防止电力系统频率崩溃的紧急控制
摘要
防止电力系统频率崩溃是防止系统大面积停电的一项重要措施。系统频率崩溃往往由于系统频率降低情况超出发电机组承受能力，形成连锁反应所致。本文根据国内外大量研究成果，讨论了机组在频率异常时的运行能力，分析了系统在低频减负荷等紧急控制作用下的频率特性及其与机组特性协调的问题，给出了有关的实用分析计算方法和计算示例。
关健词:系统频率降低；连锁反应；频率调整。
Abstract
Prevent frequency collapse of electric power system is an important measure to prevent the system to a large area blackout. System frequency collapse often due to system-frequency reduced circumstances beyond generating units capacity, creating a chain reaction caused by. According to many research achievements at home and abroad, discussed the operation ability in the abnormal frequency when the unit, analyzes the system frequency character is ti c in low frequency burden load emergency control under the action of unit and its coordination with the characteristics of the problem, gives the calculation method and calculation of relevant practical example. Keywords: Reduces the frequency of the system;A chain reaction;Frequency adjustment.
0 前言
通过世界范围内电力系统多次大面积停电的教训。表明那种认为电力系统稳定水平足够高就不会发生大停电的说法是不确切的。发生大面积停电往往是由多种偶然因素导致的后果，报难事先预计。尽管这种故障发生的概率很低。但后果却异常严重。现在各电力公司越来越认识到采取措施防止极端严重故障或未预料的故障造成大面积停电的重要性。我国早就强调了防止大面积停电的第三道防线对于防止大面积电控制措施的特点，但可根据故障(不论原因如何)引起的危急状态来采取相应措施。这种危急状态通常有失步振荡、过负荷、电压和频率严重偏离允许范国等。其中事故引起功率不平衡导致的频率异常是较常见的．特别是功率严重不足时的频率严重降低．可能导致系统频率崩溃。
台湾省1999年7月29日的大停电事故就是由未预料到的故障引起，加上措施不力而导致频率崩溃的典型例子．台湾电力系统设计条件是：南部通过两组345kV同杆双回线向中北部送电4000MW时，一组同杆双回线故障时，系统稳定不致破坏。7月29日实际送电3400MW时．一组同杆双回线园倒秆故障断开，同时南部一大型火电厂的母线分段断路器保护误动跳开，使大量功率迂回260km向北送电．导致稳定破坏，跳开另一组双回线，使南部与中北部解列。故障前中北部总负荷15500MW，解列后缺功率3400／15500=2I．9％．如果处理得当．本来可避免严重损失．但由于实际低频减负荷容量不足，而发电机低频跳闸 (整定值53～59Hz。时间15)与低频减负荷特性不协调，形成连锁反应，导致频率崩溃。中北部全停。全系统停电16700MW，22小时后才恢复正常。所以，电力系统在极端严重和难以预料的故障下防止频率崩溃，是保证安全稳定运行极端重要的措施．是防止大面积停电的最后一道防线的重要组成部分。
1．建议值一般小于机组允许值
考虑到使系统频率严重降低的故障概率是较小的，汽轮机频率异常每次最长允许时间通常可按叶片损伤一定的百分数来确定。这个百分数国际上尚无明确规定，如美国西部系统在1996年大停电后新颁布的(WSCC统一的频率偏离时甩负荷和恢复设计》18]规定以汽轮机寿命损耗5％准则作为低频减负荷的整定依据，即低频减负荷应保证电力系统额率偏离额定的时间不大于累计允许时间的5％。上述表l的每次允许时间约为累计允许时间的 1．67％～4．17％，其中概率低的频率降低情况允许值较大，一般低于5％-应认为是可行的。
所以．系统故障时频率降低的限制条件主要是发电机每次允许频率降低的
时间，以及核电厂冷却介质泵的运行性能。
电力系统频率崩溃电力系统或被解列后的局部系统出现较大有功功率缺额时，频率大幅度下降.影响汽轮发电机组出力降低或跳闸，造成频率进一步下降.系统有功出力进一步减少的恶性循环，导致电力系统或局部系统大停电。在电
源开断或负荷突然增大时，由于电源和负荷间功率的严重不平衡，会引起电力
系统频率突然大幅度下降，威胁电力系统正常运行（如汽轮机叶片的强烈振动、发电厂辅助机械的不正常工作）。如果不立即采取措施，使频率迅速恢复，将
会使整个电厂解列，产生频率崩溃，导致全系统瓦解。
频率和电压是电力系统运行的两大质量指标。若频率或电压不稳定,不仅给发电厂(变电站)及电力系统本身带来许多危害,而且更重要的是不能满足广大用户对电能质量的要求, 使用户的产品质量下降甚至报废。因此,当系统频率或电压变化时,各发电厂(变电站)值班人员应按照规定主动调整,使其恢复至规定范
围内运行。
2 系统频率异常的限制条件
系统正常运行时的允许频率偏差取决于某些对频率质量要求特别高的用户，一般为 0.I Hz-,-0．2Hz。汽轮发电机组的长期运行允许频率范围为48．5Hz-50．5Hz。系统正常负荷波动引起的频率偏差一般可由发电机功率调节系统进行调整补偿．但是在系统事故功率短缺时．就难免要突破上述范围。因为发电机
的调速系统增长功率速度不可能立即弥补这些功率缺额：依靠立即切除相应负
荷保持频率不变是很难准确实现的．也是不妥当的，因为这样将不能充分发挥
旋转备用的效用而致使较多负荷停电。系统事故时的频率偏差限制条件取决于
大型汽轮发电机组和核电机组．限制因素主要是汽轮机叶片谐振和辅机出力例。汽轮机叶片在频率偏差较大时运行，可能承受不可恢复的损伤，在该频率运行
的整个寿命时间是有限的。汽轮机在每次系统故障时频率降低的允许时间，应
根据频率降低程度、故障发生概率及对汽轮机寿命可能的损耗程度合理确定。
发电厂辅机的决定因素是核电厂的冷却介质泵.
我国有关部门曾对大型汽轮发电机的频率异常运行能力进行了大量调查研究，调查范围包括全世界各主要发电设备生产厂，如西门子、ABB、OEC、ALSTOM、安莎尔多、西屋、GE、东芝、三菱、日立、斯科达、哈尔科夫和列宁
格勒金属工厂等进口我国的300MW～600MW汽轮发电机组.
