CN102270844A - 一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法，根据孤立电网的暂态频率特性及系统对频率的要求，单独考虑低频减载各轮启动值，在认为暂态频率稳定的最低频率值和认为稳态频率稳定的最低频率值之间选取，进行频率一次性调节作用，确定低频减载动作时延，在频率最低的动作轮采用常规短延时；根据系统暂态频率特性曲线，对低频减载启动值较高的动作轮采用长延时；低频减载动作轮次为最低频率、最短延时轮先动作，其他频率较大、延时较长的动作轮间采用并行或的关系动作。有效解决孤立电网的安全稳定运行问题，提高系统的供电可靠性，对于我国低频减载尚存在问题的某些孤立电网，在低频减载控制策略的实现上具有指导性意义。

Description

一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，特别涉及一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法。

背景技术

孤立电网的频率特性及稳定性要求等与大电网有很大的不同，该类系统在安全稳定方面的问题更为突出。在制订低频减载方案时，不能简单照搬DL 428-91《电力系统自动低频减负荷技术规定》进行整定，如果按该规定的方法计算暂态最大频率偏差时不考虑调速器的频率一次调节作用，只考虑发电机组的动能变化所带来的频率变化将使计算所得的最大频率偏差比实际更大；该规定也不涉及频率的暂态变化过程，因而该规定对切负荷动作延迟时间的确定没有指导意义，整定低频减载装置的动作时限时必须考虑系统的暂态频率特性。只有对目标电网进行仿真计算和认真分析，才能有针对性地解决问题，切实可靠地实现系统的稳定运行。

孤立电网一般暂态频率高于45Hz认为暂态稳定，而低频减载装置各轮启动值又在45Hz以上。如何合理设置低频减载各轮次启动值及动作时延，从而减少电网受到扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上低频减载装置动作次数；而暂态频率不稳定的情况，低频减载装置又能够迅速动作成为低频减载装置整定时必须要考虑的问题。

发明内容

本发明是针对暂态频率变化对孤立电网稳定运行影响的问题，提出了一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法，提高了孤立电网运行的安全稳定性。

本发明的技术方案为：一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法，根据孤立电网的暂态频率特性及系统对频率的要求，单独考虑低频减载各轮启动值，在认为暂态频率稳定的最低频率值和认为稳态频率稳定的最低频率值之间选取，且计算暂态最大频率偏差时考虑调速器的频率一次性调节作用，具体包括如下方法：确定低频减载动作时延，在频率最低的动作轮采用常规短延时，避免暂态频率下降过快造成系统失稳；根据系统暂态频率特性曲线，对低频减载启动值较高的动作轮采用长延时，以躲过暂态频率在认为暂态频率稳定的最低频率值和低频减载启动频率最大值之间；低频减载动作轮次为最低频率、最短延时轮先动作，其他频率较大、延时较长的动作轮间采用并行或的关系动作；对于最低频率、最短延时轮启动后，频率仍在下降，后续低频减载动作轮延时较长，会造成系统暂态过程中的最大频率偏差太大，频率失稳的动作轮，将低频减载与快速连切负荷措施相结合。

所述将低频减载与快速连切负荷措施相结合，当判断出低频减载装置最低频率、最短延时轮已动作，频率下降到设定比例时，设置短延时加速切原先频率较大、延时较长的动作轮。

所述低频减载启动值最低的动作轮按常规的0.2s～0.3s进行设置延时。

本发明的有益效果在于：本发明一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法，有效解决孤立电网的安全稳定运行问题，提高系统的供电可靠性，且已针对阿里电网进行仿真验证，效果明显。对于我国低频减载尚存在问题的某些孤立电网，在低频减载控制策略的实现上具有指导性意义。

附图说明

图1为孤立电网在稳定情况下的系统频率特性曲线图；

图2为孤立电网频率特性汇总曲线图；

图3为本发明系统稳定情况躲过低频减载装置动作所需时间图；

图4为本发明低频减载前后频率曲线比对图；

图5为本发明低频减载与光伏波动连锁加速切负荷措施实施前后频率曲线比对图。

具体实施方式

本发明在研究孤立系统频率特性曲线的基础上，提出了一种考虑系统暂态频率特性的低频减载新方法。本方法的主要内容如下：

（1）根据具体孤立电网的暂态频率特性及系统对频率的要求，单独考虑低频减载各轮启动值，在认为暂态频率稳定的最低频率值和认为稳态频率稳定的最低频率值之间选取，且计算暂态最大频率偏差时考虑调速器的频率一次调节作用。

孤立电网与互联大系统对系统频率的控制能力不同，对频率控制的要求也不一样。某些孤立电网暂态频率在45Hz以上，稳态频率在48Hz以上即认为系统稳定。而大系统低频减载频率最大的一轮定值一般都选为49Hz，个别电网为了考虑旋转备用不足的问题，把该值提高为49.2Hz。

