電力系統(tǒng)頻率異常的控制分析

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【摘  要】頻率是電力系統(tǒng)重要的運行參數(shù)，也是衡量電能質量的重要指標，同時為某些安全穩(wěn)定裝置動作提供判據?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中裝設了大量的頻率量測裝置，從而可以記錄系統(tǒng)中發(fā)生的頻率動態(tài)過程，然而對實際電網進行頻率動態(tài)過程研究發(fā)現(xiàn)，仿真所得的頻率軌跡與實測軌跡存在著較大的差別，這就迫切需要對電力系統(tǒng)中影響動態(tài)頻率特性的相關因素進行分析。 

【關鍵詞】電力系統(tǒng)；頻率異常；控制分析  一、頻率異常的特點和控制措施  由電力系統(tǒng)事故所引起的頻率大幅度變化的動態(tài)過程稱為頻率異常。它不同于正常運行的頻率波動．主要表現(xiàn)在頻率變化幅度大、速度快。在電力系統(tǒng)尚未解列時，伴隨有振蕩的出現(xiàn)。當電力系統(tǒng)解列后，在功率嚴重缺少的被解列的區(qū)域網內，又往往會出現(xiàn)頻率的單調衰減，即所謂的頻率崩潰。  引起電力系統(tǒng)頻率異常的根本原因是系統(tǒng)中出現(xiàn)了功率的不平衡，而導致功率突變的直接原因是：①聯(lián)絡線出現(xiàn)故障開關跳閘，兩側功率出現(xiàn)了不平衡；②電力系統(tǒng)內有大容量發(fā)電機組突然投入或切除；③電力系統(tǒng)內有大的負荷突然投入或解除。  針對這些原因，可以采用如下所述的措施和控制手段來減少頻率事故的出現(xiàn)：  ①合理設計電力網結構。如采用雙回路聯(lián)絡線，以減少線路故障導致電力系統(tǒng)解列的可能性；環(huán)形網供電，以減少輻射閥所引起停電的可能性；用電負荷和供電電源應盡可能就地平衡；②適當?shù)乜刂葡到y(tǒng)傳輸功率。在圖1中，為了使聯(lián)絡線故障切除后不引起兩側系統(tǒng)頻率急劇下降，應該預先將聯(lián)絡線交換功率限制在適當?shù)南揞~內。在考慮電力系統(tǒng)的電流分析時，應該盡量保證在一些線路故障切除后，在電流轉移的情況下，不會造成其他線路或區(qū)域過負荷。  ③系統(tǒng)應具備足夠的備用容量。在電力系統(tǒng)中為了防止系統(tǒng)因大量功率缺額而造成系統(tǒng)頻率下降，一般需要安排一定數(shù)量的發(fā)電機作為旋轉備用(熱備用)，當頻率下降時可以立即使旋轉備用機組提供輸出功率；④在電力系統(tǒng)內裝設控制頻率異常的自動控制裝置。能夠自動投切發(fā)電機組和負荷。  二、消除電力系統(tǒng)頻率異常的自動控制裝置  按照頻率異常時頻率上升和下降的不同，自動控制裝置可分為：①反映電力系統(tǒng)頻率下降時動作的自動控制裝置；有低頻減負荷自動控制裝置頒發(fā)電機自啟動控制裝置、低頻蓄能改發(fā)電自動控制裝置等；②反映電力系統(tǒng)頻率上升時動作的自動控制裝置。有高頻切除發(fā)電機組自動控制裝置、高頻率發(fā)電機組輸出功率自動控制裝置、電氣制動自動控制裝置等。  這些自動控制裝置用頻率變化作為測量信號，經過一定的邏輯判斷后由控制操作指令，它們都屬于反事故自動控制裝置。按頻率自動減負荷裝置是一種有著高度選擇性的反事故自動控制裝置。