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第二节 低频减载及低压减载

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第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动装置

第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动装置

四、自动低频减载的工作原理
装置的动作顺序
B
最大功率缺额 的确定
A 自动低频减载
C 频率级差的选
择
后备级的考虑
E
D 每级切除负荷
量限制
四、自动低频减载的工作原理
“轮” ：计算点 f1、f2⋯ ⋯ fn 点1：系统发生了大量的有功功率缺额 点2：频率下降到 f1，第一轮继电器起动，经 一定时间 Δt1 点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率 缺额进行的计算。 点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不 能求到系统有功功率缺额的数值，那么频 率还会继续下降，很显然由于切除了一部 分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将 按3-4的曲线而不是3-3'曲线继续下降。
二、电力系统频率的静态特性
功率缺额值。 P h
1 f Ph KL
K L 通常以标幺值表示：
50 Ph Ph % f K L* PLN 2 K L*
PLN 额定工况下的有功负荷。
例 电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定 容量为450MW，此时系统中的负荷功率为430MW ，负荷调节效应为KL*=1.5，设这时发生事故，突 然切除额定容量为100MW的发电机组，如不采取 任何措施，求事故情况下的稳态频率。 解：当时系统的热备用为 20MW, 所以实际功率缺额 为80MW,将有关数据代入上式得：
1 f Ph KL
可得
Ph max PL max K L* f * PLN PL max
PL max
Ph max K L* PLN f* 1 K L* f *
六、各轮动作功率的选择
1）第一级动作频率 f1 一般的一级启动频率整定在 48.5~49Hz。 2）最后一轮的动作频率 fn 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于 46 ～ 46.5Hz。 3）前后两级动作的时间间隔 前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差 和开关固有跳闸时间限制的。 4）频率级差

电力系统自动装置低频减载

电力系统自动装置低频减载

2WKN PGN
d*
dt
TG
d*
dt
PT* PL*
2020/5/12
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2、电力系统频率的动态特性
（2）全网多台机组并联运行：
•考虑忽略各节点频率偏差 fi 的差异，把全系统的所有机组看作
一台等值机。
•电动机及其拖动机械负荷的转动惯量远小于发电机组的转动惯 量，可以忽略，这样并不会影响计算结果。
PLN PLk
K L*
fi fN
k 1
fi f N fi
系统缺额由负荷调节 效应来补偿
2020/5/12
Pi1* 1 i1 PLk* K L*fi*
k1
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（4）每段切功率的限制
（2）当第i级切除负荷 PLi* 后，系统 f f h
功率缺额由负荷调节效应来补偿。
Phi* 1 i PLk* K L*f h*
等值机的惯性 时间常数
TX
d*
dt
PT *
PL*
d* d* df*
dt dt dt
转换为以负荷 在额定频率时TX 的总功率为基
PGN PLN
df* dt
PT* PL*
PL PLN K L f
准功率
TX
PGN PLN KL*
d f* dt
f*
Ph* K L*
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•确定系统事故情况下最大的可能功率缺额，以及接入自动低频减 载装置的功率值，是系统安全运行的重要保证。
•一般应该根据最不利的运行方式下发生事故时，实际可能发生的 最大功率缺额来考虑。例如：按系统中断开最大机组，或者某一 电厂来考虑。
•一般希望系统切除负荷后的恢复频率要小于系统额定频率 f h f N

电力系统低频低压减载装置PPT课件

电力系统低频低压减载装置PPT课件
5
四、按频率自动减负荷装置 1、按频率自动减负荷装置的作用
当系统发生事故，有功功率缺额较大而备用容 量又不足时，为了保证重要用户的连续供电，要 在短时间内防止频率过度降低，进而恢复到允许 值，比较有效的措施就是根据情况自动地断开一 部分负荷。这种因系统发生有功功率缺额而引起 频率下降时，能根据频率下降的程度自动断开一 部分不重要负荷的自动装置，称为按频率自动减 负荷装置，中文简拼为“ZPJH”，英文为UFLS （Under Frequency Load Shedding）。
8
• ZPJH最末一级动作频率的确定 不应低于45Hz，否则，可能会导致整个 系统瓦解。
• ZPJH动作要有选择性 相邻两级ZPJH动作频率之间应有一定的 级差，一般可取0.5Hz；根据第一级动作 频率f1和最末一级动作频率fn以及频率级 差Δf，可计算ZPJH的级数。
n f 1 fn 1(取整数) f
9
• ZPJH恢复频率的确定 为了不过多地切除负荷，并不需要使频率 恢复到额定值，恢复频率通常定为4849.5Hz。
• ZPJH动作时限 ZPJH动作越快越好，为防止ZPJH误动， 一般带0.5s的延时。
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• 装设后备ZPJH 在ZPJH动作过程中，有时会出现前一级动 作后，系统频率稳定在恢复频率以下，但 又不能使下一级ZPJH动作的情况。为此， 可装设后备ZPJH装置，可分为若干级，动 作时限为10-25秒，各级时间差大于5秒。 当一些基本ZPJH装置动作后，如频率稳定 在较低水平时，后备ZPJH装置便动作，切 除部分负荷，使频率回升并稳定到恢复频 率以上。
11
3、ZPJH装置的实现方法 低频率继电器、时间继电器、中间继电器。 现在已全部实现微机化； ZPJH功能集成在 线路或母线保护中；有的站也配置了单独 的低周减载装置或低频低压减载装置。

