电力系统自动控制技术课件：低频减载

电力系统自动控制技术

电力系统低频减载2025/3/72上次课内容理解电力系统频率的二次调整（自动发电控制，AGC）二次调频含义与实现二次调频控制信号四种二次调频方法分区调频含义和原理理解电力系统频率的三次调整（经济调度，EDC）了解经济调度优化模型理解发电机耗量特性理解等耗量微增率法则2025/3/73本次课内容低频减载含义什么是低频减载、其与自动调频系统（一、二、三次调频）的关系电力系统低频运行的危害低频减载实现（整定）方法总的切负荷量（接于低频减载装置上负荷总功率PJH）动作轮次和各轮动作频率各轮最佳断开功率计算特殊轮设计动作时限低频减载基本原理电力系统频率的动态特性基于“逐次逼近”法的低频减载原理2025/3/741低频减载含义频率自动调节是否可以完全维持频率？？前提：系统正常运行，具有足够的热备用容量故障情况下：严重有功缺额，超过系统热备用容量，系统如何反应，如何应对？？2025/3/751.1低频减载含义含义：在系统频率降到某值以下，采取切除相应负荷的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。称为按频率自动减负荷（低频减载）中文简拼为“ZPJH”，英文为UFLS（UnderFrequencyLoadShedding），也有的书上称为AFL【例子】某电力系统在额定情况下运行，负荷调节效应系数1.7,总负荷500MW，突然由于事故切除60MW的发电功率。（无热备用容量）（1）如果不采取任何措施，求系统的稳定频率？（2）如果切除40MW的负荷，求系统的稳定频率？2025/3/76解：突然切除60MW的发电功率，相当于出现60MW的功率缺额（1）（2）出现功率缺额时，只靠负荷调节效应补偿，稳定频率较低。切除部分负荷，与只靠负荷调节比较，频率得到明显回升。何时，切除多少负荷，以维持系统频率在要求范围？？1.1低频减载含义低频减载（ZPJH）2025/3/77（1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，可能引发频率崩溃（2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，可能造成电压失稳（3）系统频率长期运行在49.5～49Hz以下，影响生产生活（4）为避免汽轮机共振，可能引起低速切机（5）局部电网频率升高，导致大机组过速跳机（6）影响冷却泵工作，可能导致核能电厂停机1.2低频减载含义——低频运行危害所以在电力系统发生有功功率缺额的事故时，必须迅速断开相应的用户，使频率维持在运行人员可以从容处理的水平上，然后在逐步恢复到正常值。按频率自动减负荷装置“ZPJH”是电力系统一种有力的反事故措施2025/3/782.1低频减载原理——系统频率的动态特性电力系统的动态频率特性电力系统由于有功功率平衡遭到破坏而引起系统频率发生变化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经历的时间过程变化过程：系统中出现功率缺额时，系统中旋转机组的动能都为支持电网的能耗作出贡献频率随时间变化的过程主要决定于有功功率缺额的大小与系统中所有转动部分的机械惯性，其中包括汽轮机、同步发电机、同步补偿机、电动机及电动机拖动的机械设备2025/3/792.1低频减载原理——系统频率的动态特性发电不足时：系统频率从额定频率变化到一个新的稳态频率系统稳定频率必然低于额定频率

:由功率缺额引起的另一个稳定运行频率；Tf：系统频率变化的时间常数，与系统整体的惯性时间常数以及负荷调节效应系数有关，一般在（4～10）s间。大系统较大，小系统较小。2025/3/7102.2低频减载原理——逐次逼近低频减载就是通过切除负荷，避免频率的过量减小适应不同功率缺额下的负荷切除避免过切导致的频率升高和少切导致的频率偏低关键：如何切除负荷已知发电缺额？？切除对应数量负荷挑战：发电缺额未知且变化分轮次多级进行逐次逼近即事先整定好每次切除负荷的多少，按频率大小依次切除负荷2025/3/7112.2低频减载原理——逐次逼近过程频率下降到f1时，第一轮继电器起动，经一定时间后断开对应部分负荷，这就是第一次对功率缺额进行的计算；若功率缺额比较大，频率继续沿新曲线3-4下降,当下降到f2时，第二轮频率继电器启动断开对应负荷，进行第二次计算；。。。按照频率数值的顺序安排了几个计算点f1、f2、…fn，即动作“轮次”；有功功率缺额出现后，系统频率沿曲线3-3’急剧下降2025/3/7122.2低频减载原理——逐次逼近过程若第二轮动作后，断开的负荷依然不是系统缺额功率的数值，那么，频率还会继续下降而触发后续动作轮而断开负荷，通过一次又一次的计算，一直到找到系统功率缺额的数值；因此，系统频率重新稳定下来或出现回升时，减载过程才会结束，即自动减负荷装置应用了“逐次逼近”的计算方法找到了功率缺额当第二轮断开其所接的用户以后，频率开始(沿5～6曲线)回升并稳定，则前两次计算出了功率缺额的大致范围2025/3/7133低频减载动作整定

整定内容基本：总切负荷量（接于低频减载装置上负荷总功率PJH）动作轮次和各轮动作频率各轮断开功率特殊情况处理：特殊轮设计：避免稳定在过低的频率动作时限：避免误动2025/3/7143.1低频减载动作整定——切负荷总量