孤立电网运行时所允许的频率波动范围较大，如果低频减载各轮的启动值与大系统相同，如值设为49Hz，在孤立电网正常负荷波动时，就可能引起装置误动作。

孤立电网在不同运行方式下，暂态频率特性差别很大，且一般情况下电网负荷总量较小，低频减载装置不宜设置太多轮次。对于电网负荷总量仅为几兆瓦～几十兆瓦的孤立系统，低频减载轮次可设为3轮，各轮启动值可在认为暂态频率稳定的最低频率值和认为稳态频率稳定的最低频率值之间选取，具体值根据系统对频率的要求而定。

（2）确定低频减载动作时延，充分考虑系统的暂态频率特性，考虑频率的暂态变化过程。在频率最低的动作轮采用常规短延时，避免暂态频率下降过快造成系统失稳；在频率略高的动作轮采用长延时，以躲过暂态频率在认为暂态频率稳定的最低频率值和低频减载启动频率最大值之间，稳态频率在认为稳态频率稳定的最低频率值以上的不希望低频减载装置动作的情况。

孤立系统暂态频率恢复时间较长，若在低频减载启动值较高的轮次如48Hz，按常规低频减载策略设置0.2s～0.3s的动作时延，那么在孤立电网中被认为系统频率稳定的情况下，低频减载装置会在不希望的情况下动作。

如图1所示，为某孤立电网受到扰动后，不加低频减载措施时的频率曲线，暂态最低频率为45.5975Hz，稳态频率为49.54Hz，认为稳定，不希望低频减载装置动作。若低频减载装置各轮动作时延设为0.2s～0.3s，低频减载装置必然动作。因此，需根据系统暂态频率特性曲线，对低频减载启动值较高的动作轮大胆采用长延时，以躲过系统频率恢复时间。

由于不稳定情况下的系统频率下降速率很快，低频减载启动值最低的动作轮不宜设置长延时，仍按常规的0.2s～0.3s进行设置。

（3）低频减载动作轮次为最低频率、最短延时轮先动作，其他频率较大、延时较长的动作轮间采用并行或的关系。

在低频减载动作轮次上，一般采用频率由大到小逐轮动作或者同时动作。本发明在采用上述时延后，进行了大量仿真，认为在低频减载动作逻辑上可以进行改革，即：最低频率、最短延时轮先动作，其他频率较大、延时较长的动作轮间采用并行或的关系。

采用该逻辑关系后，在更大程度上躲过了暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上的不希望低频减载动作而动作的情况，且不影响暂态频率不稳定希望低频减载装置动作的情况。

（4）对于某些最低频率、最短延时轮启动后，频率仍在下降，后续低频减载动作轮延时较长，会造成系统暂态过程中的最大频率偏差太大，频率失稳的情况，将低频减载与快速连切负荷措施相结合。针对光伏并网后，由光伏电站引起的系统频率不稳定问题，采用低频减载与光伏波动连锁加速切负荷相结合的措施。

该措施的实施原则为：当装置判断出光照强度下降一定比例，甚至光伏电站退出，且低频减载装置最低频率、最短延时轮已动作并且光伏发电占系统总负荷达到甚至超过一定比例时，设置短延时加速切原先频率较大、延时较长的动作轮。

针对上述发明，以西藏阿里地区电网为例进行验证。该地区截止2010年底，总装机容量为16.4MW，其中水电装机6.4MW（4×1.6MW），柴油机组容量10MW（4×2.5MW）；2010年度最大负荷4300kW，属于典型的“大机小网”型孤立电网。

1、确定低频减载启动值：阿里电网在不同运行方式下，暂态频率特性差别很大，且该地区电网负荷总量较小。根据该系统稳定性要求暂态频率偏差在-5Hz～+2Hz之内（注：“-”表示小于50Hz, “+”表示大于50Hz），稳态频率在48Hz以上可认为系统频率稳定。根据这一要求且结合阿里电网受扰动后不加低频减载措施时PSASP软件的频率特性仿真曲线对低频减载启动值进行设置，因阿里电网负荷总量很小，故低频减载仅设3轮，各轮启动值分别为46Hz，47Hz，48Hz。

2、根据低频减载启动值，研究低频减载动作时限：图2列举了阿里电网各运行方式下受扰动后加低频减载措施前暂态频率低于48Hz的频率特性曲线，该曲线由PSASP软件仿真获得。由此可知，阿里地区暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上的不希望低频减载动作而动作的情况，系统恢复时间较长，但在绝大多数情况下较暂态不稳定的情况恢复时间略短。因此，可以在低频减载启动值较高的47Hz和48Hz大胆采用长延时。

表1和表2分别汇总了阿里电网柴油机不参与一次调频和柴油机参与一次调频情况下，系统不加低频减载时，扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上的运行方式和对应的扰动情况，以分析该情况下不使低频减载装置动作所需的低频减载各轮次的时间延迟。两表中的                                                

