電力系統自動控制技術

電力系統低頻減載2025/3/72上次課內容理解電力系統頻率的二次調整（自動發電控制，AGC）二次調頻含義與實現二次調頻控制信號四種二次調頻方法分區調頻含義和原理理解電力系統頻率的三次調整（經濟調度，EDC）了解經濟調度優化模型理解發電機耗量特性理解等耗量微增率法則2025/3/73本次課內容低頻減載含義什么是低頻減載、其與自動調頻系統（一、二、三次調頻）的關系電力系統低頻運行的危害低頻減載實現（整定）方法總的切負荷量（接于低頻減載裝置上負荷總功率PJH）動作輪次和各輪動作頻率各輪最佳斷開功率計算特殊輪設計動作時限低頻減載基本原理電力系統頻率的動態特性基于“逐次逼近”法的低頻減載原理2025/3/741低頻減載含義頻率自動調節是否可以完全維持頻率？？前提：系統正常運行，具有足夠的熱備用容量故障情況下：嚴重有功缺額，超過系統熱備用容量，系統如何反應，如何應對？？2025/3/751.1低頻減載含義含義：在系統頻率降到某值以下，采取切除相應負荷的辦法來減少系統的有功缺額，使系統頻率保持在事故允許的限額之內。稱為按頻率自動減負荷（低頻減載）中文簡拼為“ZPJH”，英文為UFLS（UnderFrequencyLoadShedding），也有的書上稱為AFL【例子】某電力系統在額定情況下運行，負荷調節效應系數1.7,總負荷500MW，突然由于事故切除60MW的發電功率。（無熱備用容量）（1）如果不采取任何措施，求系統的穩定頻率？（2）如果切除40MW的負荷，求系統的穩定頻率？2025/3/76解：突然切除60MW的發電功率，相當于出現60MW的功率缺額（1）（2）出現功率缺額時，只靠負荷調節效應補償，穩定頻率較低。切除部分負荷，與只靠負荷調節比較，頻率得到明顯回升。何時，切除多少負荷，以維持系統頻率在要求范圍？？1.1低頻減載含義低頻減載（ZPJH）2025/3/77（1）系統頻率降低使廠用機械的出力大為下降，可能引發頻率崩潰（2）系統頻率降低使勵磁機等的轉速也相應降低，可能造成電壓失穩（3）系統頻率長期運行在49.5～49Hz以下，影響生產生活（4）為避免汽輪機共振，可能引起低速切機（5）局部電網頻率升高，導致大機組過速跳機（6）影響冷卻泵工作，可能導致核能電廠停機1.2低頻減載含義——低頻運行危害所以在電力系統發生有功功率缺額的事故時，必須迅速斷開相應的用戶，使頻率維持在運行人員可以從容處理的水平上，然后在逐步恢復到正常值。按頻率自動減負荷裝置“ZPJH”是電力系統一種有力的反事故措施2025/3/782.1低頻減載原理——系統頻率的動態特性電力系統的動態頻率特性電力系統由于有功功率平衡遭到破壞而引起系統頻率發生變化，頻率從正常狀態過渡到另一個穩定值所經歷的時間過程變化過程：系統中出現功率缺額時，系統中旋轉機組的動能都為支持電網的能耗作出貢獻頻率隨時間變化的過程主要決定于有功功率缺額的大小與系統中所有轉動部分的機械慣性，其中包括汽輪機、同步發電機、同步補償機、電動機及電動機拖動的機械設備2025/3/792.1低頻減載原理——系統頻率的動態特性發電不足時：系統頻率從額定頻率變化到一個新的穩態頻率系統穩定頻率必然低于額定頻率

:由功率缺額引起的另一個穩定運行頻率；Tf：系統頻率變化的時間常數，與系統整體的慣性時間常數以及負荷調節效應系數有關，一般在（4～10）s間。大系統較大，小系統較小。2025/3/7102.2低頻減載原理——逐次逼近低頻減載就是通過切除負荷，避免頻率的過量減小適應不同功率缺額下的負荷切除避免過切導致的頻率升高和少切導致的頻率偏低關鍵：如何切除負荷已知發電缺額？？切除對應數量負荷挑戰：發電缺額未知且變化分輪次多級進行逐次逼近即事先整定好每次切除負荷的多少，按頻率大小依次切除負荷2025/3/7112.2低頻減載原理——逐次逼近過程頻率下降到f1時，第一輪繼電器起動，經一定時間后斷開對應部分負荷，這就是第一次對功率缺額進行的計算；若功率缺額比較大，頻率繼續沿新曲線3-4下降,當下降到f2時，第二輪頻率繼電器啟動斷開對應負荷，進行第二次計算；。。。按照頻率數值的順序安排了幾個計算點f1、f2、…fn，即動作“輪次”；有功功率缺額出現后，系統頻率沿曲線3-3’急劇下降2025/3/7122.2低頻減載原理——逐次逼近過程若第二輪動作后，斷開的負荷依然不是系統缺額功率的數值，那么，頻率還會繼續下降而觸發后續動作輪而斷開負荷，通過一次又一次的計算，一直到找到系統功率缺額的數值；因此，系統頻率重新穩定下來或出現回升時，減載過程才會結束，即自動減負荷裝置應用了“逐次逼近”的計算方法找到了功率缺額當第二輪斷開其所接的用戶以后，頻率開始(沿5～6曲線)回升并穩定，則前兩次計算出了功率缺額的大致范圍2025/3/7133低頻減載動作整定

整定內容基本：總切負荷量（接于低頻減載裝置上負荷總功率PJH）動作輪次和各輪動作頻率各輪斷開功率特殊情況處理：特殊輪設計：避免穩定在過低的頻率動作時限：避免誤動2025/3/7143.1低頻減載動作整定——切負荷總量

