CN102868164B - 一种低频电压减载联动协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种低频电压减载联动协调控制方法，该控制方法基于电网调度自动化系统对全网各变电站信息进行实时信息采集和调控，从全网层次上将各变电站负荷进行重要程度分类，辅以优化快速的计算分析，计算出在电网受到各类大干扰下每个轮次所需切除的负荷，并及时下发减载命令给相应的站端低频低压减载装置，从而快速切除相应负荷达到恢复系统安全的目的。由于该方法基于整个电网进行全系统的联动协调控制，可明显减少现行低频低压减载装置存在的易过切或欠切的现象，减少了不必要的线路停电损失，提高了全网的供电可靠性及安全经济性。

Description

一种低频电压减载联动协调控制方法

技术领域

本发明涉及全电网的低频电压减载联动协调控制方法。

背景技术

现代电力系统的特征是大机组、超高压、大范围远距离输电，但存在频率和电压崩溃的危险。当系统发生严重故障备用容量不足以弥补系统功率缺额时，系统应有选择地切除负荷，充分发挥低频低压减载装置的作用，构建电网第三道安全防线。当前低频低压减载控制方法包括下列方法：

1）传统法：当系统频率低于整定值时，继电器动作切除一部分负荷。如果频率继续下降，说明所切负荷不足，当达到第二个整定值时，继电器再次动作切负荷，以此重复动作，直至系统的频率恢复。

2）半适应法：是指当频率下降到设定的频率点时，测量当前的频率变化率df/dt，根据频率变化率的值决定具体切负荷的量，df/dt越高，这一点所切负荷越大。

3）自适应法：根据简化的系统频响应模型，频率变化率与系统功率缺额成比例，通过测量动作时刻的频率变化率计算出需要切除的负荷值。

 4）计算机辅助算法：采用一定算法，在故障情况下，决定最优减负荷方案，主要是针对减负荷点和减负量的确定。

当前，低频低压减载装置的控制结构形式分为集中式和分散式。

1）分散式：把减载的控制分散设在每回馈电线路的保护装置中，增加一个测频环节，实现减载的控制功能。

2）集中式：采用专用的低频低压减载装置，将全部馈线线路分为n轮和特殊轮，然后根据系统频率电压下降的情况有次序、有计划地切除负荷。

目前低频低压减载装置存在以下问题：

1）忽略了负荷的频率特性对系统的影响；

假设频率偏离额定值不大，将负荷与频率的关系近似为一直线，电力系统的负荷功率与频率的关系可用下式表示：Δp%=KΔf%

K的大小由组成整个系统负荷的各类不同负荷所占比重的大小来决定。K值随时间变化而不同，同一频率下降值，不同时间同一轮所切的负荷值也应有差异的，容易引起过切。

2）未充分考虑所切线路负荷量变化

以往低频低压减载装置整定是离线进行的，主要根据典型日负荷确定，由于负荷实时变化，预设的切负荷量不一定能适应实际事故场景下的功率缺额，从而存在一定程度的欠切或过切现象，并可能引发新的系统问题。

3）分散式控制工作原理及运行管理性差；

分散独立的低频低压减载装置每个装置只控制一个减载轮级，各轮级之间互相独立，各轮级的动作只依赖于本回路测量达到动作条件即切除负荷；因多轮级间没有协调动作很容易产生负荷过切现象。

 4）分散式、集中式控制具有局限性，无统筹概念；

分散式测量线路三相电压，其控制一条线路，集中式测量线路母线电压，其控制某一站内的母线上的线路，各继电器只能根据自身所能观测到的电压或频率做出反应，缺乏对系统全局信息的了解和整体协调，因而难以达到全网协调优化的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种从整个电网系统层次出发的低频低压减载调控方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种低频电压减载联动协调控制方法：该控制方法基于电网调度自动化系统对全网各变电站信息进行实时信息采集和调控；

