频率是衡量电能质量的重要指标,也是电力系统继电保护设备和安全稳定装置的重要控制参数。频率测量贯穿电力系统发、输、配、用全过程。随着需求响应技术的发展与应用,负荷侧的快速响应资源能够主动参与电网互动,频率和频率变化率也逐渐成为负荷快速响应的重要控制参数,这对频率测量算法的实时性和精确度提出了更高的要求。本文在传统频率测量算法的研究基础上进行算法改进,研究适用于负荷侧的频率和频率变化率测量算法,并提出一种基于频率和频率变化率响应的负荷控制策略。主要的研究工作包括以下几点:(1)介绍了频率测量的基本要求以及电网观测模型;按照适用的电网信号观测模型,对常用的频率测量算法进行分类,并且从原理、适用情况、测量精度和响应速度等多方面对算法进行分析并仿真。(2)考虑到负荷侧谐波污染、噪声干扰以及冲击负荷对信号的影响,本文提出一种基于暂态观测模型的测频算法。该算法首先利用泰勒展开式对暂态观测模型进行预处理,提取频率偏差量,建立卡尔曼滤波的系统九状态模型。然后,利用卡尔曼滤波算法对状态模型进行迭代计算,从而获得频率偏差量的最优估计,实现电网频率跟踪。为了提高算法对突变信号的响应能力,设置了合适的时间区间,进行数据采样和卡尔曼滤波算法。该算法具有不敏感于谐波分量、噪声以及衰减直流分量,精度高,实时性好等特点。即使在频率突变、幅值突变的情况下,经过半个周期的延时即可实现频率的跟踪。(3)为了实现直接测量频率变化率以及动态频率的跟踪,提出一种计及频率变化率的频率测量算法。该算法首先利用二元函数泰勒展开对电网动态观测模型进行预处理,提取频率和频率变化率的参数。选取了合适的时间窗进行数据采样,从而建立状态量的线性方程组。最后,采用最小二乘法解决线性方程组的拟合问题,求取采样点的频率偏差和频率变化率偏差,从而实现频率和频率变化率的实时、精确跟踪。本算法十分适合频率线性变化的动态观测模型,精度高、实时性好。即使在频率、幅值突变的情况,该算法在经过不到一个周期的不适用区后,仍然可以继续跟踪频率和频率变化率的变化。(4)提出一种基于频率和频率变化率的负荷控制策略。类比于自适应的低频减载方案,该控制策略通过频率变化率预估系统缺额功率,确定每一轮次的响应容量;通过对频率变化率的大小判定相应的频率动作阀值,实现负荷的分级控制。该控制策略充分利用负荷响应资源,主动响应频率和频率变化率的变化,调整自身的运行状态,参与到电力系统的频率调节。经仿真,该策略具有较快的频率调节速度和较为精准的频率调节能力,可以有效抑制频率的跌落和增强电力系统频率的恢复能力。