电力消耗。

2.3 电网负荷频率协调控制

在电力系统中，为了协调和控制负荷频率，设定电力负荷频率的目标协调函数。该函数的目标是最小化负荷频率的偏差，以保证电力系统的稳定运行和供电质量。对目标协调函数的优化求解，可以得到最优的控制策略，使得电力系统的负荷频率保持在设定的范围内。目标协调函数的求解参照电力负荷频率微分运算式，因此该函数还具有一定的灵活性和鲁棒性，以适应电力系统中的各种不确定性和干扰。建立目标协调函数可以提供多目标优化和决策支持，确保决策方案既符合各项目标的要求，以判断约束控制条件的可行性。电力系统中，为了实现负荷频率的协调控制，设定负荷频率协调约束控制条件。电网发电机组的出力受到其物理特性和运行限制的限制，因此约束条件包括发电机组的最小和最大出力限制，以及爬坡

速率。

2.4 动态响应性能

考察系统在负荷突变时的动态响应性能。PID 控制具有一定的响应速度，但由于其参数固定，在面对快速变化的负荷时，动态响应可能不够理想，频率偏差较大且恢复时间较长。模糊控制和神经网络控制能够快速感知负荷变化，及时调整控制量，使系统频率的动态响应得到改善，频率偏差在较短时间内减小。模型预测控制由于考虑了系统的未来状态和约束条件，能够提前规划控制策略，在负荷突变时系统频率的动态响应迅速且平稳，频率偏差小且恢复时间短。多电源协同控制和区域间协同控制策略通过各电源和区域的协同动作，进一步提升了系统的动态响应性能，使系统能够更快速、平稳地应对负荷变化。

2.5 鲁棒性评估

在系统参数摄动和存在外部干扰的情况下评估各控制策略的鲁棒性。PID 控制对系统参数变化较为敏感，鲁棒性相对较差。模糊控制和神经网络控制通过自身的模糊推理和学习能力，对系统参数变化和外部干扰具有一定的适应能力，鲁棒性较好。模型预测控制通过不断更新系统状态和优化控制策略，能够在一定程度上克服系统参数摄动和外部干扰的影响，具有较强的鲁棒性。多电源协同控制和区域间协同控制策略通过分散控制和协同作用，增强了系统对各种不确定性因素的抵御能力，鲁棒性得到进一步提高。

2.6 协同控制策略

（1）多电源协同控制。多电源协同控制策略旨在充分发挥不同电源的优势，协调它们之间的出力，共同应对系统负荷变化和频率波动。例如，在系统负荷增加时，首先利用水电和储能系统快速响应的特性，迅速增加出力，弥补功率缺额，稳定系统频率。同时，火电机组逐渐增加出力，承担持续的功率需求。风电和光伏等新能源电源则根据其可用功率和系统需求，合理调整出力。通过建立多电源之间的协调控制模型，根据系统实时运行状态和各电源的特性，优化分配各电源的功率调节任务，实现多电源的协同工作，提高系统的负荷频率控制性能。（2）区域间协同控制。对于大型互联的含多电源电力系统，区域间协同控制至关重要。不同区域的电力系统可能具有不同的电源结构和负荷特性，通过区域间的信息共享和协同控制，可以实现更大范围内的功率平衡和频率稳定。例如，当某一区域出现功率缺额导致频率下降时，该区域可以向相邻区域发出支援请求。相邻区域根据自身的系统状态和备用容量情况，通过调整本区域内发电机组的出力，向受扰区域输送功率，帮助其恢复频率稳定。

结语

为解决电力信号频繁响应的问题，提出面向电力大数据的新型负荷频率协调控制方法。对电力大数据的电网负荷频率预测，确定频率值域范围。实施电力负荷频率微分处理，并建立目标协调函数，对电网负荷频率协调控制。实验结果表明，该方法可以避免因电网负荷频率集中分布而出现电力信号频繁响应的情况，为电力系统智能化调控、高效运行及可持续发展提供技术支撑。

参考文献

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