系统将电网内负载分为P1、P2、P3、......Pj轮；

当系统检测到电网中频率或电压低于阀值时，根据频率或低压降低的量确定所要切除的负载容量P；

系统判断若P1≥P，则切除P1中的适合负载，若否，则继续判断，若P1+P2≥P，则切除P1、P2中的剩余适合负载，若否，则判断至∑P_i≥P（i=1,2,…,m）时，则切除P1，P2…, Pm中的剩余适合负载，其中m≤j；；

切除负载进行过比较判断。

进一步的，所述的P₁至P_j轮中负载重要性由低到高。

进一步的，所述的P₁至P_j轮中，每一轮中负载均由各个变电站中的负载累加，当切断至进行过比较负载中轮次时，将该轮剩余未切负载累加入下一轮负载上，当累加值大于等于P时，仅切断此轮及以前进行累加的负载，剩余负载不切断。

进一步的，每轮负载切断依次切断之间具有时延，所述的时延为0.5s。

进一步的，每一轮切断的时延间隙，若电网电压频率回到正常水平，则低频低压减载工作不再继续，若电网电压频率还未恢复或继续下降，继续进行低频低压减载工作。

动协调控制方法从系统层次对各类负荷进行优化统筹考虑，同时将各轮未切剩余负荷计入下一轮中，实现全网负荷优化联动协调控制，对于构建电网第三道安全防线具有重要的现实意义。该方法有效解决了分散就地离线整定的数据非实时性、策略局部性、易过切欠切等缺陷，高度规避了重要负荷停电带来的损失风险。在系统出现频率急剧降低时，用最短的时间和最小的代价恢复正常的频率和电压水平，增强了电网的安全性和稳定性，同时发挥了较大的经济效益。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为低频减载动作逻辑控制图；

图2 为低压减载动作逻辑控制图；

图3为低频低压减载优化协调控制策略流程图；

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

低频电压减载联动协调控制方法基于电网调度自动化系统对全网各变电站信息进行实时信息采集和调控，从全网层次上将各变电站负荷进行重要程度分类，系统将电网内负载分为P1、P2、P3、......Pj轮，共j轮，其中P1为最不重要负载，Pj为最重要负载。负荷分类有两个原则：第一，每轮可切的负荷总量要大于该轮可能所需切除的最大负荷总量；第二，将最不重要的负荷放在前面切除轮次，将最重要的负荷放在后面切除轮次，在同等重要程度下，可优先考虑较大负荷，同时当上一轮次动作后还有剩余负荷时应纳入下一轮次中。

P₁至P_j轮中，每一轮中负载均由各个变电站中的负载累加，负载分类表如下：

P1	P2	......	Pj
				P1ka、P1k'a'、P1k"a"......	P2ka、P2k'a'、P2k"a"......	......	Pjka、Pjk'a'、Pjk"a"......

上表中，P_jka中下标j代表，该条线路所处的切除轮次，下标k代表该条线路所在的变电站，下标a代表该条线路的编号。这样全网负荷即可按照P_1ka、P_1k'a'、…，P_2ka、P_2k'a'、…，P_jka、P_jk'a'、…优化组合排序，每一轮所切负荷按照此顺序排列依次动作即可。

参见图3可知，低频电压减载联动协调控制方法如下：

当系统检测到大扰动，即系统检测到电网中频率或电压低于阀值（49HZ）时，根据频率或低压降低的量确定所要切除的负载容量P， 当第n轮次动作所要切除的容量Pn，当n-1轮次动作还有剩余负荷时可直接纳入n次中，减少后面重要负荷的停电损失风险。

系统判断若P1≥P，则切除P1中的适合负载，若否，则继续判断，若P1+P2≥P，则切除P1、P2中的剩余适合负载，若否，则判断至∑P_i≥P（i=1,2,…,m）时，则切除P1，P2…, Pm中的剩余适合负载，其中m≤j；，即判断出经过几轮负载切断可以回升电网频率和电压，之后将判断所需轮数的负载全部切断。