3 频率的调整
电力系统一次、二次、三次调频的特点
频率调整，又称频率控制，是电力系统中维持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定。电力系统频率调整的主要方法是
调整发电功率和进行负荷管理。按照调整范围和调节能力的不同，频率调整可
分为一次调频、二次调频和三次调频。
一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的
自动反应，由发电机组调速器自动实现的不改变变速机构位置的调节过程，调
整有功出力以维持电力系统频率稳定。一次调频的特点是响应速度快，但是只
能做到有差控制，是对第一种负荷变动引起的频率偏差进行调节
二次调频也称为自动发电控制，是指发电机组提供足够的可调整容量及一
定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。需要运行人员手动或者自动操作调速器，使发电机的频率特性平行地上下
移动，进而调整负荷，使频率保持不变。二次调频可以做到频率的无差调节，
且能够对联络线功率进行监视和调整。
三次调频即有功功率经济分配，其实质是完成在线经济调度，其目的是在
满足电力系统频率稳定和系统安全的前提下合理利用能源和设备，以最低的发
电成本或费用获得更多的、优质的电能。
电力系统的频繁应经常保持50周/s。其偏差要求是:在300万千瓦以上的系
统不得超过±0.2周/s;不足300万千瓦的系统不得超过±0.5周/s。频繁发生变化, 是由于系统中发电机的功率和用户的负荷不平衡所引起的。当系统负荷增
加或发电机出力减少时, 频繁就要下降,相反,将会升高。由于电力系统的负荷
经常不断地变化, 又由于发电机功率的改变往往受原动机的影响而不能完全适
应系统负荷的变化, 因此频繁的波动是不可避免的。在电力系统中,为了保证频繁的稳定,中心调度通常将发电厂分为第一调频厂、第二调频厂及负荷监视厂三类, 并事先给予各发电厂日负荷曲线。调频厂的主要任务是及时调整系统的频繁, 使它保持在允许范围内。为了完成这一任务,调频厂经常在高峰负荷到来前要开炉并机, 而在低峰期间停机压炉。若在条件时,调频厂选为水电厂较为理想。因为水轮发电机组,从起动到并列带上满负荷,只需1.5min～2min时间。各负荷
监视厂,同样必须按调度员预发的负荷曲线来调整。只有全网各发电厂互相配合,才能保证频繁在允许范围之内。频繁的调整,一般采用人工调节,即当系统频率
降低时, 值班人员应向增加方向操作调速开关,开大汽轮机的调速汽门,增加其
进汽量,从而使频率增加,当系统频率增高时,操作方向相反。
4 控制频率下降的措施有
1.在电力系统正常运行时，除了调速器反映频率的变化，自动进行相应的
出力调节外，一般安排一定数量的旋转备用(热备用)；
2.在电力系统中一般可设置按频率变化自动切除负荷的低频减载装置，使
电力系统的频率能迅速地恢复到正常水平；
3.在国外一些电力系统中，也采用短时间降低电压 (5%~8%)的办法减小负荷，使系统中有功功率的缺额减小，频率得以维持；
4.为了避免系统频率大幅度下降，给发电厂辅助机械的正常工作带来的不
正常影响，可在系统频率下降到很低以前，使1台(或几台)发电机与系统解列，用来保证对全发电厂辅助机械及部分地区负荷供电，以避免由于频率继续下降
而使整个发电厂与系统解列。这将大大提高恢复系统正常状态的能力不同规模
的电网对于低频率的承受能力不同，一般系统低频率的处理原则如下：（1）频率降低程度较小时，调度根据系统情况通知网内所有机组增加出力，调出旋转备用；若有抽水蓄能机组在抽水状态下，令机组转发电运行。
（2）若频率持续下降，电网缺乏足够的旋转备用，调度有权根据系统频率情况，发布超用限电命令。
（3）当电网频率不断下降致事故频率时，各级调度有权根据各自调度范围内的“紧急拉路序位表”进行拉路，控制系统频率。
5 防止系统频率崩溃的措施
大型发电机组是电力系统最贵重的设备，必须保证它的安全。国家标准规
定300MW及以上机组需要装设低频保护。当系统故障出现严重功率短缺时，必须采取措施使频率下降的幅度和时间不致使发电机低频保护动作，避免连锁反应。当然，发电机组也应具备一定的允许低频运行能力。即限制频率降低措施的性
能必须与发电机频率保护特性相协调。当前国家电力体制改革的重点之一是
“厂网分离”，即电厂和电网分属不同单位管理，加强厂网之间关于频率特性
的协调更为重要。否则，可能出现连锁反应，导致频率崩溃。
由于启动系统备用容量需要一定时间，在系统严重功率短缺时防止频率下
降的主要措施是切负荷。切负荷分以下两类:
1 故障连锁切符合。当电力系统或地区短缺功率超过一定范围时，仅靠低频减负荷较难保证系统频率下降在允许范围内，而需要补充采用连锁切负荷方式。切负荷数量和地点可由离线计算分析确定；也可在线预决策，即在线计算分析，每隔一定时间更新切负荷整定值。应注意切负荷后的无功功率平衡，避免大量切负荷后的电压波动。还需特别注意的时有功功率短缺且无功功率严重不足时，地区电压可能严重降低而频率并不显著降低，低频减负荷不起作用，结果导致电压崩溃。对这种情况必须采用连锁切负荷或低电压减负荷以保证电力恢复。
2 低频减负荷。所有电力系统及各个可独立运行的电网必须设置足够的、分散的、按频率降低起动的低频减负荷装置、低频负荷对任何原因引起的低频降低均起作用、这是防止频率崩溃的最后一道防线，不论是否有连锁切负荷等紧急控制，低频减负荷都用妥善设置。切除负荷的总容量按该电网实际可能出现的功率缺额考虑，一般不宜低于40%。装置宜采用简单、分散型式以保证尽量高的可靠性。
6 电力系统频率降低的处理
当电力系统频率降低时, 应按下列程序进行处理。