第六章低频减载及其它安全自动装置

第六章低频减载及其它安全自动装置

a
c
t
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North China Electric Power University
fe
•系统有功率缺额ΔPh，当频率下降 至f1 时，切除负荷
f1
c
c
fb
fa
b
d
c PL Ph
a
t1
c
d
t
PL Ph f X f1
PL PL ( f1 ) Ph
f a f X fb
（二）自动低频减载装置的动作顺序
•系统运行方式有很多种，事故的严重程度也很大差别，而对于自 动低频减载装置都必须做出恰当的反应，切除相应数量的负荷。 •解决的办法——只有分批分期断开负荷功率，以求做到切除的负 荷功率既不过多,又不过少． •目前均采用按频率由高到低顺序切除负荷的办法，逐步修正，才 能取得较为满意的结果。
研究电力系统频率的动态过程 （1）以单机单负荷为例： 系统出现有功缺额时，转子运动方程 转子动能 W KN
1 J 2 N 2
d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
考虑到机械角速 度变化不太快
• ②当频率下降到47~48Hz时， • 火电厂厂用机械→锅炉和汽轮机→发电机出力下降， 46~47Hz以下时，频率下降更快，恶性循环将引起 频率崩溃。
• ③当频率下降到46~47Hz时， • 异步电动机和变压器的励磁电流↑、无功损耗↑,引起
系统电压↓.
• 还会引起励磁机出力↓→发电机电势↓→全系统电压
6、特殊轮
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•
(一)确定最大功率缺额ΔPhmax 能使系统频率恢复到允许值,

低频低压减载和过负荷联切技术规范

低频低压减载和过负荷联切技术规范

110kV低频低压减载装置和过负荷联切装置通用技术规范本规范对应的专用技术规范目录110kV低频低压减载装置和过负荷联切装置采购标准技术规范使用说明1、本物资采购标准技术规范分为标准技术规范通用部分和标准技术规范专用部分。

2、项目单位根据需求选择所需设备的技术规范。

技术规范通用部分条款、专用部分标准技术参数表和使用条件表固化的参数原则上不能更改。

3、项目单位应按实际要求填写“项目需求部分”。

如确实需要改动以下部分，项目单位应填写专用部分“项目单位技术差异表”，并加盖该网、省公司物资部（招投标管理中心）公章，与辅助说明文件随招标计划一起提交至招标文件审查会：①改动通用部分条款及专用部分固化的参数；②项目单位要求值超出标准技术参数值范围；③根据实际使用条件，需要变更环境温度、湿度、海拔高度和耐受地震能力等要求。

