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(yùn)行參數(shù)，也是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時(shí)為某些安全穩(wěn)定裝置動(dòng)作提供判據(jù)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中裝設(shè)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(dòng)態(tài)過程，然而對實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行頻率動(dòng)態(tài)過程研究發(fā)現(xiàn)，仿真所得的頻率軌跡與實(shí)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(dòng)態(tài)頻率特性的相關(guān)因素進(jìn)行分析。 

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；頻率異常；控制分析  一、頻率異常的特點(diǎn)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(dòng)態(tài)過程稱為頻率異常。它不同于正常運(yùn)行的頻率波動(dòng)．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(shí)，伴隨有振蕩的出現(xiàn)。當(dāng)電力系統(tǒng)解列后，在功率嚴(yán)重缺少的被解列的區(qū)域網(wǎng)內(nèi)，又往往會(huì)出現(xiàn)頻率的單調(diào)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(dǎo)致功率突變的直接原因是：①聯(lián)絡(luò)線出現(xiàn)故障開關(guān)跳閘，兩側(cè)功率出現(xiàn)了不平衡；②電力系統(tǒng)內(nèi)有大容量發(fā)電機(jī)組突然投入或切除；③電力系統(tǒng)內(nèi)有大的負(fù)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(shè)計(jì)電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)。如采用雙回路聯(lián)絡(luò)線，以減少線路故障導(dǎo)致電力系統(tǒng)解列的可能性；環(huán)形網(wǎng)供電，以減少輻射閥所引起停電的可能性；用電負(fù)荷和供電電源應(yīng)盡可能就地平衡；②適當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)傳輸功率。在圖1中，為了使聯(lián)絡(luò)線故障切除后不引起兩側(cè)系統(tǒng)頻率急劇下降，應(yīng)該預(yù)先將聯(lián)絡(luò)線交換功率限制在適當(dāng)?shù)南揞~內(nèi)。在考慮電力系統(tǒng)的電流分析時(shí)，應(yīng)該盡量保證在一些線路故障切除后，在電流轉(zhuǎn)移的情況下，不會(huì)造成其他線路或區(qū)域過負(fù)荷。  ③系統(tǒng)應(yīng)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(jī)作為旋轉(zhuǎn)備用(熱備用)，當(dāng)頻率下降時(shí)可以立即使旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組提供輸出功率；④在電力系統(tǒng)內(nèi)裝設(shè)控制頻率異常的自動(dòng)控制裝置。能夠自動(dòng)投切發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷。  二、消除電力系統(tǒng)頻率異常的自動(dòng)控制裝置  按照頻率異常時(shí)頻率上升和下降的不同，自動(dòng)控制裝置可分為：①反映電力系統(tǒng)頻率下降時(shí)動(dòng)作的自動(dòng)控制裝置；有低頻減負(fù)荷自動(dòng)控制裝置頒發(fā)電機(jī)自啟動(dòng)控制裝置、低頻蓄能改發(fā)電自動(dòng)控制裝置等；②反映電力系統(tǒng)頻率上升時(shí)動(dòng)作的自動(dòng)控制裝置。有高頻切除發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制裝置、高頻率發(fā)電機(jī)組輸出功率自動(dòng)控制裝置、電氣制動(dòng)自動(dòng)控制裝置等。  這些自動(dòng)控制裝置用頻率變化作為測量信號(hào)，經(jīng)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(dòng)控制裝置。按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置是一種有著高度選擇性的反事故自動(dòng)控制裝置。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重的有功功率缺額時(shí)，它能夠在系統(tǒng)被破壞之前，迅速地計(jì)算出當(dāng)時(shí)缺少的有功功率，并相應(yīng)地切除一定的負(fù)荷用戶，使電力系統(tǒng)能夠很快地恢復(fù)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(yán)重的破壞。如圖2所示，現(xiàn)分析如下：  根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化過程確定了幾個(gè)計(jì)算點(diǎn)f1、f2、……fn，這些計(jì)算點(diǎn)所對應(yīng)不同的負(fù)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(diǎn)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(dāng)頻率下降到f1時(shí)(2點(diǎn))，第—級(jí)頻率控制繼電器啟動(dòng)，經(jīng)過一定的時(shí)間δt(包括自動(dòng)裝置的動(dòng)作時(shí)間和斷路器的跳閘時(shí)間)后，斷開一部分負(fù)荷(3點(diǎn))，完成了第一次對功率缺額的計(jì)算。如果功率缺額比較大，第一次計(jì)算并不能得到系統(tǒng)有功功率缺額的數(shù)值，那么頻率會(huì)繼續(xù)下降。由于切除了一部分負(fù)荷，功率缺額的數(shù)值已經(jīng)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(dāng)頻率下降到f2(4點(diǎn))時(shí)，第二級(jí)控制繼電器開始啟動(dòng)，經(jīng)過一定的時(shí)間δt2，又?jǐn)嚅_了連接于第二級(jí)頻率控制繼電器上的用戶(5點(diǎn))。此時(shí)，可以再確定電力系統(tǒng)有功功率缺額能否得到補(bǔ)償。如果兩次切除總負(fù)荷足以補(bǔ)償功率缺額時(shí)，電力系統(tǒng)頻率開始回升，最后穩(wěn)定在新的頻率工作點(diǎn)下。反之，如果功率還有缺額，則系統(tǒng)頻率會(huì)繼續(xù)下降，—直到被切除足夠多的次數(shù)(負(fù)荷)為止。當(dāng)然，如果電力系統(tǒng)不裝設(shè)減負(fù)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(fù)荷控制裝置，實(shí)際上是用“逐次逼近”的方法來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的平衡控制，級(jí)數(shù)分得越多，防止負(fù)荷過度切除和頻率恢復(fù)越有利。但級(jí)數(shù)過多，控制裝置會(huì)越復(fù)雜。  從電力系統(tǒng)功率供銷平衡來看，當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線或發(fā)電機(jī)組故障切除后，只要能及時(shí)切除相應(yīng)的負(fù)荷，就可以使系統(tǒng)頻率重新恢復(fù)正常。但是，系統(tǒng)不同的地點(diǎn)、不同故障下所產(chǎn)生的功率缺額是不同的。為了按頻率自動(dòng)減負(fù)荷控制裝置在最嚴(yán)重的故障下能滿足要求，必須事先計(jì)算出各種運(yùn)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(shí)，能斷開相應(yīng)量的負(fù)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(shí)是減負(fù)荷控制裝置正確動(dòng)作的必要條件?？紤]到在自動(dòng)減負(fù)荷后，允許電力系統(tǒng)的頻率恢復(fù)到低定額定頻率值運(yùn)行，再考慮到負(fù)荷本身的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，最終接于低頻減負(fù)荷控制裝置的總功率pj要比實(shí)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(fù)雜，事先難以預(yù)見各種事故的發(fā)展變化。在此情況下，采用級(jí)數(shù)不多的低頻減負(fù)荷控制措施，往往可以達(dá)到恢復(fù)系統(tǒng)相同的要求。同時(shí)可能減負(fù)荷過多，使頻率上升過高，有時(shí)又可能減負(fù)荷不足，造成頻率降過低。為此，可采用增加級(jí)數(shù)和縮小各級(jí)之間級(jí)差的方法來解決。  參考文獻(xiàn)  [1]余浩深.顏運(yùn)昌.基于多dsp的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定控制系統(tǒng)頻率異常控制研究與實(shí)現(xiàn)[j].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(xué).2002年.