(1)当电力系统的频率低至49.5周/s以下,但在48周/s以上时,各发电厂值班人员无须等待调度员的命令, 应自行增加发电厂出力。直至频率恢复到49.5周/s以上,或达到发电厂运行中机组的最大可能出力为止,同时并应将此事报告值班调度员。对于与系统联系较弱的发电厂, 增加出力可能使联络线过负荷, 则应根据联络线极限允许负荷增加其出力。与此同时,值班调度员应命令将备用容量投入运行。若系统中所有备用容量均已投入运行,而频繁仍未恢复至49.5周/s 以上时,庆立即与用户联系,停用部分用电设备。若限制负荷后不能使频率恢复至规定值,则值班调度员应下令切断部分负荷,使频率低于49.5周/s的持续时间不超过30min,或低于49周/s的持续时间不超过15min。
(2)当频率降低至规定值时(如48.5周/s以下时),值班人员应检查频率自动减负荷装置的动作情况。当该装置在整定频率数值下没有动作时, 应立即手动切断送电线路。当系统中没有装设低频自动减负荷装置或装置容量不足时, 发电厂值班人员应按调度部门的事先规定, 立即自动切断部分送电线路。
(3)当电力系统频率降低至足以破坏火力发电厂厂用电系统的安全运行时,一般在46周/s左右,各发电厂值班长可以按现场规程的规定,将专用的厂用电发
电机或将事先规定的供厂用电及部分重要用户的一台或数台发电机与系统解列,而无须得到值班调度员的许可。当厂用机组与系统解列后,待电力系统频率达到
48.5周/s以上时,应尽快将厂用电机组与系统恢复并列。
①电力系统保持足够的负荷备用容量和事故备用容量。②装设自动低频减负荷装置，其动作频率的整定应使大型汽轮发电机组不致因频率降低而跳闸;同时还要制定事故时紧急手动切除负荷的序位(见电力系统事故紧急限电)。③制订保持发电厂厂用电的措施。如当系统频率降到某一数值时，部分发电机组自动与系统解列.并向与其发电出力相当的负荷(包括厂用电)供电以保持频率为额定频率;这些机组在频率崩溃的系统内可作为起动其他机组的电源，用以加快恢复电力系统供电的过程。此外，也有在火电厂内安装燃汽轮机作为事故备用电源。
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电力系统频率的二次调节 一、频率的二次调节基本概念 上一节分析了系统频率特性系数Ks的组成和特点。从分析中可知，系统的频率响应系数愈大，系统就能承受愈大的负荷冲击。换句话说，在同样大的负荷冲击下，Ks愈大，所引起的系统频率变化愈小。为了使系统的频率偏差限制在教小的范围内，总是希望有较大的Ks。 Ks由两部分组成，一部分有负荷本身的频率特性所决定，电力系统的运行人员是无法改变的；另一部分有发电机组的频率响应系数决定的，它是发电机调差系数的倒数。运行人员可以调整机组的调差系数和机组的运行方式来改变其大小。但是从机组的稳定运行角度考虑，机组的调差系数δ%不能取得太小，以免影响机组的稳定运行。 系统的频率响应系数Ks是随着系统负荷的变动和运行方式的变化二变动的。这对用户和系统本身都是不希望的。也就是说，仅靠系统的一次频率调整，没有任何形式的二次调节（包括手动和自动），系统的频率不可能恢复到原有的值。为了使系统的频率恢复到原有的额定频率运行，必须采用频率的二次调节。 频率的二次调节就是改变发电机组的频率特性曲线，从而使系统的频率恢复到原来的正常范围。 如图3-15所示，发电与负荷的起始点为a，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷增大，负荷特性曲线从PLa变化至PLb时,当系统发电特性曲线为PGa时，发电与负荷的交叉点为a移至b点。此时，系统的频率从f1降至f2。当增加系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGa变到PGb，就能使发电与负荷特性的交叉点移至d点，可使系统的频率保持在原来的f1运行。 反之，当系统的负荷降低，在如图3-15中，发电与负荷的起始点为d，此时，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷特性从从PLb变化至PLa时,当系统发电特性曲线为PGb时，发电与负荷的交叉点为d和c点。此时，系统的频率从f1上升至f3。为了恢复系统的频率，适当减少系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGb变到PGa，就能使发电与负荷特性的交叉点从c点移至a点，
SSE520系列频率电压紧急控制装置既可用于电网频率电压异常需要紧急控制的场合，如低频低压减载或高频切机等；还可作为一个终端执行装置，执行远方跳闸命令或区域稳定控制系统送来的切负荷、切机命令。该装置结构紧凑，采用模块化设计、通用性强，可以适用于电网电压频率紧急控制、系统解列、切机切负荷等场合。主要功能配置 1、减载功能：当地5轮低频低压减载的判别及出口；具有滑差加速、滑差闭锁功能； 2、切机功能：当地3轮高频切机； 3、远方功能：具有通信接口或远方跳闸接点输入，可执行远方跳闸命令或减载命令； 4、测量功能：可同时测量两段母线或两条联络线的电压、电流、功率、频率、功率方向等， 电力系统紧急控制是指在电网事故状态下，由于系统内部电源与负荷功率失去平衡，系统频率与电压将发生较大幅度的变化，尤其是在有功缺额、无功缺额或两者均不足而导致系统的崩溃事故状态下，为了保证主系统的安全运行和对重要用户的不间断供电（包括发电厂本身的厂用电）而进行的切负荷、切机和解列控制。 频率和电压是电力系统运行的两个最重要的指标。电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有功功率之间的平衡情况。 电压频率紧急控制的装置，这种装置能快速测量频率、电压及变化率, 区分出短路故障, 判断出系统内功率缺额的大小。一旦电力系统出现不稳定它能快速切除接近于功率缺额的负荷,抑制系统电压频率的快速降低,保证电网安全并保障一些重要用户的供电质量.