经招标文件审查会同意后，对专用部分的修改形成“项目单位技术差异表”，放入专用部分表格中，随招标文件同时发出并视为有效，否则将视为无差异。

4、投标人逐项响应技术规范专用部分中“1标准技术参数表”、“2项目需求部分”和“3投标人响应部分”三部分相应内容。

填写投标人响应部分，应严格按招标文件技术规范专用部分的“招标人要求值”一栏填写相应的投标人响应部分的表格。

投标人还应对项目需求部分的“项目单位技术差异表”中给出的参数进行响应。

“项目单位技术差异表”与“标准技术参数表”和“使用条件表”中参数不同时，以差异表给出的参数为准。

投标人填写技术参数和性能要求响应表时，如有偏差除填写“投标人技术偏差表”外，必要时应提供证明参数优于招标人要求的相关试验报告。

5、对扩建工程，如有需要，项目单位应在专用部分提出与原工程相适应的一次、二次及土建的接口要求。

6、技术规范范本的页面、标题等均为统一格式，不得随意更改。

7、一次设备的型式、电气主接线和一次系统情况对二次设备的配置和功能要求影响较大，应在专用部分中详细说明。

目录1 总则----------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 引言--------------------------------------------------------------------------- 11.2 供方职责----------------------------------------------------------------------- 12 技术规范要求--------------------------------------------------------------------- 1 2.1 使用环境条件------------------------------------------------------------------- 1 2.2 保护装置额定参数--------------------------------------------------------------- 2 2.3 装置功率消耗------------------------------------------------------------------- 2 2.4 110KV低频低压减载和过负荷联切装置总的技术要求 ---------------------------------- 2 2.5 110KV低频低压减载装置的具体技术要求 -------------------------------------------- 4 2.6 110KV过负荷联切装置的具体技术要求 ---------------------------------------------- 42.7 柜结构的技术要求--------------------------------------------------------------- 43 试验----------------------------------------------------------------------------- 5 3.1 试验要求----------------------------------------------------------------------- 5 3.2 性能试验----------------------------------------------------------------------- 53.3 现场试验----------------------------------------------------------------------- 54 技术服务、设计联络、工厂检验和监造 -----------------------------------------------5 4.1 卖方提供的样本和资料----------------------------------------------------------- 5 4.2 技术资料，图纸和说明书格式-----------------------------------------------------6 4.3 供确认的图纸------------------------------------------------------------------- 6 4.4 买卖双方设计的图纸------------------------------------------------------------- 6 4.5 其他资料和说明书--------------------------------------------------------------- 6 4.6 卖方提供的数据----------------------------------------------------------------- 6 4.7 图纸和资料分送单位、套数和地址 ------------------------------------------------- 7 4.8 设计联络会议------------------------------------------------------------------- 7 4.9 工厂验收和现场验收------------------------------------------------------------- 7 4.10 质量保证---------------------------------------------------------------------- 7 4.11 项目管理---------------------------------------------------------------------- 7 4.12 现场服务---------------------------------------------------------------------- 8 4.13 售后服务---------------------------------------------------------------------- 8 4.14 备品备件,专用工具，试验仪器--------------------------------------------------- 81 总则1.1 引言提供设备的厂家、投标企业应具有ISO9001质量保证体系认证证书，宜具有ISO14001环境管理体系认证证书和OHSAS18001职业健康安全管理体系认证证书及年检记录，宜具有AAA级资信等级证书、重合同守信用企业证书并具备良好的财务状况和商业信誉。

低频低压减载协调

低频低压减载协调

2.3低频低压减载间的协调优化配置原则研究2.3.1低压减载与低频减载的异同电压具有分散性的特点，而频率具有统一性的特点。

电压和频率的性质不同导致了低压减载与低频减载的整定方式不同，但二者的目的都是用来作为电力系统的第三道防线，以较小的负荷损失保障系统的安全、稳定运行，避免大停电，因此低压减载和低频减载在减载量和减载延时上可以相互参考，且在严重故障（系统解列）时，二者还要相互配合，以达到最优的减载量。

2.3.2 低压减载的一般原则和参数的确定1）低压减载设计方案的一般原则（1）根据《国家电网公司电力系统安全稳定计算规定》、《电力系统安全稳定导则》规定，动态过程中系统枢纽变电站母线电压低于限值0.75p.u.的时间不超过1s，即判为电压稳定。

（2）低压减载方案所需的负荷量应安排充足，满足各种不同故障形态下低压减载动作后的系统电压恢复。

一般情况下所安排的低电压切负荷量不能少于该地区负荷的10%～20%。

低压减载装置可以与低周减载装置安排切除相同的负荷。

（3）低压减载的延时时间主要取决于负荷的特性。

如负荷主要为具有恒功率特性的马达负荷，电压降低对负荷的影响较大，则低压减载的速度要快，切负荷的延时不能超过1.5s；如负荷主要为恒阻抗特性的照明或电加热装置时，负荷对电压降低不是特别敏感，切负荷的延时可以长一些，一般为 3s～6s，甚至更长一些。

（4）对于恒阻抗类型的负荷，当电压降低到一定程度而切除部分负荷后，系统电压仍无法恢复到正常运行所接受的水平，还需要增加一些轮次，使系统的电压恢复到可以接受的水平。

（5）低压减载继电器的定值范围为比正常运行时最低电压低8%～15%左右，对于电压变化幅度较大的系统，还可采用根据电压变化率来整定。

（6）根据电力系统运行特点，应考虑低压减载与低频减载的配合问题，确保低频减载与低压减载之间不会相互影响而出现欠切或过切的现象。

2）低压减载所考虑的故障类型（1）同杆并架的双回线路单回三永故障且双线全部跳开或是双回线路同时三永故障跳开；（2）中枢变电站因母线故障，断开所有连接线，退出运行；（3）严重线路故障情况下，切机安稳装置拒动，导致线路严重过载断开；（4）失去大容量发电厂；（5）直流线路闭锁故障；（6）其他一些连锁跳闸故障。