原则：等于可能的最大有功缺额Pqe按系统中断开最大容量的机组来考虑要按断开发电厂高压母线来考虑如果系统有可能解列成几部分运行时，还必须考虑解列后各部分可能发生的最大功率缺额，并按各区最大功率缺额之和考虑考虑负荷调节效应影响频率恢复的目标值fhf通常小于额定频率负荷调节效应抵消部分有功缺额切负荷总量PJH通常小于最大功率缺额Pqe2025/3/7153.1低频减载动作整定——切负荷总量

根据负荷调节效应系数含义可得：求解得式中—恢复频率偏差的相对值，并；

—减负荷前系统用户的总功率。总功率缺额负荷调节效应导致的功率减小切除功率2025/3/7163.1低频减载动作整定——切负荷总量

【例】某系统的用户额定频率下总功率为2800MW，系统最大的功率缺额为900MW，负荷调节效应系数Ｋ＝2，自动减负荷动作后，希望恢复频率值为48Hz，求接入减负荷装置的负荷总功率解：减负荷动作后，残留的频率偏差相对值由PJH计算式得2025/3/7173.2低频减载动作整定——动作轮次轮次从切负荷精准度考虑，轮次越多越好保证选择性需要设定级差（减载装置频率精度、动作时间和选择性裕度决定），进而限制总轮次动作频率第一级动作频率决定什么时候低频减载装置发挥作用：频率选择高一些，减负荷控制装置的效果就好一些，但可能在系统备用容量还未来得及发挥作用，造成频率暂时下降引起不必要地断开部分用户。一般一级启动频率整定在49Hz2025/3/7183.2低频减载动作整定——动作轮次动作频率末级动作频率是低频减载装置的最终防线避免厂用电不能正常工作动作频率我国尚未统一规定，但由于大机组的要求，最后一轮动作频率应>=48Hz，最好不低于46～46.5Hz，备用容量充裕的火电系统和以水电为主的系统，允许稍低一些，但不应低于45Hz恢复频率减负荷装置最后一轮动作后，系统频率不应低到使大机组跳闸的程度，以保证大机组的运行；恢复频率过低时，设置特殊轮2025/3/7193.2低频减载动作整定——级差保证选择性自动减负荷装置各轮的动作应该有次序，要在前一轮的动作后且不能制止频率下降时，后一轮才动作；受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制最严重的情况是前一级测量元件具有负误差、后一级具有正误差—对应于时间内的频率变化，一般可取0.15Hz—频率元件的最大误差—两级间留有的频率裕度值，一般可取0.05Hz。级差示例见P96表3-22025/3/7203.3低频减载动作整定——各轮开断功率开断负荷后系统频率理想效果：不论系统功率缺额的大小和各轮动作次数，系统频率总是准确的恢复到同一数值实际效果：系统频率的最后稳定值在值的上下某一个范围内，即在最大恢复频率与最小恢复频率之间，且区间范围大小与切除误差有关恢复频率与理想值间的偏差无法消除，只能减小恢复频率偏差最小时，ZPJH就具有最高的选择性ZPJH装置频率恢复偏差最小的条件是，各动作轮最高恢复频相等（思考原理）：2025/3/7213.3低频减载动作整定——各轮开断功率最优开断功率给定动作频条件下，如何选择各轮次开断功率，使各轮动作后恢复频率fhf0相等；轮次动作频率（Hz）切除负荷（％）148?247.5?347?446.5?546?且2025/3/7223.3低频减载动作整定——各轮开断功率某一轮次动作后恢复频率的最大值当系统频率缓慢下降，并正好稳定在第i轮继电器的动作频率时，第i轮继电器动作，并断开了相应的用户功率，于是频率回升到这一轮的最大恢复频率。第i轮动作前2025/3/7233.3低频减载动作整定——各轮开断功率前i-1轮动作后的负荷调节效应：对总负荷Px标幺前i动作后的负荷调节效应：2025/3/7243.3低频减载动作整定——各轮开断功率且有：连立有2025/3/7253.3低频减载动作整定——各轮开断功率轮次动作频率123…n联立以下各式得到最优开断频率和稳态频率。2025/3/7263.4低频减载动作整定——特殊轮含义在自动减负荷装置动作的过程中，可能的情况：第i轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低限但又不足使i+1轮减负荷装置动作。前已指出系统频率长期低于47Hz是不允许的，为了使系统频率恢复到（一般可取47Hz）以上，可采用带时限的特殊轮特殊轮的动作频率,它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作时限可以取系统频率时间常数2～3倍，一般为15～25s。特殊轮断开功率可按以下两个极限条件来选择：

2025/3/7273.4低频减载动作整定——特殊轮（了解）（1）当最后第二轮即n－1轮动作后，系统频率不回升反而降到最后一轮，即第n轮动作频率附近，但又不足使第n轮动作；则在特殊轮动作断开其所接用户功率后，系统频率应恢复到以上，因此特殊轮应断的负荷为

（2）当系统频率在第轮动作后稳定在稍低于特殊轮的动作频率