DPY-3x 频率电压稳定控制装置 功能特点 ·测量安装点母线的频率、电压以及它们的变化率 ·用于频率、电压紧急控制，具有低频、低压、过频、过压等频率电压控制功能 ·在电力系统由于有功缺额引起频率下降时，装置自动根据频率降低值切除部分电力用户负荷； 在有功功率过剩出现频率上升时装置自动根据频率升高值自动切除部分电源，使系统的电源与负荷重新平衡。 ·当电力系统有功缺额较大时，具有根据df/dt 加速切负荷的功能，在切第一轮时可加速切第二轮，尽早制止频率的下降； 当电力系统有功剩余较大时，具有根据df/dt 加速切的功能，在切 第一轮时可加速切第二轮，尽早制止频率的上升。 ·在电力系统由于无功不足引起电压下降时，自动根据电压降低值切除部分电力用户负荷，确保系统内无功的平衡，使电网的电压恢复正常； 在电力系统由于无功过剩引起电压上升时，自动根据电压上升值切除部分电源，确保系统内无功的平衡，使电网的电压恢复正常。·当电力系统电压下降太快时，可根据du/dt 加速切负荷，尽早制止 系统电压的下降，避免发生电压崩溃事故，并使电压恢复到允许的
电力系统负荷可分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动由很大的 偶然性。第二种变动幅度较大，周期较长，属于这类负荷的主要有电炉、电气机车等带有冲 击性的负荷。第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。 电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频 率的一次调整指由发电机的调速器进行的，对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次 调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。三次调整其实就是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事 先给定的发电负荷曲线发电。在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可 以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。这类发电厂又称为负荷监视。至于潮流 计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频 任务的发电厂母线。 一：调整频率的必要性 电力系统频率变动时，对用户的影响： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。 系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。 频率变动地发电厂和系统本身也有影响： 火力发电厂的主要厂用机械—风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少， 影响锅炉的正常运行。 低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片 断裂。 低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使 发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。 低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。也为了不超越 温升限额，不得不降低变压器的负荷。 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水 平的下降。 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。 调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统， 特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。 二：发电机原动机有功功率静态频率特性 电源有功功率静态频率特性通常可以理解为就是发电机中原动机机械功率的静态频率特性。 原动机未配置自动调速时，其机械功率与角速度或频率的关系： 221212m P C C C f C f ωω=-=- 式中各变量都是标幺值；通常122C C =。 解释如下：机组转速很小时，即使蒸汽或水在它叶轮上施加很大转矩m M ，它的功率输出m P 仍很小，因功率为转矩和转速的乘积；机组转速很大时，由于进汽或进水速度很难跟上叶轮 速度，它们在叶轮上施加的转矩很小，功率输出仍然很小；只有在额定条件下，转速和转矩 都适中，它们的乘积最大，功率输出最大。 调速系统中调频器的二次调整作用在于：原动机的负荷改变时，手动或自动地操作调频器，
摘要：近年来，伴随着经济社会的快速发展，电力系统规模的不断扩大使得电网体系的结构日趋复杂，电力设备单机容量逐步提高，与之相关的电力系统安全稳定问题也不断涌现。积极研究和运用先进的安全稳定控制技术不但可以使电力系统运行的可靠性大大提高，而且可以直接带来可观的经济效益。从电力系统安全稳定的相关概念入手分析了电力系统安全稳定控制的相关技术，然后就这些技术在电力系统中的实际应用进行了说明，旨在为电力部门提高安全稳定控制水平提供参考。 关键词：电力系统；安全稳定；控制技术；应用 电力作为当今社会最主要的能源，与人民生活和经济建设息息相关。供电系统如果不稳定，往往导致大面积、长时间的停电事故，造成严重的经济损失及社会影响。因此，学习电力系统安全稳定控制理论并研究适应时代发展要求的新的电力系统安全稳定控制技术对于实现当前电力资源的合理配置、提高我国现有电力系统的输电能力和电网的安全稳定运行具有十分重要的意义。 一、电力系统安全稳定控制概述 1.电力系统稳定的相关概念 电力系统的主要任务就是向用户提供不间断的、电压和频率稳定的电能。它的性能指标主要包括安全性、可靠性和稳定性。电力系统可靠性是指符合要求长期运行的概率，它表示长期连续不断地为用户提供充足电力服务的能力。安全性指电力系统承受可能发生的各种扰动而不对用户中断供电的风险程度。稳定性是指经历扰动后电力系统保持完整运行的持续性。 2.电力系统安全稳定控制模式的分类 按照信息采集和传递以及决策方式的不同，电力系统安全稳定控制模式可以分为以下几种：一是就地控制模式。在这种控制模式中，控制装置安装在各个厂站，彼此之间不进行信息交换，只能根据各厂站就地信息进行切换和判断，解决本厂站出现的问题。二是集中控制模式。这种控制模式拥有独立的通信和数据采集系统，在调度中心设置有总控，对系统运行状态进行实时检测，根据系统的运行状态制定相应的控制策略表，发出控制命令并实施对整个系统的安全稳定控制。三是区域控制模式。区域控制型稳定控制系统是针对一个区域的电网安全稳定问题而安装在多个厂站的安全稳定控制装置，能够实现站间运行信息的相互交换和控制命令的传送，并在较大范围实现电力系统的安全稳定控制。 二、电力系统安全稳定控制的关键技术
频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