电力系统自动化-低频减载

电力系统自动化-低频减载
pppppjhqejhyqele平衡使负荷少吸收的功率来用下是由负荷的调节效应作则少减的负荷假设需要减负荷功率为希望系统频率恢复到功率却额为设负荷总功率为?????fdfdpkllnynleqejhnynjhlejhqe1pppppppfffffkfkfffdfdpkllll?????????????????????其中可推得可得65电力系统低频减载低频减载整定计算65电力系统低频减载低频减载整定计算三确定各级的动作频率?自动低频减负荷是在系统故障情况下强行使部分用户停电来换取系统安全的方法
• 第三道防线：因一些严重故障导致电力系统稳定破 坏时，必须采取措施，防止系统崩溃，避免造成长 时间大面积停电。
6.5 电力系统低频减载-电力系统频 率的动态特性
• 电力系统频率的动态特性就是当发生有功 功率的事故性缺额时，频率下降的过程。
• 在考虑系统频率的动态特性时，可以将系 统看成一个机械能与电能转换的整体，它 的机械转动惯量包括系统所有转动部分， 如汽轮机、发电机、同步补偿机、电动机 及被拖动的机械等的机械转动惯量，它们 都以同一个等值转速，即在同一个不断变 化的频率数值下共同工作。
谢谢！
h
使负荷少吸收的功率来平衡.
6.5 电力系统低频减载-低频减载整 定计算
Pqe Pj h
Байду номын сангаас
可得K L
dPL df
PLe Pj h fN fy
fN
可推得Pj h
Pqe K LPLef 1 K Lf
其中f
fN fy fN
6.5 电力系统低频减载-低频减载整 定计算
（三）确定各级的动作频率
fDN
t1 t2
tN tD1 tD2 tDN
EX1

电力系统低频减载

电力系统低频减载

第七章电力系统低频减载第一节概述一、基本概念a)正常电网频率的允许变化范围：正负0.2Hz～0.5Hz，（49.8～50.5）。

b)事故异常情况下的频率：不能低于47Hz下长期运行，瞬时值不能低于45Hz。

c)正常符合变动引起的频率变化由发电机调速系统处理（包括频率升高）。

d)事故情况下（线路断开、发电机组异常退出等），无其它备用有功容量时，系统出现功率缺额，频率会大幅度下降，只能采取自动切除部分负荷的方法使频率下降到允许范围内，e)自动低频减载是电网重要的反事故措施。

f)低频减载装置的要求：事故时候自动切除的负荷不能过多也不能过少。

g)中文“ZDPJ”或“ZJPH”；英文UFLS（UnderFrequency Load Shedding）二、系统频率的事故限额a) 厂用电机械出力下降导致的频率雪崩。

（<47Hz 时出力显著下降，发电机出力下降，恶性循环） b) 发电机无功出力减少引起电压水平降低，可能导致稳定破坏。

（励磁机转速降低，<45Hz 时出现） c) 对电动机转速、功率的影响。

（包括影响产品质量、出力降低、测量误差等）d) 危及汽轮机叶片（48.5Hz 发信号、47.5Hz 时30s 跳闸、47Hz 时0s 跳闸；52Hz 时0.3s 跳）e) 核能电厂冷却介质泵对频率要求很高，不能满足时自动跳闸。

三、 系统频率的动态特性系统出现功率缺额时，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经理的过程，称为电力系统的动态频率特性。

决定因素：有功缺额的大小、系统转动部分的机械惯性、负荷的调节效应。

变化方程式：f tT e f f f f -∞∞=＋(-)e上式包含最后稳定频率、初始额定频率以及频率变化的时间常数（4~10s）。

其中时间常数取决于机组的惯性时间常数和负荷调节效应系数，对于大的系统较大。

第二节低频减载的工作原理一、基本原理过程逐次逼近原理：进行一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。

第5章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置

第5章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置

第二节 自动低频减载

一、低频运行造成的后果
对汽机的影响
汽轮机长时期低于 频率 49 ～ 49.5Hz 以 下运行时，叶片容 易产生裂纹，当频 率低到 45Hz 附近时， 个别级的叶片可能 发生共振而引起断 裂事故。
频率崩溃
当 频 率 下 降 到 47 ～ 48Hz 时，火电厂的厂 用机械的出力将显著 降低，使锅炉出力减 少，导致发电厂输出 功率进一步减少，致 使功率缺额更为严重。 从而造成所谓“频率 崩溃”现象 。
第五章 电力系统自动低频减载及 其他安全自动控制装置
低频减载及安全装置任务
电力系统中大容量电源突然断开（包括：断开机 组、相邻系统受电联络线断开）或有大容量负荷 突然投入，导致电源与负荷间有功功率的严重不 平衡，会引起电力系统频率大幅度急剧下降，危 及电力系统的安全运行。 低频减载及安全装置任务： 针对危及系统安全运行的故障采用自动化策略， 按照预定的控制准则迅速做出反应，避免事故扩 大。
Ph max PL max K L* f * PLN PL max PL max Ph max K L*f* PLN 1 K L * f *
例：某系统的负荷总功率为PL=5000MW，系统最大功率缺 额为Phmax=1200MW，设负荷调节效应系数KL*=2，自动低 频减载装置动作后，希望系统恢复频率为fh=48Hz，求接入 低频减载装置的功率总数Plmax 解：希望恢复的频率偏差的标么值为
PL PLe K L f PL 1 K Lf Tx Tx PGe df P T 1 K Lf PLe dt PGe df K Lf P T 1 P h PLe dt PGe Tx PLe K L*
第一节 概 述 电力系统安全控制装置的意义

