[发明专利]电力系统频率安全性在线监视与评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统频率安全性在线监视与评估方法。

背景技术

频率是电力系统最重要物理量之一，保持频率在合格范围内是电力系统运行的重要任务。暂态过程中，出于对汽轮机叶片和机组轴系谐振、发电机过励磁、辅机安全性考虑，需保证频率偏移安全性；如果机组、系统保护参数整定配合不恰当，大幅度频率偏移可能触发连锁跳闸，导致系统崩溃；风电等间歇式电源大容量接入需要进行频率、电压等安全校核；低频减载等第三道防线的优化整定需要频率安全量化裕度信息。

前美国西部系统可靠性委员会(WSCC)于1997年提出可靠性准则，明确规定了对暂态频率偏移安全性的具体要求，并相继提出了防止频率偏移过大的减载以及负荷恢复规程。文献[薛禹胜.运动稳定性量化理论——非自治非线性多刚体系统的稳定性分析.南京：江苏科学技术出版社，1999]强调了电力系统安全评价中需对暂态频率偏移可接受性进行评估。文献[徐泰山，薛禹胜.暂态频率偏移可接受性的定量分析.电力系统自动化，2002，26(19)：7-10]提出一种基于二元表的暂态频率偏移安全性量化评估方法，实现了暂态频率安全的定量分析，并提出一种临界有功控制量的极限搜索策略；该方法计算中需要根据曲线拟合结果计算时间到频率的折算系数，指标线性度依赖于变换系数和曲线拟合效果。文献[徐泰山，李碧君，鲍颜红，等.考虑暂态安全性的低频低压减载量的全局优化.电力系统自动化，2003，27(22)：12-15，刘洪涛，曾勇刚，李建设，等.基于频率安全定量分析的南方电网联合低频减载方案.中国电力，2007，40(10)：28-32]基于文献[徐泰山，薛禹胜.暂态频率偏移可接受性的定量分析.电力系统自动化，2002，26(19)：7-10]所述分析方法进行低频减载优化整定。

由于发电机、变压器、汽轮机等主设备受发热、谐振、老化等因素限制，都有长期安全运行频率限值要求。叶片等部件在谐振状态下的损坏决定于所用材料的疲劳特性和谐振应力作用次数；根据运行经验，谐振应力作用次数累积超过一定值后材料会出现疲劳，威胁设备安全。不同类型、不同厂家的主设备都有频率越限累积时间的限制要求[袁季修.防御大停电的广域保护和紧急控制.北京：中国电力出版社，2007：141-142]。因此，频率安全性检测需要考虑频率越限造成的累积效应。

目前在暂态过程中，物理量的偏移(包括偏离幅度和持续时间)是否在给定范围内是判断其安全性的主要依据。通常，对暂态频率偏移安全性的要求可由基于给定频率偏移门槛值f_cr和偏出此给定值的频率异常持续时间t_cr构成的二元表[f_cr，t_cr]来描述：当且仅当频率偏出(低频安全评估时为低于，高频安全评估时为高于)f_cr的持续时间超过t_cr时，判为暂态频率偏移不满足安全要求。在常规频率偏移安全评估中，f_cr通常取值范围为49.8Hz～46.0Hz(低频安全评估)或50.2Hz～54.0Hz；t_cr最小值为0s，其上限根据设备不同，差异很大，对于单次安全评估，t_cr一般取0s～10s。

常规频率安全评估根据频率响应曲线与给定频率门槛值的关系，分别从频率和时间层面定义安全裕度指标。当频率最小值f_min大于f_cr时，如图3a所示，两者的差值在一定程度上反映了频率安全程度，可以基于两者的关系定义安全裕度：

η＝S(f_min，f_cr)    (1)

式中：S为频率安全裕度函数，f_min和f_cr为自变量，η为安全裕度。

当f_min小于f_cr时，如图3b所示，此时频率实际低于f_cr的安全破坏持续时间t_b大于零，t_b和t_cr的差值在一定程度上反映了频率安全程度，可基于t_b和t_cr定义安全裕度：

η＝M(t_b，t_cr)   (2)

式中：M为频率安全裕度函数，辅以一定的处理方法可以保证安全裕度指标在频率偏移程度不等时保持连续和较好的线性度。