等值发电机组（电网中所有发电机组的等效机组）的功率频率静态特性如下图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似。 12.1.2.3电力系统频率特性 电力系统的频率静态特性取决于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性，由发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性可以经推导得出： 式中――电力系统有功功率变化量的百分值： ――系统频率变化量百分值； ――为备用容量占系统总有功负荷的百分值。 12.1.2.4一次调频 一次调频：由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化，使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调整。
中文名称：电力系统安全控制 英文名称：power system security control 定义：以保持电力系统安全运行为主要目的，同时考虑电能质量和运行经济性的控制。 应用学科：电力（一级学科）；电力系统（二级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 编辑本段电力系统安全控制 保证电力供应的不间断性而设置的控制系统和装置及采取的控制策略和措施。它与电力系统的运行状态密切相关，包括预防控制、校正控制、稳定控制、紧急控制、恢复控制以及继电保护。 电力系统安全控制措施及其进展 预防控制为防止电力系统越出正常运行状态而设置的装置和采取的策略、措施。包括随时将测得的量与安全运行的目标值进行比较，并向运行人员提供必要信息，这称为安全监视；根据当时的运行状态进行事故预想和模拟，检查系统的安全性，这称为安全分析；若安全分析的结果表明系统不够安全，则向运行人员发出警报并提示或直接执行必要的措施，诸如切换负荷、改变系统结构、调整发电机出力和潮流、分配后备出力、布置解列点和改变安全稳定装置及保护的整定值等。 校正控制为使电力系统的频率异常、电压异常和线路、变压器过负荷返回正常值而设置的装置和采取的控制策略、措施。造成频率异常是因为系统有功功率不平衡。使频率恢复正常的主要手段是调整发电机出力和调整负荷，包括合理配置汽轮发电机的热备用、水轮发电机组的调相运行和发电运行的切换、水轮发电机和燃气轮机发电机组的自动起动、抽水蓄能机组的抽水和发电运行的切换，以及在系统中合理配置按频率减裁、切除负荷等装置。造成电压异常的主要原因是系统无功功率不平衡或无功功率分布不合理。使电压恢复正常的主要手段是调整系统的无功功率及其分布，包括发电机和调相机的励磁控制、静止无功补偿器的控制、并联电容的投切、带负荷可调变压器分头的调整以及按电压切除负荷的措施等。为了消除变压器和线路的过负荷，应该根据造成过负荷的原因采取相应的措施，如投入备用设备，改变运行方式和潮流分布，直到切除负荷。 稳定控制为防止系统中发电机失步，防止系统失去稳定或提高系统运行稳定性，也就是使系统从紧急状态恢复进入正常状态而设置的装置
电力系统的频率问题 为什么我国的电源是采用50Hz的,而外国有的国家采用60Hz的电源?我国在制定此标准时是依据什么呢?50Hz和60Hz电源的优点、缺点在哪里？两者对负载的功率有没有影响？另外，机场和飞机上又为什么采用400Hz的电源？ 其实50H和60HZ的区别不是很大，没有实质性的问题。不过是发电机的转速略有差别。选择50HZ或60HZ，在一个国家里，总得一致。 应当引起人们关注的倒是，为什么要采用50HZ或60HZ，而不是更高或更低。 在电气系统里，频率是一个很重要的基本要素，并不是随意确定的。 这一个问题看起来简单，实际上是一个比较复杂的问题，涉及的方面比较多，从原理上追朔，应当从麦克斯韦发现了经典电磁理论、赫兹为麦克斯韦的理论添上了至关重要的一笔、法拉第的法拉第电磁感应定律及其世界上第一台电磁感应发电机、英国工程师瓦特金首先制出了电动机，法国人皮克希制成了发电机、西门子发现了发电机的原理，发明了发电机，这是发电机领域的第一例实际应用等说起。 此后人们发现总结出来的定理为，周期性地改变方向的电流叫做交流电，电流发生1 个周期性变化的时间叫做周期，每秒电流发生变化的次数做频率，单位是赫兹（为了纪念赫兹的贡献）。交流电的频率为50（60）赫，电流方向每秒钟发生50（60）个周期性的变化，每秒改变的次数为100（120）次。 电动机是根据通电线圈在磁场中转动的基本原理制成的。如果将电动机线圈两端加两个铜制滑环及分别与滑环接触的两个电刷就成为交流发电机（原理）。发电机是实现将机械能转化为电能的装置，需要原动机拖动。 频率大小的确定与发电机、电动机及变压器等的构造、材料等有关。 50赫的两极发电机的同步转速是3000转/分，而如果频率上升一倍达到100赫，那么同步转速将会是6000转/分。如此高的速度将会给发电机的制造带来很多问题，特别是转子表面的线速度太高，必将大大限制容量的增加。另外，从使用角度看，频率过高，使得电抗增加，电磁损耗大，加剧了无功的数量。譬如以三相电机为例，其电流大大下降，输出功率及转矩也大大下降，实在没有益处。另外，如果采用较低的频率譬如30赫，变压效率低，那么将不利于交流电的变压和传输。 现代电力系统的频率即电力系统中的同步发电机产生的正弦基波电压的频率。频率是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只有一个频率。我国和世界上大多数欧洲国家电力系统的额定频率为50Hz。美洲地区多数是60Hz。大多数国家规定频率偏差±0.1～0.3Hz之间。在我国，300万kW以上的电力系统频率偏差规定不得超过±0.2Hz；而300万kW以下的小电力系统的频率偏差规定不得超过±0.5Hz。由于大机组的运行对电力系统频率偏差要求比较严格，因此有些国家对电力系统故障运行方式的频率偏差也作了规定，一般规定在±0.5～ ±1Hz之间。超过允许的频率偏差，大机组将跳闸，这不利于系统的安全稳定运行。 在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功率不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出
中华人民共和国国家标准 电能质量电力系统频率允许偏差 GB/T159451995 Quality of electric energy supply Permissible deviation of frequency fof power system 国家技术监督局1995-12-21批准1996-08-01实施 1主题内容与适用范围 本标准规定了电力系统频率允许偏差值及其测量仪表的基本要求 本标准适用于正常运行下标称频率为50Hz的电力系统 本标准不适用于电气设备的频率允许偏差 2术语 2.1频率偏差frequency deviation 系统频率的实际值和标称值之差 2.2频率变动frequency variation 频率变化过程中相邻极值频率之差 2.3冲击负荷impact load 生产(或运行)过程中周期性或非周期性地从电网中取用快速变动功率的负荷 3频率偏差允许值 3.1电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz当系统容量较小时偏差值可以放宽到 0.5Hz 3.2用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0.2Hz根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值但应保证近区电力网发电机组和用户的安全稳定运行以及正常供电 4测量仪表 用于频率偏差指标评定的测量须用具有统计功能的数字式自动记录仪表其绝对误差不大于0.01Hz ______________ 附加说明 本标准由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会提出并归口 本标准由电能质量电力系统频率允许偏差国标工作组负责起草 本标准由电力科学研究院机械标准化研究所国家电力调度中心电力部信息所纺织机械研究所牵引电气设备研究所等单位参加起草 本标准主要起草人林海雪俞莘民雷晓蒙向海平曹军梅罗新潮蔡邠