电力系统微机继电保护 复习

电力系统微机继电保护 复习

1.微机保护装置的几种典型结构①单CPU微机保护装置的结构②多CPU微机保护装置的结构③采用DSP的微机保护装置的结构④网络型微机保护装置的结构2、逐次逼近原理A/D芯片构成的数据采集系统①电压形成回路②模拟滤波单元③采样保持电路④多路转换开关⑤模数转换器3、VFC型的A/D变换方式的优点：①工作稳定，线性好，精度高，而电路十分简单；②抗干扰能力强。

（这对继电保护装置是十分可贵的特点）；③同CPU接口简单，VFC的工作可以不需CPU控制；④可以很方便地实现多CPU共享一套VFC变换。

4、两种数据采集系统的特点：①采用逐次逼近A/D芯片构成的数据采集系统经A/D转换的结果可直接用于微机保护中的数字运算；采用VFC芯片构成的数据采集系统必须将相邻几次采样读出的计数值相减后才能用于数字运算。

②逐次逼近A/D式数据采集系统，精度与A/D芯片的位数有关，采用分辨率越高的A/D 芯片，数据采集的精度越高，但硬件一经选定则分辨率便固定；VFC式数据采集系统，数据的计算精度除了与VFC芯片的最高转换频率有关外，还与软件中的计算间隔有关。

计算间隔越长，分辨率越高。

③A/D式芯片构成的数据采集系统对瞬时的高频干扰信号敏感，而VFC芯片构成的数据采集系统具有平滑高频干扰的作用。

④在硬件设计上，VFC式数据采集系统便于实现模拟系统与数字系统的间隔，便于实现多个单片机共享同一路转换结果。

而A/D式数据采集系统不便于数据共享和光电隔离。

⑤在设计微机保护系统时，采用A/D式数据采集系统时至少应设有两个中断，一个是采样中断，另一个是A/D转换结束中断。

VFC式数据采集系统中可只设一个采样中断。

1、突变量电流算法工作原理：2、选相元件算法（突变量电流选相、对称分量选相）工作原理：1、低频减载及低压减载①作用：保证电力系统稳定运行。

②工作原理：低频减载：当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。

02低频减载

02低频减载

第10单元按频率自动减负荷装置AFL§10—1 电力系统的频率特性电力系统正常运行时，负荷波动导致频率变化，可以通过一次调频和二次调频，使系统频率的变化在允许范围内。

调整发电机输出的有功功率，维持系统的有功功率平衡。

在电力系统发生事故时，会出现发电功率远远小于负荷功率（即出现有功功率缺额）的情况，当缺额量超出了正常热备用的调节能力时，会造成电力系统低频运行，影响电能质量，甚至破坏系统的稳定。

一、低频运行的危害（1）当系统频率长期低于49.5Hz运行时，某些汽轮机的叶片会发生共振，导致机械损伤，甚至断裂损坏，造成事故。

（2）系统频率降低，使火电厂厂用机械出力降低，发电厂出力减少，系统有功功率缺额进一步增加，系统频率进一步下降，形成恶性循环，如果不及时采取措施，会造成电力系统频率崩溃。

（3）系统频率降低引起发电机转速下降，对某些励磁系统来说，励磁电压相应降低，系统电压随之降低，严重时会造成电力系统电压崩溃。

（4）系统频率降低影响测量仪表的准确性和用户的产品质量。

为了保证电力系统的安全运行和电能质量水平，在电力系统中广泛使用按频率自动减负荷装置（简称AFL），当电力系统频率降低时，根据系统频率下降的不同程度自动断开相应的负荷，阻止频率降低，并使系统频率迅速恢复到给定数值，从而可保证电力系统的安全运行和重要用户的不间断供电。