原則：等于可能的最大有功缺額Pqe按系統中斷開最大容量的機組來考慮要按斷開發電廠高壓母線來考慮如果系統有可能解列成幾部分運行時，還必須考慮解列后各部分可能發生的最大功率缺額，并按各區最大功率缺額之和考慮考慮負荷調節效應影響頻率恢復的目標值fhf通常小于額定頻率負荷調節效應抵消部分有功缺額切負荷總量PJH通常小于最大功率缺額Pqe2025/3/7153.1低頻減載動作整定——切負荷總量

根據負荷調節效應系數含義可得：求解得式中—恢復頻率偏差的相對值，并；

—減負荷前系統用戶的總功率。總功率缺額負荷調節效應導致的功率減小切除功率2025/3/7163.1低頻減載動作整定——切負荷總量

【例】某系統的用戶額定頻率下總功率為2800MW，系統最大的功率缺額為900MW，負荷調節效應系數Ｋ＝2，自動減負荷動作后，希望恢復頻率值為48Hz，求接入減負荷裝置的負荷總功率解：減負荷動作后，殘留的頻率偏差相對值由PJH計算式得2025/3/7173.2低頻減載動作整定——動作輪次輪次從切負荷精準度考慮，輪次越多越好保證選擇性需要設定級差（減載裝置頻率精度、動作時間和選擇性裕度決定），進而限制總輪次動作頻率第一級動作頻率決定什么時候低頻減載裝置發揮作用：頻率選擇高一些，減負荷控制裝置的效果就好一些，但可能在系統備用容量還未來得及發揮作用，造成頻率暫時下降引起不必要地斷開部分用戶。一般一級啟動頻率整定在49Hz2025/3/7183.2低頻減載動作整定——動作輪次動作頻率末級動作頻率是低頻減載裝置的最終防線避免廠用電不能正常工作動作頻率我國尚未統一規定，但由于大機組的要求，最后一輪動作頻率應>=48Hz，最好不低于46～46.5Hz，備用容量充裕的火電系統和以水電為主的系統，允許稍低一些，但不應低于45Hz恢復頻率減負荷裝置最后一輪動作后，系統頻率不應低到使大機組跳閘的程度，以保證大機組的運行；恢復頻率過低時，設置特殊輪2025/3/7193.2低頻減載動作整定——級差保證選擇性自動減負荷裝置各輪的動作應該有次序，要在前一輪的動作后且不能制止頻率下降時，后一輪才動作；受頻率測量元件的動作誤差和開關固有跳閘時間限制最嚴重的情況是前一級測量元件具有負誤差、后一級具有正誤差—對應于時間內的頻率變化，一般可取0.15Hz—頻率元件的最大誤差—兩級間留有的頻率裕度值，一般可取0.05Hz。級差示例見P96表3-22025/3/7203.3低頻減載動作整定——各輪開斷功率開斷負荷后系統頻率理想效果：不論系統功率缺額的大小和各輪動作次數，系統頻率總是準確的恢復到同一數值實際效果：系統頻率的最后穩定值在值的上下某一個范圍內，即在最大恢復頻率與最小恢復頻率之間，且區間范圍大小與切除誤差有關恢復頻率與理想值間的偏差無法消除，只能減小恢復頻率偏差最小時，ZPJH就具有最高的選擇性ZPJH裝置頻率恢復偏差最小的條件是，各動作輪最高恢復頻相等（思考原理）：2025/3/7213.3低頻減載動作整定——各輪開斷功率最優開斷功率給定動作頻條件下，如何選擇各輪次開斷功率，使各輪動作后恢復頻率fhf0相等；輪次動作頻率（Hz）切除負荷（％）148?247.5?347?446.5?546?且2025/3/7223.3低頻減載動作整定——各輪開斷功率某一輪次動作后恢復頻率的最大值當系統頻率緩慢下降，并正好穩定在第i輪繼電器的動作頻率時，第i輪繼電器動作，并斷開了相應的用戶功率，于是頻率回升到這一輪的最大恢復頻率。第i輪動作前2025/3/7233.3低頻減載動作整定——各輪開斷功率前i-1輪動作后的負荷調節效應：對總負荷Px標幺前i動作后的負荷調節效應：2025/3/7243.3低頻減載動作整定——各輪開斷功率且有：連立有2025/3/7253.3低頻減載動作整定——各輪開斷功率輪次動作頻率123…n聯立以下各式得到最優開斷頻率和穩態頻率。2025/3/7263.4低頻減載動作整定——特殊輪含義在自動減負荷裝置動作的過程中，可能的情況：第i輪動作后，系統頻率穩定在低于恢復頻率的低限但又不足使i+1輪減負荷裝置動作。前已指出系統頻率長期低于47Hz是不允許的，為了使系統頻率恢復到（一般可取47Hz）以上，可采用帶時限的特殊輪特殊輪的動作頻率,它是在系統頻率已比較穩定時動作的，因此其動作時限可以取系統頻率時間常數2～3倍，一般為15～25s。特殊輪斷開功率可按以下兩個極限條件來選擇：

2025/3/7273.4低頻減載動作整定——特殊輪（了解）（1）當最后第二輪即n－1輪動作后，系統頻率不回升反而降到最后一輪，即第n輪動作頻率附近，但又不足使第n輪動作；則在特殊輪動作斷開其所接用戶功率后，系統頻率應恢復到以上，因此特殊輪應斷的負荷為

（2）當系統頻率在第輪動作后穩定在稍低于特殊輪的動作頻率