电力系统频率及有功功率的自动调节 摘要 在现实中系统功率并不是一个恒定的值，而是随时变化的，在系统中，每时每刻发电功 率和用电功率基本平衡。而功率又是影响频率的主要因素，当发电功率与用电功率平衡时，频率基本稳定，当发电功率大于用电功率时系统频率则上升，反之则下降，所以系统对有功 功率和频率进行调整。本文研究了电力系统频率及有功功率的自动调节进行了详细的研究与论证。 关键词：频率有功功率自动调节 第一章频率和有功功率自动控制的必要性 1电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响 （1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量”甚至会出现次品和废品。 （2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有 些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。 B频率对电力系统的影响 （1）频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断 裂，造成重大事故。（次同步谐振，1970、1971年莫哈维电厂790MV机组的大轴损坏事故） （2）频率下降到47-48HZ时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机、送煤机）的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造 成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 （3）在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。 （4）电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使无功消耗增加，引起系统 电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降
电力系统紧急控制与系统恢复读书报告 一、电力系统运行状态和稳定性 电力系统可由1组微分方程及2组代数方程来描述。根据约束条件是否满足，系统运行分为正常状态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态和恢复状态。 当扰动概率增加，使系统安全水平逐步降低而进入警戒状态时，虽然所有约束条件仍然满足，但是备用储备减少，某些干扰可能导致不等式约束破坏(如设备过载)，使系统安全受到威胁。在这种状态下，应采取预防控制使系统恢复到正常状态。 在采取预防控制之前，如果发生足够严重的干扰，系统就进入紧急状态。此时，不等式约束被破坏，系统安全水平为零。但是，系统仍然完整，应启动紧急控制使系统至少恢复到警戒状态。如果紧急控制措施未及时实施或失效，系统将解列并进入极端紧急状态。在极端紧急状态中，等式和不等式约束都被破坏，系统不再完整，系统大部分负荷丧失。紧急控制作用应尽可能多地挽救解列后的子系统，以避免整个系统完全崩溃。一旦崩溃停止，如果仍有设备运行在额定容量之内，或某些设备紧跟崩溃而重新启动，则系统可能进入恢复状态。采取恢复控制措施，重新带上所有失去的负荷和连接系统，系统可能过渡到警戒状态或正常状态则视情况而定。 通常按扰动性质将系统稳定性分为：静态稳定或小干扰稳定性；暂态稳定性。 紧急控制虽然与暂态稳定密切相关，但不仅仅考虑暂态稳定问题，而应该从整个系统的要求出发。对于系统紧急状态来说，个别电机的不稳定性既不是必要条件，也不是充分条件。系统演变到紧急状态，可能不会直接威胁个别电机的连续同步运行，危及个别电机连续稳定运行的扰动可能(但不需要)出现在系统紧急状态出现之前或演变过程中。防止某台发电机失步或防止某个元件损坏的当地控制作用甚至可能恶化整个系统的性能。例如，1996年7月2日和8月10日美国西部大停电事故中，系统进入紧急状态都没有经历暂态稳定过程。换言之，这种当地紧急控制作用的后果是，使主要联络线或干线以故障前最小静态稳定裕度运行，大多数情况下会进一步加载，从而超过故障后功角特性的最大幅值。按照CIGRE和IEEE提出的术语，这种情况称为“条件稳定性”。 此外，电力系统紧急状态的出现不仅表现在发电和输电设备极限的破坏上，而且表现在基本变量频率和电压极限的破坏上。在电源开断或负荷突然增大时，由于电源和负荷间功率的严重不平衡，会引起系统频率突然大幅度下降。如果系统备用容量不足和不及时采取措施，将使频率进一步下降，渐增加到一定程度时，有可能使电压大幅度下降，而产生频率崩溃，导致全系统的瓦解。由于无功电源不足或无功电源突然切除时，当负荷（特别是无功负荷）逐以致发生电压崩溃现象。 因此，紧急控制的定义是，当系统遭受一个事件的扰动后，部分或整个系统现有容量暂时不再能充分满足负荷需求时，使系统能够维持和恢复到可行的运行状态，而且不会出现不可忍受的过载或不正常的频率（或电压）所采取的措施和过程。 二、紧急控制系统的基本框架 互联电网紧急控制的主要目的是将紧急状态局部化和避免故障扩展到相邻
电力系统频率异常的控制 【摘要】频率是电力系统重要的运行参数，也是衡量电能质量的重要指标，同时为某些安全稳定装置动作提供判据。现代电力系统中装设了大量的频率量测装置，从而可以记录系统中发生的频率动态过程，然而对实际电网进行频率动态过程研究发现，仿真所得的频率轨迹与实测轨迹存在着较大的差别，这就迫切需要对电力系统中影响动态频率特性的相关因素进行分析。 【关键词】电力系统；频率异常；控制分析 一、频率异常的特点和控制措施 由电力系统事故所引起的频率大幅度变化的动态过程称为频率 异常。它不同于正常运行的频率波动．主要表现在频率变化幅度大、速度快。在电力系统尚未解列时，伴随有振荡的出现。当电力系统解列后，在功率严重缺少的被解列的区域网内，又往往会出现频率的单调衰减，即所谓的频率崩溃。 引起电力系统频率异常的根本原因是系统中出现了功率的不平衡，而导致功率突变的直接原因是：①联络线出现故障开关跳闸，两侧功率出现了不平衡；②电力系统内有大容量发电机组突然投入或切除；③电力系统内有大的负荷突然投入或解除。 针对这些原因，可以采用如下所述的措施和控制手段来减少频率事故的出现： ①合理设计电力网结构。如采用双回路联络线，以减少线路故障
导致电力系统解列的可能性；环形网供电，以减少辐射阀所引起停电的可能性；用电负荷和供电电源应尽可能就地平衡；②适当地控制系统传输功率。在图1中，为了使联络线故障切除后不引起两侧系统频率急剧下降，应该预先将联络线交换功率限制在适当的限额内。在考虑电力系统的电流分析时，应该尽量保证在一些线路故障切除后，在电流转移的情况下，不会造成其他线路或区域过负荷。 ③系统应具备足够的备用容量。在电力系统中为了防止系统因大量功率缺额而造成系统频率下降，一般需要安排一定数量的发电机作为旋转备用(热备用)，当频率下降时可以立即使旋转备用机组提供输出功率；④在电力系统内装设控制频率异常的自动控制装置。能够自动投切发电机组和负荷。 二、消除电力系统频率异常的自动控制装置 按照频率异常时频率上升和下降的不同，自动控制装置可分为：①反映电力系统频率下降时动作的自动控制装置；有低频减负荷自动控制装置颁发电机自启动控制装置、低频蓄能改发电自动控制装置等；②反映电力系统频率上升时动作的自动控制装置。有高频切除发电机组自动控制装置、高频率发电机组输出功率自动控制装置、电气制动自动控制装置等。 这些自动控制装置用频率变化作为测量信号，经过一定的逻辑判断后由控制操作指令，它们都属于反事故自动控制装置。按频率自动减负荷装置是一种有着高度选择性的反事故自动控制装置。当电