AFL是一种事故情况下保证系统安全运行的重要自动装置。

二、电力系统的频率特性电力系统的频率特性分为负荷的静态频率特性和电力系统的动态频率特性。

1、负荷的静态频率特性负荷的静态频率特性是指电力系统的总有功负荷P L·∑与系统频率f之间的关系。

实际上此特性与负荷的性质有关，不同性质的负荷消耗有功功率与频率的关系不一样，电力系统中的负荷一般可分为三类。

（1）负荷消耗的有功功率与频率无关，如白炽灯、电热设备等。

（2）负荷消耗的有功功率与频率一次方成正比，如碎煤机、卷扬机等。

电力系统低压减载和低频减载协调控制策略

电力系统低压减载和低频减载协调控制策略
jl i jl i lik k =1
∑ ∏u
s ≠k
= 1
( 4)
2. 4 系统状态约束建模( C3 )
本文主要考虑电力系统的功率平衡 、 频率范围 和电压范围约束 ,建模仅考虑静态特性模型 。 2. 4. 1 功率平衡约束 电力系统运行中最基本的要求就是功率平衡 , 即故障时采取切负荷措施后仍要保持系统发出功率 与消耗功率平衡 。设系统中有 m 台发电机 、 n 个负 荷 , 功率平衡条件 C321 为 :
第 32 卷 第 23 期 2008 年 12 月 10 日
Vol. 32 No . 23 Dec. 10 , 2008
电力系统低压减载和低频减载协调控制策略
佘庆媛 , 沈 沉, 乔 颖, 谭 伟
( 清华大学电机系 , 北京市 100084)
摘要 : 低压减载和低频减载是分别解决电力系统中电压稳定问题和频率稳定问题的最常用手段 。 实际系统中 ,电压稳定问题和频率稳定问题往往是互相耦合 、 共同存在的 ,单独采用一种策略难以 同时解决 2 个问题 。文中提出了一种可以实现低压减载和低频减载协调控制的方法 。该方法将切 负荷控制中的优化问题转化成一个可满足性校验问题 , 然后采用 “搜索 + 校验” 的思路进行求解 。 求解过程中先采用有序二元决策图 ( OBDD ) 等快速搜索算法缩小决策空间 ,然后针对其中的策略 进行可满足性校验 。该方法不用求解复杂的多目标 、 混合整数优化问题 ,直接得到可行的切负荷策 略 。最后给出了基于此方法的仿真算例 ,并通过时域暂态仿真验证了结果的准确性 。 关键词 : 电力系统 ; 低压减载 ; 低频减载 ; 有序二元决策图 ( OBDD) 中图分类号 : TM761
人们通常习惯将电力系统切负荷问题描述为优 化问题 ,然而当研究多目标下的协调减载控制时 ,由 于电力系统具有高维非线性特性 , 其多目标优化问 题本身就十分复杂 ; 加之切负荷控制又具有离散性 特性 ,使得此多目标混合优化问题在数学上的求解 往往陷于困境 。在这种情况下 , 尝试将优化问题转 化为 SA T 问题来解决 。SA T 问题属于二元决策问 题的一种 ,即回答 “是” 还是 “否” 的问题 。对于电力 系统低压和低频减载协调控制问题而言 , 即对给定 的系统某初始状态 ,对控制域中某一点 U i ∈S ( 其中 S 为控制域 , U i 为控制域中的一点 ) , 回答其是否能 够满足特定约束的问题 : ( 1) ϖ U i ∈ S → C1 ∩ C2 ∩ C3 = 1 式中 : C1 , C2 , C3 分别代表不同约束 。 把优化问题转化为 SA T 问题求解 ,有两方面优 点 : 一是可以处理非常复杂的控制目标与约束条件 ; 二是在对系统理解不充分 、 只能列出部分必要条件 约束的情况下 ,保证控制策略的多样性 。 SA T 问题最基本的求解方法是枚举校验 。但 该方法的局限性在于控制域 S ( 也就是决策空间) 必 须是可枚举的 ,对于连续变量只能近似离散化处理 ; 另外 ,求解大规模问题时会面临维数灾困难 。 本文所需讨论的切负荷控制问题 , 其决策空间 显然是可枚举的 ,其主要难点在于如何降低维数灾 困难 。本文采用的是 “搜索 + 校验” 的思路 。 — 23 —

第二节 低频减载及低压减载

第二节 低频减载及低压减载

第二节低频减载及低压减载一、自动低频减载的基本原理这部分我们将要介绍自动低频减载的基本原理：低频减载又称自动按频率减负载，或称低周减载（简称为AFL），是保证电力系统安全稳定的重要措施之一。

当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。

图11-7 自动低频减载（负载）的工作原理基本级的作用是根据系统频率下降的程序，依次切除不重要的负载，以便限制系统频率继续下降。

例如，当系统频率降至f1时，第一级频率测量元件启动，经延时△t1后执行元件CA1动作，切除第一级负载△P1；当系统频率降至f2时，第二级频率测量元件启动，经延时△t2后元件CA2动作，切除第二级负载△P2。

