微機自動低頻減載方案的開發(fā)分析

1、微機自動低頻減載方案的開發(fā)分析0 引言電力系統(tǒng)的頻率與發(fā)電機組所發(fā)出的有功功率和負荷所需有功功率之間的平衡情況有關。當有功功率不滿足用戶要求而出現(xiàn)差額時，系統(tǒng)的頻率將會下降。一般情況下，系統(tǒng)動用發(fā)電廠的熱備用容量就足以滿足用戶的要求，但當電力系統(tǒng)發(fā)生較大事故，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重的功率缺額時，為了保證對重要用戶的正常供電，不得不采取應急措施，切除部分負荷，使系統(tǒng)頻率恢復到可以安全運行的范圍內。在系統(tǒng)發(fā)生故障，有功功率嚴重缺額，需要切除部分負荷時，應盡可能做到有次序、有計劃地切除負荷，并保證所切負荷的數(shù)量必須合適，以盡量減少切除負荷后所造成的經(jīng)濟損失，這就是低頻減載裝置的任務。1 微機自動低頻減載裝置工

2、作原理分析1.1 微機低頻減載裝置的基本工作原理圖1 自動低頻減載裝置原理圖微機自動低頻減載裝置的基本工作原理，可以用圖1說明。假定變電站饋電母線上有多條供配電線路，按電力用戶的重要性分為n個基本級和m個特殊級。基本級是不重要的負荷，特殊級是較重要的負荷。每一級均裝有低頻減載裝置，它由頻率測量元件f、延時元件t和執(zhí)行性元件CA三部分組成?；炯壍淖饔檬歉鶕?jù)系統(tǒng)頻率下降的程度，依次切除不重要的負荷，以便限制系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降。例如，當系統(tǒng)頻率降至f1時，第一級頻率測量元件起動，經(jīng)延時t1后執(zhí)行元件CA1動作，切除第一級負荷P1；當系統(tǒng)頻率降至f2時，第二級頻率測量元件起動，經(jīng)延時t2后執(zhí)行元件CA

3、2動作，切除第二級負荷P2。如果系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降，則基本級的n級負荷有可能全部被切除。當基本級全部動作后，若系統(tǒng)頻率長時間停留在較低水平上，則特殊級的頻率測量元件fsp起動，經(jīng)延時tsp1后切除第一級負荷Psp1；若系統(tǒng)頻率仍不能恢復到接近于恢復頻率fh，則將繼續(xù)切除較重要的負荷，直至特殊級的全部負荷切除完。1.2 對微機自動低頻減載裝置的要求（1）測頻方法先進，測頻精度高。由單片機和大規(guī)模集成電路組成的低頻減載裝置，可以充分利用單片機的資源，提高測頻精度。（2）可采用頻率下降速率作為動作判據(jù)或閉鎖條件。當系統(tǒng)發(fā)生嚴重的功率缺額事故時，系統(tǒng)頻率的下降速率快。如果低頻減載裝置按df/dt作為動作

4、判據(jù)，則能加速切除部分負荷，保證系統(tǒng)頻率盡快恢復正常，也即提高了裝置動作的快速性和準確性。也可以利用df/dt作為閉鎖條件，以防止低頻減載裝置誤動。（3）容易擴展低電壓閉鎖功能。安裝低頻減載裝置的變電站，當其母線或附近出線發(fā)生短路事故時，母線電壓降低，有時可以引起測頻誤差，致使裝置誤動。為提高可靠性和動作的準確性，可考慮增加低壓閉鎖功能。對于常規(guī)的低頻減載裝置來說，必須增加一個電壓繼電器，而對于微機低頻減載裝置，只需從軟件上增加電壓判據(jù)即可。（4）容易擴充重合閘功能。由微機構成的低頻減載裝置，只要在軟件設計上做些工作，并擴展合閘出口回路，就可以方便地擴展自動重合閘功能。它是在低頻減載裝置動作，

5、切除部分負荷并在消除有功功率缺額事故后，系統(tǒng)頻率回升時，對已被切線路進行重合閘操作。這對于無人值班變電站尤其有用，可以防止裝置誤動或在有功缺額的事故消除后，及時恢復供電。對于以水電為主，并有較大容量的電力系統(tǒng)，經(jīng)過延時跳閘這段時間，水輪機調速器已經(jīng)發(fā)揮作用，系統(tǒng)備用容量得到充分利用，從而減輕了系統(tǒng)的有功功率缺額，此時可以重合閘，加速恢復對用戶的供電。（5）具有故障自診斷和自閉鎖功能。微機低頻減載裝置，利用微機的智能，很容易擴展故障自診斷功能。例如，測頻回路自檢、存儲器自檢和輸出回路自檢等。當發(fā)現(xiàn)某部分發(fā)生故障時，應立刻報警，并自動閉鎖裝置的出口。2 有關減載方案的分析要科學地切除負荷，做到既不