电力系统频率偏低偏高有哪些危害 电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。1.对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；2.对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；3.对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。 当供电电路的频率偏高时，1、电动机的转速回高（n=60f/p(1-&) )，当电动机转速增大时，其实际功率成倍增加，其结果电动机很容易过载烧毁；2、中国电气设备是按50赫兹设计的，如果大于其允许的频率数，电气原件容易损坏。当供电电路的频率偏低时，电动机转速会过低，会使有的设备不能正常工作，如水泵可能不出水，风机风量、风压过低。 频率变化对电力用户及电力系统的影响包括哪些 对用户： 1、用户使用的电动机的转速与系统频率有关，频率变化将使电动机的转速变化，从而影响产品的质量。例如，纺织工业都会因为频率的变化出现次品。 2、近代工业，国防和科学技术都已经广泛使用的电子设备受到频率影响较大。 系统本身： 1、低频运行，会对发电机的叶片所受到的应力有影响。甚至引起共振，降低叶片寿命。 2、增大励磁电流，提高温升等。 系统频率的变化主要是引起负荷端异步电动机转速的变化。 如果频率降低的过多，将使电动机停止运转，会引起严重的后果。比如，火电厂的给水泵停止运转，将迫使锅炉停炉。另一方面，如楼上所讲，对于汽轮机在低频运行状态下时，会缩短汽轮机叶片的寿命，严重时会使叶片断裂。（这是因为汽轮机转子一般瘦长，转速较快，可达1500r/s,突然频率过低，会使叶片断裂）。 如果频率过高，则会出现失步等问题。 推荐楼主看《电力系统分析（上）》诸俊伟和《电力系统分析（下）》夏道止 电力系统频率变化的原因
《电力系统分析》复习题 一、单项选择题 1、下列二次设备中（c ）是保护设备。 A．电流表B．电压表 C．继电保护装置D．远动操作装置 2、TJ表示（）。 A．铝绞线B．铜绞线 C．银绞线D．钢芯铝绞线 3、下列各选项中不可以作为电力系统有备用接线方式的是（）。 A．放射式B．干线式 C．链式D．环式 4、节点导纳矩阵形成过程中，把变压器采用π形等值电路表示后，下列说法错误的是（）。 A．电网中存在阻抗支路B．电网中存在导纳支路 C．电网中不存在理想变压器D．以上说法都不正确 5、频率质量以（）来表示。 A．频率偏移B．电压偏移 C．波形畸变率D．电流偏移 6、电力线路串联电抗中的无功功率（）。 A．呈容性B．呈纯阻性 C．呈感性D．性质不定 7、下列哪项属于短路的内部原因？（） A．动物B．绝缘老化 C．污染D．人为误操作 8、下列各项中是静止元件的是（）。 A．鼠笼发电机B．同步发电机 C．异步发电机D．线路 9、机电暂态过程的时间级是（）级。 A．微秒B．毫秒
C．分秒D．秒 10、简单单机发生短路故障时，功角特性曲线（）。 A．降低B．提高 C．不变D．变化不定 11、通常同步发电机接在线路首端，它的额定电压为电力线路额定电压的（）。A．1.05倍B．1.0倍 C．1.1倍D．1.15倍 12、变压器的电导参数主要决定于实验数据（）。 A．短路损耗B．空载损耗 C．短路电压百分比D．空载电流百分比 13、线路两端的电压相量之差称为（）。 A．电压调整B．电压损耗 C．电压偏移D．电压降落 14、下列关于节点导纳矩阵说法不正确的是（）。 A．节点导纳矩阵是上三角矩阵 B．节点导纳矩阵是n×n维方阵 C．如果两节点没有直接的电气连接，则导纳矩阵中的互导纳为零 D．节点导纳矩阵是高度稀疏矩阵 15、下列调频属于事前调频的是（）。 A．一次调频B．二次调频 C．三次调频D．四次调频 16、一般综合负荷的功率因数为（）。 A．0.5左右B．0.5-0.6 C．0.6-0.9 D．0.9-0.95 17、下列属于短路应对措施的是（）。 A．快速切除故障B．快速恢复线路供电 C．降低短路发生概率D．以上说法都正确 18、在任意某系统某点发生不对称短路时，短路点元件参数（）。 A．对称B．不对称 C．相等D．不确定
电力系统紧急状态时安全控制策略 紧急状态时安全控制的目的是迅速抑制事故及电力系统异常状态的发展和扩大，尽量缩小故障延续时间及其对电力系统其它非故障部分的影响。紧急状态的安全控制可分为三大阶段：第一阶段的控制目标是事故发生后快速而有选择地切除故障，这主要由继电保护装置和自动装置完成；第二阶段的控制目标是防止事故扩大和保持系统稳定，这需要采取各种提高系统稳定性的措施；第三阶段是在上述努力均无效的情况下，将电力系统在适当地点解列。在紧急状态中的电力系统可能会出现问题，如果不能迅速采取有效措施消除这些险情，系统将会崩溃瓦解，出现大面积停电的严重后果。 一、电力系统的频率紧急控制 当系统内大机组突然退出运行，或有大宗负荷突然投入时，有功功率供需关系就突然遭到破坏，在出力严重不足的情况下，将引起电力系统频率大幅度急剧下降，威胁到电力系统的安全运行。 在频率大幅度下降时，应当立即采取的紧急控制措施有以下几项：⑴立即增加具有旋转备用的发电机组的有功出力；⑵立即将调相运行的发电机组改为发电运行；⑶立即将抽水蓄能电站的抽水机组改为发电运行；⑶迅速启动备用机组；⑸由低频减负荷装置根据频率降低的程度，自动分几轮切除不重要的负荷；⑹可将发电厂内几台机组与系统解列，专门带厂用电及部分重要用户，以避免频率继续下降使整个发电厂瓦解，同时还利于恢复阶段的操作迅速进行；⑺还可采用短时间里降低电压5%-8%的办法。 二、电力系统的电压紧急控制 当无功电源被突然切除，或者无功电源不足的系统中无功负荷缓慢但是持续地增加到一定程度时，就有可能使电压大幅度下降到低于极限电压，以致发生所谓电压崩溃现象。 从电压下降到发生电压崩溃可能有几十秒到几分钟的时间，在这个时间内可以采取一些紧急措施，如⑴立即加大发电机励磁电流，增加发电机的无功出力，甚至可以在短时间里允许发电机电流过载15%；⑵立即增加调相机的励磁电流，增大调相机的无功出力；⑶立即投入并联电容；⑷迅速调节有载调压变压器分接头用以维持电压，启动备用机组。 三、电力系统的过负荷紧急控制 当多条平行供电线路中有一条因故障而切除，其它线路就可能过负荷。过负荷可能超过稳定极限而使系统失去稳定。变压器的过负荷大大影响使用使用寿命甚至烧毁。线路、开关等接头部分也会因过负荷造成的过热而损坏。 对过负荷的安全控制不同于传统的过负荷保护。过负荷保护属于元件保护，它主要是保护过负荷的输变电设备本身免于因长期发热可能造成的毁坏，并不考虑元件切除后对系统运行引起的不利后果，更没有考虑针对切除后果的措施。这种单纯的过负荷保护往往会引起更严重的系统事故。而过负荷安全控制则不同，它是以保护系统安全为前提，用切除部分电源或负荷的方法，消除某些元件的过负荷。
