电力系统广域安全控制与保护

4章电力系统广域安全掌握与保护电力系统的广域系统扰动根本概念电力系统广域扰动主要有两类：一是电压崩溃，二是功角失稳。在广域扰动过程中，可能是电压稳定问题或者是功角稳定问题，也可能是二者的混合。但是，在大多数状况下，系统停电常常是由于电压不稳定一起的，最终造成系统功角稳定问题。Taylor个电力系统，也可能会被限制在系统的某一区域。负荷的平衡，则会导致系统发电机失去同步，造成系统运行不稳定。下面的例子说明白在系统崩溃过程期间，超高压输电线路由电压崩溃问题转换为功角稳定问题。4－1电力系统广域保护系统传统的局部掌握保护系统低频切负荷1平衡。传统的切负荷方案是由位于主要馈线上的低频继电器组成的。当频率下降到预定的门槛时，临界的馈线将被从系统中切除。假设频率连续下降，下一阶段的切负荷方案将被启动。通常，低频减载系统有五个频率档位，如59.2，59，58.8，58.6Hz。抱负地，全部的低频切负荷的方案都应具能够同时动作。低压甩负荷4－2给出了一个低压减载分方案：4－2当三相电压下降到低于额定电压8％时〔低压继电器接点2－2，低压切负荷方案将切掉断27－1与开口三角形PT相连，以检测是否存在零序电压。该方案只有在没有零序电压存在的状况下启动。另外，瞬时过流继电器50置的定时器启动，进展肯定的延时〔如1秒〕后，上述条件仍存在，则切除该馈线负荷。电压造成的冲击。传统的广域保护系统电力系统的广域保护系统WAPS的设计是用于检测系统非正常运行条件，实行事先规划的校负荷。为了提高系统的牢靠性，WAPS系统可以通过利用的监视、保护以及通信技术来实现。广域保护系统的根本要求：冗余度当系统任一个设备故障时，不应造成WAPS系统的失效。当进展测试或检修时，大多数的系统设备应当能够从系统的校正掌握方案中退出，而保证其余系统仍保持正常运行。安全性WAPS系统为了保证系统的安全性，其掌握器承受冗余配置，一般为2/3掌握输出来保证掌握的安全性。当系统的潮流超越定值，或者系统某一元件失去时，应要承受手动或自动掌握措施；另外，可以使用附加信号〔如潮流变化率及电流监测设备等，对校正掌握过程中的跳闸信号〔如系2统解列信号〕进展监视。通信信道WAPS100－200ms之间。尤其，用于系统功角稳定掌握时。要求具有高精度和快速的测量仪表WAPS的潮流以及潮流方向。另外，WAPS设计需要当地测量量，如电压、电流、功率以及频率等，以监控远WPAPS无功支持要求。同步测量：这是格外重要的一个要求，快速、准确的广域同步相量信息，可以提高处理和实现WAPS的保护与掌握算法。我们看BPA的广域保护系统在以下三个方面的应用。低压切负荷系统4－3所示温哥华岛的电力系统4－33的四台同步调相机的无功输出。通过四台同步调相机的总的输出来启动或退出广域低压切负荷方案，原理如图4－4。34－4当同步调相器输出接近额定容量时低电压切负荷方案调相机将无法为系统供给无功功率。假设在区域13，或者区域23的电压低于最小额定电压的9％，并且持续10秒〔t，而负荷Block2和Block3在低电压持续2s和4s后，分阶段进展切除。WAPS文献【】提出了一个发生两突发扰动的校正保护方案以阻挡系统在系统电压崩溃点四周运行。12为重发电集中区域；34－5。4－5争论的三区域电力系统12232到区11100MW时，该系统的校正掌握方案启动，其动作原理如图4－6所示。44－6WAPS原理21〔1秒〕2中多余的发电容量，以避开系统发生崩溃。美国西部电网的WAPS4－7美国西部电网的WAPS的广域掌握方案基于同步相量测量的广域掌握与保护系统传统的WAPS是基于电力系统如何反响某些系统配置和负荷水平的争论。要进展模型系统每WAPS能够在一个适当范围内进展处理。因此，WAPS只考虑系统最严峻的状况，常常比实际状况的需要APS使用的是实际系统的5近似模型。一个实际的WAPS并不针对预先设定的某一条件，而仅仅是或许地实行一些最必要的掌握措以提高系统传输极限。BPAWAPS，该系统使用同步相量测量数据作为输入，如图4－8所示。4－8WAPS掌握在变电站的PMU实时传送同步相量数据给数据集中处理中心PD，然后PDC将处理的混合数据送给能够分析电力系统的稳定性的广域掌握系统〔WACS〕掌握器。假设系统摇摆接近它的稳定极限，广域系统掌握器进展适当的掌握，以避开系统发生崩溃。目前，BPA1潮流，通常比第一种方法动作速度慢，其动作时间在1－5秒之间。第三种方法是基于相角和频率测量进展的一个广域保护掌握方法。第一方法：快速稳定性掌握快速的稳定掌握方法是通过进展检测NW－SW联络线上电压的大波动来实现的。比方，这些电压大波动可能会导致BPA输电区域外的输电被切掉。将会被解列。通过监视联络线的电压波动，计算母线10的电压相量加权平均值，将计算值送给电压－时间累计器。当累计值超过预先设定的门槛时，掌握器对变电站的掌握装置发出掌握信号切到联络线上。这些掌握方法能够优化两区域的潮流，维持两区域间的同步。6NW－SW1/3HZ3秒/周波。振荡频率随阻尼的增加而下降。例如，在1996年一次解列事故中，联络线的低频振荡频率为0.22Hz。当系统发生突发扰动时，比方切除一台发电机，系统振荡到达最大峰值大约需要1.5秒的时间。抱负的校正掌握需要在系统振荡到达峰值之前进展动作，如0.75秒。BPA基于同步相量信息进展了大量的测试争论，假设以每秒3050至150妙之间。其掌握时间主要取决于数据通信和PMU数据处理，BPA掌握系统的通信的最大延时为60ms；另一个必需考虑的是掌握决策时间，即从发个周波〔或小于一个周波，断路器断开时间典型为两个周波，因此，整个延时大约为170m〔不包括掌握算法。提高掌握安全性。其次方法：电压支持系统电压支持系统主要是进展监视联络线北部的下哥伦比亚河流区域的五个大发电厂的有功MW和无功MVAR输出。我们能够从发电机输出进展在线估量联络线的功率，并通过在掌握中心的模糊规律掌握器进展电抗器和电容器的投切。第三方法：相角和频率测量着传输功率在发电机之间的重协作，而发生转变。随着区域渐渐稳定在一个的负荷平衡点掌握信号以减小广域系统扰动的影响。监视相关站点的频率数据，以及保证测量精度进展连续的采样。一旦频率触发器被启动，掌握器应应当发出适当的掌握命令〔如发电机退出或电容器投切〕进展调整。自适应低频切负荷够使系统恢复以及优化功率传输所需的负荷。装置和系统进展通信的力量。该方案如下图：74－9可优化供电系统自适应低频切负荷方案图中，PSD