當電力系統(tǒng)發(fā)生嚴重的有功功率缺額時，它能夠在系統(tǒng)被破壞之前，迅速地計算出當時缺少的有功功率，并相應地切除一定的負荷用戶，使電力系統(tǒng)能夠很快地恢復有功功率的平衡，使頻率趨于穩(wěn)定，以避免電力系統(tǒng)遭受嚴重的破壞。如圖2所示，現(xiàn)分析如下：  根據電力系統(tǒng)頻率變化過程確定了幾個計算點f1、f2、……fn，這些計算點所對應不同的負荷。故障發(fā)生前，電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在額定值fe；假定(在點1)系統(tǒng)發(fā)生了有功功率缺額，系統(tǒng)頻率隨之急劇下降；當頻率下降到f1時(2點)，第—級頻率控制繼電器啟動，經過一定的時間δt(包括自動裝置的動作時間和斷路器的跳閘時間)后，斷開一部分負荷(3點)，完成了第一次對功率缺額的計算。如果功率缺額比較大，第一次計算并不能得到系統(tǒng)有功功率缺額的數(shù)值，那么頻率會繼續(xù)下降。由于切除了一部分負荷，功率缺額的數(shù)值已經減小，所以頻率將按3—4的曲線而不是按3—3’的曲線繼續(xù)下降。當頻率下降到f2(4點)時，第二級控制繼電器開始啟動，經過一定的時間δt2，又斷開了連接于第二級頻率控制繼電器上的用戶(5點)。此時，可以再確定電力系統(tǒng)有功功率缺額能否得到補償。如果兩次切除總負荷足以補償功率缺額時，電力系統(tǒng)頻率開始回升，最后穩(wěn)定在新的頻率工作點下。反之，如果功率還有缺額，則系統(tǒng)頻率會繼續(xù)下降，—直到被切除足夠多的次數(shù)(負荷)為止。當然，如果電力系統(tǒng)不裝設減負荷裝置，系統(tǒng)頻率將沿1—3’曲線下降到最低值。由此可以看出，低頻減負荷控制裝置，實際上是用“逐次逼近”的方法來實現(xiàn)負荷的平衡控制，級數(shù)分得越多，防止負荷過度切除和頻率恢復越有利。但級數(shù)過多，控制裝置會越復雜。  從電力系統(tǒng)功率供銷平衡來看，當系統(tǒng)聯(lián)絡線或發(fā)電機組故障切除后，只要能及時切除相應的負荷，就可以使系統(tǒng)頻率重新恢復正常。但是，系統(tǒng)不同的地點、不同故障下所產生的功率缺額是不同的。為了按頻率自動減負荷控制裝置在最嚴重的故障下能滿足要求，必須事先計算出各種運行方式下的功率缺額，保障在電力系統(tǒng)發(fā)生最大可能的功率缺額時，能斷開相應量的負荷用戶，以避免電力系統(tǒng)的頻率崩潰。因此，確定最大功率額時是減負荷控制裝置正確動作的必要條件?？紤]到在自動減負荷后，允許電力系統(tǒng)的頻率恢復到低定額定頻率值運行，再考慮到負荷本身的頻率調節(jié)效應，最終接于低頻減負荷控制裝置的總功率pj要比實際最大缺額功率小。所以有：    由于電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越龐大，接線越來越復雜，事先難以預見各種事故的發(fā)展變化。在此情況下，采用級數(shù)不多的低頻減負荷控制措施，往往可以達到恢復系統(tǒng)相同的要求。同時可能減負荷過多，使頻率上升過高，有時又可能減負荷不足，造成頻率降過低。為此，可采用增加級數(shù)和縮小各級之間級差的方法來解決。  參考文獻  [1]余浩深.顏運昌.基于多dsp的網絡穩(wěn)定控制系統(tǒng)頻率異?？刂蒲芯颗c實現(xiàn)[j].湖南大學學報(自然科學版)》.2002年s1期.  [2]吳浩.電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定研究[d].浙江大學.2002年.