孤网运行低频减载特殊轮优化设置

韩宏志++闫敏

摘 要：孤网运行时，电网有多种策略可以应用，而低频减载装置是电网的最后一道安全屏障。因此对低频减载装置动作过程优化，对保证孤网运行的电力安全有非常重要的意义。和田电网的低频减载装置是通过6个基本轮和两个特殊轮的动作来切除功率负荷，使系统的频率有一定幅度的回升，但却不能完全恢复到电网安全稳定运行要求的49.5～50.5 Hz。該文应用自适应法预测切除功率量，结合中国电科院电力系统综合分析计算程序PSASP6.29计算仿真，对低频减载装置的特殊轮进行优化，达到对现有装置最大利用的情况下精确切除功率负荷的目标，使系统频率恢复到正常范围内运行。

关键词：低频减载 稳态频率 特殊轮PSASP

中图分类号：TM732 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0105-04

随着经济社会的发展，我国对电力基础设施的建设力度不断加大，但由于各种因素的制约，许多地区的电网建设供电可靠的程度还不是很高，比如：电网建设中的重要联络线问题。对于经济发达且地理条件优越的地区，可以建几条联络线与外部电网相连接。但对某些地区，由于经济因素的制约或有地理因素的限制，还无法实现多回联络线高可靠性的供电条件，导致某些地区会因为人为因素或不可控的极端天气造成电网仅有的联络线中断，进而导致地区电网解网，甚至导致大面积停电的恶劣情况出现。因此，孤网运行作为电力系统极端情况下的运行工况，其研究具有特别重要的意义。根据运行状态，孤网具体包括两种情况：一是孤网内发电功率大于用户用电功率，地区电网内电压和频率呈现上升趋势，出现高频高压问题；二是发电功率小于用户用电功率，地区电网内电压和频率呈现下降趋势，出现低频低压问题[1-2]。该文主要针对受端系统孤网时的低频问题进行仿真，因此该文选择和田地区电网为基础，应用中国电科院电力系统综合仿真计算程序PSASP6.29，对和田电网孤网运行大机组停运后，低频减载装置通过基本轮和优化后的特殊轮切除功率[3]，使电网频率运行在合理范围内。

1 系统简介

和田电网处于新疆主电网的末端，区域内电源主要包括华威电厂、波波娜水电厂、乌鲁瓦提水电厂以及大量分散的光伏电厂。正常运行方式下仅通过220 kV玉羌一、二线与新疆主网连接，当220 kV玉羌一、二线发生故障停运时，和田电网即孤网运行。和田地区日运行负荷有两个午高峰和晚高峰，午高峰时刻，和田地区有大量的光伏发电，可以满足白天的用电需求，而在21～23时用电晚高峰时，光伏发电为0，电源支撑点减少，电网运行风险较大。因此对晚高峰时刻进行仿真，更能反映电网风险状况，如图1、图2、表1所示。

2 低频减载装置的现状

当前常见的低频减载方案有3种。

（1）传统方案：包括频率级差相等且切负荷总量平均分配的线性方案和非线性方案。

（2）半适应方案：是在传统法上的一种改进算法。半适应法即当频率下降到预先设置的整定值时就测量频率下降率，再依据此频率下降率决定首轮应该切除的负荷量，而其他各轮与传统法一致。

（3）自适应方案：能够根据所获得的频率和频率变化率信息调整低频减载的主要参数，如，频率定值或切负荷量。

和田电网的低频减载装置属于第二种传统方案，根据《电力系统自动低频减负荷技术规定》（DL/T 428-2010）以及西北电网相关要求，全网要求设置基本轮六轮，两个特殊轮，此方案优点是设置简单明了，如表2所示。

3 事故扰动

依据当前和田电网低频减载装置的设置，在和田孤网运行时，和田最大机组为华威的两台机组（2×135 MW），一个机组跳机，会触发低频减载装置第一个基本轮，切除10%的负荷，最小频率为48.9 Hz，稳态频率在49.1 Hz，虽然频率趋于稳定，但是不能满足电网稳定运行的49.5 Hz以上的安全运行要求，第二个基本轮和特殊轮都不能触发，在此频率下运行，电网运行风险非常大。和田电网的稳态电压经过电厂的一次调频过程，电压略微上升，且幅度在0.3 p.u.，以内。由此可见，和田电网的孤网问题主要在于频率的控制，如图3、图4所示。

直接用和田地区的低频减载策略，虽然可以使电网频率一定程度有所恢复，且趋于稳定，但仍然不能满足频率运行在49.5～50.5 Hz之间，电网运行风险依然很大。

因此，对和田地区现有的固定轮数、固定比例的低频切功率策略进行改进。首先，通过频率变化率对需要切除的功率进行预测，然后利用现有的基本轮切除功率，最后用特殊轮进行精确的切除，使频率运行在49.5～50.5 Hz之间。

4 切除功率预测

该文采用基于单机等值模型的频率动态响应，然后依据频率的变化率预测频率缺额。单机系统模型系统频率响应[4-5]，如图5所示。

其中：。

计算得。

对于有N台发电机的系统，考虑系统调速器的作用，则系统频率响应为：

其中：；为每台发电机的容量；为系统的基准容量。

因此，系统的有功缺额为：

根据公式计算，当华威机一台组跳机后，需要切负功率52.8 MW，当第一轮切除37 MW后，和田地区还需再切除15.8 MW的负荷才能满足电网安全稳定的要求。在此基础上安排两个特殊轮的切除功率负荷，为了使电网频率能够平稳地过渡到合理的范围，限制特殊轮的每次切负荷量都有限制，因此第一特殊轮的切除功率负荷限制为4%，第二轮切除功率负荷为3%，两个特殊轮的触发频率为49.5 Hz，延迟时间为15 s。

通过自适应计算后的切频率量安排特殊轮的切功率，可较准确地使频率处于安全稳定运行的范围内。为了达到这种目标，需要对低频减载装置的功能进行提升，增加检测备切除线路实时功率负荷，而且需要将特殊轮的触发频率设置为49.5 Hz，带切功率预测频率曲线如图6所示。

5 特殊轮切除线路选择策略

特殊轮切除功率=总切除功率-已切除功率。

特殊轮切负荷时，当需要切除功率小于第一轮中所有线路实时功率之和时，对于第一特殊轮所有线路的实时功率首先按大小排序，当需要切除的功率大于最大的功率时，切除第一条线路。剩余功率小于第二条线路的功率时，再将剩余功率与第三条线路的功率比较，当剩余功率仍小于第三条线路时，剩余功率与第四条线路的功率比较，当剩余功率大于第四条线路时，大于选择切除第三条线路。在此方式下，切除的线路为按顺序排列的第一条和第三条线路，如图7所示。当需要切除功率大于第一轮中所有线路实时功率之和时，首先切除第一特殊轮中所有的线路，然后再在第二特殊轮中按同样的方法切除负荷。用此方法切除线路，可以满足频率稳定问题，又能尽可能地少切负荷。

6 结语

和田电网采用6个基本轮加两个特殊轮的固定切除功率比例的方法，作为和田电网的低频低压减载策略，虽然可以一定程度上恢复电网的频率，但却不一定能精确地恢复到电网安全稳定运行的频率范围内。因此，通过仿真计算结果，建议对和田电网的低频减载装置加入动态切功率计算功能，并对特殊轮加入切线选择功能。

参考文献

[1] 张健铭，毕天姝，刘辉，等.孤网运行与频率稳定研究综述[J].电力系统保护与控制，2011，39（11）：149-154.

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