第32卷增刊1电网技术V ol.32Supplement1 2008年6月Power System T echnology Jun.2008文章编号：1000-3673（2008）S1-0029-05中图分类号：TM712文献标识码：A学科代码：4704054 一种新颖的电力系统实时紧急控制方案 王俊1，王建全2 （1．上海电力公司市东供电公司，上海市浦东区200122； 2．浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市310027） A Novel Real-Time Emergency Control Scheme for Power System WANG Jun1，WANG Jian-quan2 （1．Shidong Electric Power Supply Company，Shanghai Municipal Electric Power Company，Pudong District，Shanghai200122，China；2．School of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou310027，Zhejiang Province，China） 摘要：总结了基于策略表形式的电力紧急控制系统的研究和发展现状，提出一种实时决策、实时控制的电力系统紧急控制方案。该方案实时采集故障前、故障期间及故障清除后短时间内系统的功角、有功功率等信息，利用这些信息通过最优参数选取算法将原系统在线动态等值为简单系统，并在等值系统上进行暂态稳定预测和分析，进而搜索最优控制策略。仿真结果验证了该方案的实时性、准确性和可靠性。 关键词：安全稳定；紧急控制；在线实时决策；最优参数选取；相量测量单元(PMU) 0引言 随着电力系统规模的不断扩大，电网结构日益复杂，单机容量进一步提高，区域间联络线和远距离大容量输电系统不断出现，由此而引起的电力系统安全问题日趋严重。为保证电力系统安全稳定运行，除了要合理优化电源、加强电网建设，安装安全稳控装置也成为防止系统出现大的灾变事故的有效手段[1-3]。 作为第二道防线的紧急控制是指电力系统由于扰动进入紧急状态或极端紧急状态时，为防止系统稳定遭破坏、运行参数严重超出规定范围以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的控制[2]，如切机、快关汽门、电气制动、切负荷等。紧急控制不仅能以较小的控制代价维持系统在严重故障后的安全稳定性，而且能提高某些输电线路的传输功率甚至使其接近静态稳定极限。因此研究和实施相应的暂态稳定紧急控制措施不但可以提高系统运行的可靠性，而且可以产生直接的经济效益。 本文综述了目前紧急控制的研究成果和工程应用情况，结合较成熟的相量测量技术和在线动态等值技术，提出一种实时决策，实时控制的电力系统紧急控制方法，并用IEEE算例进行了仿真验证。 1紧急控制系统研究和应用现状 根据装置的组成和分布范围可将目前的紧急控制系统安稳装置分为就地型和区域型。电力系统是一个复杂的大规模非线性系统，地理分布很广，而紧急控制又要求控制速度非常快，一般要求动作时间不大于0.3~0.4s，否则将无法维持系统稳定或需要花费较大的控制代价。为使紧急控制系统同时满足控制精度和速度的要求，在实际工程中通常采用控制策略表来确定控制决策。根据策略表的形成方式不同，目前的稳控系统分为2种类型：①离线决策、实时匹配型；②在线预决策、实时匹配型。文献[4]介绍了我国最早完成的实用化的离线决策安全稳定控制系统。文献[5]提出了在线预决策的紧急控制系统框架。文献[6]完成了基于扩展等面积准则(extended equal-area criterion，EEAC)的在线预决策暂态稳定紧急控制系统。 传统的离线决策、实时匹配方式离线计算工作量大，适应电网运行方式变化的能力差，且由于离线制定控制策略是按最严重情况考虑的，具体实施时容易过量，并可能发生失配[2]。但是在我国目前的调度自动化水平下，离线决策仍是不可缺少的控制方式。具体工程如日本东北电力公司的BSPC系统、华北神头地区的区域性安全稳定控制系统、东北辽西稳定控制系统、福建的WLK-1型微机联切控制系统等。 在线预决策是基于当前工况给出预想事故，其
12.1.1.1频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
10 标出图１－10 中发电机和变压器的额定电压。 自测题（一）---- 电力系统的基本知识 一、单项选择题（下面每个小题的四个选项中，只有一个是正确的，请你在答题区填入正确答案的序号，每小题2.5分，共50分） 1、对电力系统的基本要求是（A）。 A、保证对用户的供电可靠性和电能质量，提高电力系统运行的经济性，减少对环境的不良影响； B、保证对用户的供电可靠性和电能质量； C、保证对用户的供电可靠性，提高系统运行的经济性； D、保证对用户的供电可靠性。 2、停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（A）。 A、一级负荷； B、二级负荷； C、三级负荷； D、特级负荷。 3、对于供电可靠性，下述说法中正确的是（D）。 A、所有负荷都应当做到在任何情况下不中断供电； B、一级和二级负荷应当在任何情况下不中断供电； C、除一级负荷不允许中断供电外，其它负荷随时可以中断供电； D、一级负荷在任何情况下都不允许中断供电、二级负荷应尽可能不停电、三级负荷可以根据系统运行情况随时停电。 4、衡量电能质量的技术指标是（B）。 A、电压偏移、频率偏移、网损率； B、电压偏移、频率偏移、电压畸变率； C、厂用电率、燃料消耗率、网损率； D、厂用电率、网损率、电压畸变率 5、用于电能远距离输送的线路称为（C）。 A、配电线路； B、直配线路； C、输电线路； D、输配电线路。
6、关于变压器，下述说法中错误的是（B） A、对电压进行变化，升高电压满足大容量远距离输电的需要，降低电压满足用电的需求； B、变压器不仅可以对电压大小进行变换，也可以对功率大小进行变换； C、当变压器原边绕组与发电机直接相连时（发电厂升压变压器的低压绕组），变压器原边绕组的额定电压应与发电机额定电压相同； D、变压器的副边绕组额定电压一般应为用电设备额定电压的1.1倍。 7、衡量电力系统运行经济性的主要指标是（A）。 A、燃料消耗率、厂用电率、网损率； B、燃料消耗率、建设投资、网损率； C、网损率、建设投资、电压畸变率； D、网损率、占地面积、建设投资。 8、关于联合电力系统，下述说法中错误的是（D）。 A、联合电力系统可以更好地合理利用能源； B、在满足负荷要求的情况下，联合电力系统的装机容量可以减少； C、联合电力系统可以提高供电可靠性和电能质量； D、联合电力系统不利于装设效率较高的大容量机组。 9、我国目前电力系统的最高电压等级是（D）。 A、交流500kv，直流； B、交流750kv，直流； C、交流500kv，直流；； D、交流1000kv，直流500 kv 。 10、用于连接220kv和110kv两个电压等级的降压变压器，其两侧绕组的额定电压应为（D）。 A、220kv、110kv； B、220kv、115kv； C、242Kv、121Kv； D、220kv、121kv。 11、对于一级负荷比例比较大的电力用户，应采用的电力系统接线方式为（B）。 A、单电源双回路放射式； B、双电源供电方式； C、单回路放射式接线； D、单回路放射式或单电源双回路放射式。 12、关于单电源环形供电网络，下述说法中正确的是（C）。 A、供电可靠性差、正常运行方式下电压质量好； B、供电可靠性高、正常运行及线路检修（开环运行）情况下都有好的电压质量； C、供电可靠性高、正常运行情况下具有较好的电压质量，但在线路检修时可能出现电压质量较差的情况； D、供电可靠性高，但电压质量较差。 13、关于各种电压等级在输配电网络中的应用，下述说法中错误的是（D）。 A、交流500kv通常用于区域电力系统的输电网络； B、交流220kv通常用于地方电力系统的输电网络； C、交流35kv及以下电压等级通常用于配电网络；