6、多切也不少切，盡快地恢復系統(tǒng)的頻率，必須利用系統(tǒng)合適的信息來確定切除的功率量。現(xiàn)有的裝置都是按頻率的降低值來切除負荷，但也有文獻提到按頻率下降速度df/dt來確定負荷的切除量。下面就幾種方案加以分析，并推導功率缺額的計算公式。電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況下，各母線電壓的頻率為統(tǒng)一的運行參數(shù)ωx/2π，各母線電壓的表達式為：ui=uisin（ωxt+δi）其中，ωx全網(wǎng)統(tǒng)一的角頻率電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞而引起系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，頻率從正常狀態(tài)過渡到另一個穩(wěn)定值所經(jīng)歷的時間過程，稱為電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率特性。電網(wǎng)中有很多發(fā)電機并聯(lián)運行，當系統(tǒng)由于

7、功率缺額而頻率下降時，在動態(tài)過程中各母線電壓頻率并不一致。如先忽略各節(jié)點Δfi的差異，首先求得全系統(tǒng)統(tǒng)一頻率fx的變化過程，因此，可以把系統(tǒng)所有機組作為一臺等值機組來考慮。由計算經(jīng)驗表明，雖然由于負荷電動機的數(shù)量要比發(fā)電機的量多得多，但負荷電動機及其拖動機械的轉動慣量卻比發(fā)電機組的轉動慣量要小得多，且它們的轉動慣量在整個系統(tǒng)中所占的比例很小，可以忽略不計。根據(jù)以上等值觀點，電力系統(tǒng)頻率變化時等值機組的運動方程表達為：Tx=P-P（1）式中，P、P以系統(tǒng)發(fā)電機總額定功率PGe為基準的發(fā)電機總功率和負荷功率的標么值；Tx系統(tǒng)等值機組慣性時間常數(shù)：=；（Δf=）把上式改寫成以

8、系統(tǒng)在額定頻率時的總功率PLe為功率基準，（1）式也可以寫成：Txx=P-P（2）計及負荷調節(jié)效應PL=PLe+KLΔf，把它寫成以PLe為基準的標么表達式，同時把功率缺額用ΔPh*表示，則（2）式可改寫為：Txx+KL*Δf=ΔPh*（3）即：Txx+Δf=（4）令：Txf=則有：Txf+Δf=（5）這是一個典型的一階慣性環(huán)節(jié)的微分方程式，（5）式的解為：Δf=（1-e）（6）由（6）式解得功率缺額為：ΔPh=（7）上式中，Txf系統(tǒng)頻率下降過程的時間常數(shù)，Txf=-由（5）式可知，在頻率下降速度

9、df/dt的信號中，含有功率缺額的信息，從理論上講它提供了切除相應功率量的數(shù)字描述，是比較理想的檢測信號。此方案動作準確，但算法較復雜。又由（7）式可知，當已知Txf，Δf，Δt時，可以求出功率缺額ΔPh。目前我國電力系統(tǒng)實際應用的是按頻率自動減載。這種逐次逼近;式的低頻減載方案原理是預先估計系統(tǒng)的功率缺額，按照各輪的動作頻率，在各個接點上斷開相應的用戶負荷，以達到穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的目的。由于預先不能準確確定系統(tǒng)功率缺額值、事故范圍以及系統(tǒng)備用容量的動用特性等因素，這種逐次逼近;式的低頻減載方案采取了一種犧牲快速性，按輪逐次逼近系統(tǒng)實際功率缺額的自動調整式的減負

10、荷方法。但此方案裝置簡單，有較為成熟的運行經(jīng)驗，因此，這種逐次逼近;式的低頻減載方案應用最普遍。國外一些電力系統(tǒng)，根據(jù)頻率變化率df/dt來啟動減負荷裝置，以便實現(xiàn)在嚴重功率缺額時快速切除負荷。這種方案的缺點是，在切除負荷的過程中，系統(tǒng)的轉動慣量不斷變化，很難根據(jù)系統(tǒng)的實際情況決定df/dt與被切負荷在數(shù)量上的關系。另外，在大電力系統(tǒng)中，為了躲開頻率下降過程中同一段時間不同地點的值可能有較大差異，需要人為地增加延時。作者相信，隨著微機應用技術的發(fā)展，今后理論上的更加完善，采用按df/dt減載方案將具有更好的效果。也有文獻提出了另一種減載方案。其基本思想是，借助于電壓的變化來確定減負荷的數(shù)量和位

11、置，在受到大擾動的地區(qū)先減掉相應負荷，動作的依據(jù)是：頻率的變化；頻率下降水平；電壓的急劇下降。然后再由電力系統(tǒng)中分層控制的能量管理系統(tǒng)（EMS）計算減負荷功率，這樣可以提高裝置的動作速度，避免少切負荷。但是，目前此方案還處在研究論證階段。3 結束語逐次逼近;式的低頻減載方案采取了一種犧牲快速性，按輪逐次逼近系統(tǒng)實際功率缺額的自動調整式的減負荷方法，此方案裝置簡單。使用頻率變化率df/dt啟動減負荷裝置，以實現(xiàn)在嚴重功率缺額時快速切除。隨著微機應用技術的發(fā)展，今后理論上的更加完善，采用按df/dt減載方案將具有更好的效果。【參考文獻】【1】謝大鵬，王曉茹，張薇.利用PSS/E實現(xiàn)電力系統(tǒng)低頻減載控制仿真.電力系統(tǒng)保護與控制，2009（01）.【2】趙強，王麗敏.全國電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)頻率特性及低頻減載方