如果系统频率继续下降，则基本级的n级负载有可能全部被切除。

当基本级全部或部分动作后，若系统频率长时间停留在较低水平上，则特殊级的频率测量元件fsp启动，以延时△tsp1后切除第一级负载△Psp1；若系统频率仍不能恢复到接近于fn，则将继续切除较重要的负载，直至特殊级的全部负载切除完。

基本级第一级的整定频率一般为47.5-48.5Hz，最后一级的整定频率一般为46-46.5 Hz，相领两级的整定频率差取0.4-0.5 Hz。

当某一地区电网内的全部自动按频率减负载装置均已动作时，系统频率应恢复到48-49.5 Hz以上。

特殊级的动作频率可取47.5～48.5Hz，动作时限可取15～25s，时限级差取5s左右。

1. AFL的基本要求：能在各种运行方式和功率缺额的情况下，有效地防止系统频率下降至危险点以下。

切除的负载应尽可能少，无超调和悬停现象。

应能保证解列后的各孤立子系统也不发生频率崩溃。

变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失压，负载反馈电压的频率衰减时，低频减负载装置应可靠闭锁。

电力系统发生低频振荡时，不应误动。

电力系统受谐波干扰时，不应误动。

2. 对自动低频减载闭锁方式的分析：（1）时限闭锁方式。

电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置

电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置

Pi1* PLi* Phi*
i 1
i
PLi* (1 PLk *)KL*fi* (1 PLk *)KL*fh*
k 1
k 1
PLi *
(1
i 1 k 1
PLk *)
KL*(fi* fh*) 1 KL*fh*
因此各级切除功率按小于上式进行
E自动低频减载装置的动作时延及防止误动作措施 自动低频减载装置的动作时延: 取0.1~0.2s 以躲过暂态过程 可能出现的误动作 4 自动低频减载装置原理接线
低频测量元件：频率继电器f 延时元件：时间继电器t 跳闸元件：中间继电器EX
自动低频减载装置原理接线
第三节 其他安全自动控制装置
一 自动解列装置 1）厂用电系统“解列”的应用 当系统出现严重功率缺额时，将引起系统频率大幅度下降，系统 频率过低会引起厂用电动机输出功率减少，这是形成“频率崩溃” 事故的主要原因，若电厂的厂用电系统具备独立供电条件，可以 考虑厂用电系统与系统解列运行。
KL
Ph f
K L*
Ph f
• 50 PLe
f
Ph • 50 K L* PLe
f
Ph*% 2 K L*
例题分析见P168例题6-1
2 电力系统频率动态特性
J d M dt
WkN
1 2
J
2 e
J
2WkN
2N
2WkN 2N
d dt
M
M B PGN N
2WkN PGN N
d dt
2WkN PGN
2) 末级起动频率fN的选择：整定值应大于 46-46.5Hz
允许最低频率受”频率崩溃“或”电压崩溃“的限制
3） 频率级差问题
当f1和fN 的确定以后，就可在这频率范围内按频率级差 分f 成n
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第二节低频减载及低压减载
一、自动低频减载的基本原理
这部分我们将要介绍自动低频减载的基本原理：低频减载又称自动按频率减负载，或称低周减载（简称为AFL），是保证电力系统安全稳定的重要措施之一。

当电力系统出现严重的有功功率缺额时，通过切除一定的非重要负载来减轻有功缺额的程度，使系统的频率保持在事故允许限额之内，保证重要负载的可靠供电。

图11-7 自动低频减载（负载）的工作原理
基本级的作用是根据系统频率下降的程序，依次切除不重要的负载，以便限制系统频率继续下降。

例如，当系统频率降至f1时，第一级频率测量元件启动，经延时△t1后执行元件CA1动作，切除第一级负载△P1；当系统频率降至f2时，第二级频率测量元件启动，经延时△t2后元件CA2动作，切除第二级负载△P2。

如果系统频率继续下降，则基本级的n级负载有可能全部被切除。

当基本级全部或部分动作后，若系统频率长时间停留在较低水平上，则特殊级的频率测量元件fsp启动，以延时△tsp1后切除第一级负载△Psp1；若系统频率仍不能恢复到接近于fn，则将继续切除较重要的负载，直至特殊级的全部负载切除完。