、

、

分别对应扰动后的暂态过程中系统频率低于46Hz、47Hz、48Hz的时间长度，见图3。

由表1可知，

s；

s

所以，当柴油机不参与一次调频时，要使扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上的情况，低频减载不动作则必须46Hz轮动作延迟时间大于5.5s，47Hz轮动作延迟时间大于8.5s，48Hz轮动作延迟时间大于13.6s，各稳定运行方式躲过低频减载装置动作所需的时间(柴油机不参与一次调频)列于表1。

观察表2可知，

s；

s；

s。

所以，当柴油机参与一次调频时，要使扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上的情况，低频减载不动作则必须46Hz轮动作延迟时间大于2.9s，47Hz轮动作延迟时间大于7.9s，48Hz轮动作延迟时间大于14.7s，各稳定运行方式躲过低频减载装置动作所需的时间(柴油机参与一次调频)列于表2。

但若按扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间，且稳态频率在48Hz以上的情况，低频减载不动作来确定低频减载各轮次时间延迟（如按表3中的第3行数据设置）。虽然上述情况下能保证低频减载不动作，但对于低频减载应该动作的情况，即暂态频率在45Hz以下的情况，由于功率缺额较大，切负荷动作迟缓，在相当多的情况下低频减载又不能有效地起到阻止频率进一步下降的作用。

所以，通过反复试算，权衡得失，最终按表3中的第4行设置低频减载的时间延迟，希望能够尽量减少扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间、且稳态频率在48Hz以上的情况低频减载动作的次数，同时尽量提高暂态频率在45Hz以下低频减载动作的有效性。

表3

该长延时的具体设置按尽量减少扰动后暂态频率在45Hz～48Hz之间、且稳态频率在48Hz以上的情况低频减载动作的次数，同时尽量提高暂态频率在45Hz以下低频减载动作的有效性为依据，最终取6s和10s。低频减载启动值最低的46Hz动作轮，按短延时0.3s进行设置。

3、确定低频减载动作逻辑：动作逻辑为46Hz轮先动作，47Hz轮与48Hz轮间采用并行或的逻辑关系。此外，在负荷切量方面，按46Hz轮负荷切量22%，47Hz轮负荷切量16%，48Hz轮负荷切量12%考虑。采用上述低频减载方案后，阿里孤立电网实现了系统的暂态频率稳定和稳态频率质量合格，且效果明显，如图4所示。

但在某些低频减载确需启动减缓系统频率下降的运行方式中，低频减载46Hz轮启动后，频率仍在下降，而因为47Hz轮的延时时间较长，动作太迟或不动作，将造成系统暂态过程中的最大频率偏差太大，频率失稳。因此，为使频率在低频减载46Hz轮动作后快速回升，提高低频切负荷的有效性，采用低频减载与光伏波动连锁加速切负荷相结合的措施。

4、低频减载与光伏波动连锁加速切负荷：详细观察低频减载装置动作情况和动作效果，设定光伏波动连锁加速切负荷定值如表4。

即当装置判断出光照强度在3秒钟内下降50%以上，且46Hz轮已动作并且光伏发电占系统总负荷比率≥48%，则延时0.2s加速切47Hz/48Hz轮负荷；当装置判断出光伏电站突然退出时，且46Hz轮已动作并且光伏发电占系统总负荷比率≥34.3%，则延时0.2s加速切47Hz/48Hz轮负荷。

如图5所示，低频减载与光伏波动连锁加速切负荷有效解决了低频减载46Hz轮动作后，47Hz和48Hz轮延时过长的问题，实现了系统暂态频率稳定。

Claims (3)

1.一种针对孤立电网的新型低频减载整定方法，其特征在于，根据孤立电网的暂态频率特性及系统对频率的要求，单独考虑低频减载各轮启动值，在认为暂态频率稳定的最低频率值和认为稳态频率稳定的最低频率值之间选取，且计算暂态最大频率偏差时考虑调速器的频率一次性调节作用，具体包括如下方法：确定低频减载动作时延，在频率最低的动作轮采用常规短延时，避免暂态频率下降过快造成系统失稳；根据系统暂态频率特性曲线，对低频减载启动值较高的动作轮采用长延时，以躲过暂态频率在认为暂态频率稳定的最低频率值和低频减载启动频率最大值之间；低频减载动作轮次为最低频率、最短延时轮先动作，其他频率较大、延时较长的动作轮间采用并行或的关系动作；对于最低频率、最短延时轮启动后，频率仍在下降，后续低频减载动作轮延时较长，会造成系统暂态过程中的最大频率偏差太大，频率失稳的动作轮，将低频减载与快速连切负荷措施相结合。

2.根据权利要求1所述针对孤立电网的新型低频减载整定方法，其特征在于，所述将低频减载与快速连切负荷措施相结合，当判断出低频减载装置最低频率、最短延时轮已动作，频率下降到设定比例时，设置短延时加速切原先频率较大、延时较长的动作轮。

3.根据权利要求1所述针对孤立电网的新型低频减载整定方法，其特征在于，所述低频减载启动值最低的动作轮按常规的0.2s～0.3s进行设置延时。

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