为系统要切除的负荷，P和P1 2

馈线负荷信息。同时，负荷切除的挨次要依据所设定负荷的优先级进展切除，先切除非重要的负荷，然后，再切除重要负荷。启动读PSDNf 启动读PSDNf f meas tripYPPY?1SD跳P1NPP?Y2 SD跳P2NP和P1 2结束4－10自适应低频减载原理预防电压崩溃切负荷之一只要电压幅值低于所选定的门槛值，切负荷继电器就以固定的时间间隔切除相应的馈线负荷，并且所选定的门槛值与负荷的类型没有任何关系。电压崩溃过程是一个动态现象该动态过程与很多因素有关也依靠于负荷的类型。象动态负荷〔如感应电动机热静态负荷〔thermostaticloads 〕以及有载调压变压器变化都需要从系统获得更多的无功功率一个抱负的切负荷方法是应当能够识别哪些掌握需要更多无功功率的负荷在切除这类负荷时要尽可能的不要影响系统其它类型的负荷为了说明这个问题举一个简洁的例子，如图4－11。84－11具有恒定功率的双输电线路电力系统该简洁系统的PV4－12。点A为系统正常运行时的平衡点，PA

4－12PV曲线如图中虚线，点B是在的系统配置状况下的运行点。当线路切除后，负荷端电压开头下降。为了最小化切负荷，切负荷继电器必需要在电压降到临界点C之前进展动作。为了恢复系统运行，PSD

必需要大于(PA

PPC SD

P