基本级第一级的整定频率一般为47.5-48.5Hz，最后一级的整定频率一般为46-46.5 Hz，相领两级的整定频率差取0.4-0.5 Hz。

当某一地区电网内的全部自动按频率减负载装置均已动作时，系统频率应恢复到48-49.5 Hz以上。

特殊级的动作频率可取47.5～48.5Hz，动作时限可取15～25s，时限级差取5s左右。

1. AFL的基本要求：
能在各种运行方式和功率缺额的情况下，有效地防止系统频率下降至危险点以下。

切除的负载应尽可能少，无超调和悬停现象。

应能保证解列后的各孤立子系统也不发生频率崩溃。

变电站的馈电线路故障或变压器跳闸造成失压，负载反馈电压的频率衰减时，低频减负载装置应可靠闭锁。

电力系统发生低频振荡时，不应误动。

电力系统受谐波干扰时，不应误动。

2. 对自动低频减载闭锁方式的分析：
（1）时限闭锁方式。

该闭锁方式是通过带0.5s延时出口的方式实现，曾主要用于由电磁式
频率继电器或晶体管频率继电器构成的低频减载装置中。

但当电源短时消失或重合闸过程中，如果负载中电动机比例较大，则由于电动机的反馈作用，母线电压衰减较慢，而电动机转速却降低较快，此时即使带有0.5s延时，也可能引起低频减载的误动；同时当基本级带0.5s延时后，对仰制频率下降不利。

目前这种闭锁方式一般不用于基本级，而用于整定时间较长的特殊级。

（2）低电压带时限闭锁。

该闭锁方式是利用电源断开后电压速度下降来闭锁低频减载。

由于电动机电压衰减较慢，因此必须带有一定的时限才能防止误动。

特别是在受端接有小电厂或同步调相机以及容性负载比较大的降压变电站内时，很易产生误动。

另外，采用低电压闭锁也不能有效的防止系统振荡过程中频率变化而引起的误动。

（3）低电流闭锁方式。

该闭锁方式是利用电流断开后电流减小的规律来闭锁低频减载。

该方式的主要缺点是电流定值不易整定，某些情况下易出现拒动的情况，同时，当系统发生振荡时，也容易发生误动。

目前这种方式一般只限于电源进线单一、负载变动不大的变电站。

（4）滑差闭锁方式。

滑差闭锁方式亦称频率变化率闭锁方式。

该方式利用从闭锁级频率下降至动作级频率的变化速度（△f/△t）是否超过某一数值来判断是系统功率缺额引起的频率下降还是电动机反馈作用引起的频率下降，从而决定是否进行闭锁。

为躲过短路的影响，也需带有一定延时。

目前这种闭锁方式在实际中被广泛应用。

二、低频减载逻辑
参看图示理解低频减载的逻辑。

图11-8 低频减载的逻辑框图
满足下列任一情况低频减载均要闭锁：
①电压互感器二次回路断线（断线时可能测不到真实系统频率）。

②保护安装处的正序电压U1低于闭锁值。

③保护安装处的负序电压U2>5V（说明是短路故障）。

④该线路三相电流均小于0.1倍额定电流（说明该电路负载较小，即使全部切除对系统频率回升也无多大作用）。

⑤系统频率低于45Hz。

⑥频率滑差|df/dt|大于闭锁值。

频率滑差元件动作后进行自保持，直到频率恢复到低频减载整定频率以上后复归。

对低频减载的有关闭锁条件说明：
低频减载的滑差闭锁：频率滑差闭锁是检测系统频率下降速度大小而构成的一种闭锁方式，
可提高低频减载工作的可靠性。

当系统发生故障时，频率快速下降，滑差较大（频率变化率），此时闭锁低频减载。

当系统有功不足，频率缓慢下降，滑差较小，此时开放低频减载。

一般取|df/dt|值大于3Hz/s。

低频减载设置低电流闭锁。

当负载电流小于欠流定值时，可以认为该线路处于“休眠状态”，此时闭锁低频减载。

欠流定值按躲过最小负载电流整定。

低电压闭锁。

在线路重合闸期间，负载与电源短时解列，负载中的感应电动机、同步电动机、调相机会产生较低频率的电压。

因此，电源中断后，各母线电压（正序电压）逐渐衰减、频率逐渐衰减。

由于频率降低，容易导致低频减载动作，将负载切去，而当自动重合闸动作或备用电源自动投入恢复供电时，这部分负载已被切去。

低电压闭锁可防止这种低频减载的误动作。

当供电中断时，频率下降到fset时，时间元件T启动；在时间元件T动作前，各母线电压已降低到低电压闭锁值，时间元件立即返回，防止了误动。

一般情况下，低电压元件（正序电压元件）的动作电压取0.65～0.7倍额定电压，时间元件T的延时取0.5s。

低电流闭锁(I<0.1In)也能起到防止上述误动的作用。

但是，当母线上有多条供电线路时，可能会因反馈电流而使闭锁失效。

三、低压减载逻辑
满足下列任一情况时低压减载需闭锁：
电压互感器二次回路断线。

保护安装处负序电压U2>5V。

该线路三相电流小于0.1倍额定电流。

任意一相的相电压小于12V（20%）。

电压变化率|df/dt|大于闭锁电压变化率。

一般情况下，闭锁电压变化率（相电压）可取20%～30%V/s。