在第一轮切除负荷中，若P1>P，即最不重要的负荷总容量满足所需切除的负荷容量，即可用程序计算出在P1中若干条线路的容量和，并经过延时后将这若干条线路切除。计算出的容量P_m1要满足下面的不等式：P≤P_m1≤P+ε；

其中ε是一个很小的数，即计算出的P_m1大于等于需要切除负载P，且与P的值最接近，这样既可以保证切除的容量达到恢复频率或低压要求，同时又可以最大程度的减少过切现象。

由于第一轮负荷切除后，很可能还有剩余负荷，若需第二轮减载，则应将此剩余负荷纳入下一轮。这时系统会继续比较P2和P- P_m1的大小，若P2>P- P_m1，则与上述相同，自动计算出在P2中若干条线路的容量和，经过延时后将P1中的剩余负荷与P2中这若干条线路同时切除。同时P_m2也要满足如下条件：

P- P_m1≤P_m2≤P- P_m1+ε

其中ε是一个很小的数，即计算出的P_m2大于等于需要切除负荷P- P_m1，且与P- P_m1的值最接近。

同理类推，在第i轮减载时，则将第i-1轮剩余负荷纳入第i轮中，同时计算出第i轮所切负荷P_mi，要求：

P- P_m1-…- P_i-1≤P_mi≤P- P_m1-…- P_i-1 +ε

当切断至进行过比较的所有负载中的最后一轮时，该轮及以前负载累加值应大于等于P，系统频率和电压恢复至正常值，剩余轮次未切负载不切断。

每轮负载切断依次切断之间具有时延，时延通常为0.5s。每一轮切断的时延间隙，若电网电压频率回到正常水平，则低频低压减载工作不再继续，若电网电压频率还未恢复或继续下降，继续进行低频低压减载工作。

例如，若某市电网出现大型事故，系统频率急剧降低至49Hz，则达到低频减载的动作条件。首先基本轮第一轮动作，需切除负载。根据优化组合联动协调控制策略，系统自动根据实际采集数据计算第一档所需切除负荷，达在经过0.5s的延时之后自动下发命令将相应负荷切除，若之后频率回升，系统电压频率回到正常水平，低频低压减载装置不再继续动作。如果在切除相应的负荷之后频率继续下降，在达到下一个动作条件之后，低频低压减载装置则继续动作。即此时电网频率还未恢复、继续下降，启动基本轮第二轮切负荷，并将第一轮次剩余负荷纳入此轮中。参见减载表格如下：

轮次	动作频率/Hz	时延/s	占总负荷比例/%	减载量/MW
					第一轮	49.00	0.5	6.95	139
第二轮	48.75	0.5	3.35	67
					第三轮	48.50	0.5	3.75	75
第四轮	48.25	0.5	3.65	73
					第五轮	48.00	0.5	3.1	62
特殊第一轮	49.00	20	4.05	81
					特殊第二轮	48.50	20	3.1	62
特殊第三轮	47.50	0.5	4.3	86
					总计			32.25	645

参见图1可知，低频减载动作逻辑控制如下：

本文将低频减载设5个基本轮，同时为了防止基本轮动作后频率滞留在某一不允许的水平上或防止频率缓慢降低，设置3个特殊轮。各轮的动作频率和时间单独整定，首轮动作频率为49Hz，末轮动作频率为48Hz，各轮次启动频率依次下降0.25Hz，延时0.5s；特殊轮启动频率分别为49.0、48.5Hz、47.5Hz，前2个特殊轮均延时20s，第三个特殊轮延时0.5s。低频减载动作逻辑控制如图1所示，其中f为判断所使用的频率，df/dt为计算出的频率变化率。

该装置的闭锁措施主要有：

1）U≤K₂U_N：低电压闭锁，当电压较低时，不进行低频判断；

2）df/dt≥DLF：滑差闭锁，避免当电力系统容量不大，系统中有很大的冲击性负荷时，系统频率将瞬时下降，可能引起低频减载装置误动作，错误地断开负荷；

3）频差≥0.2Hz: 频率差闭锁,当各相频率差超过0.2Hz时，不进行低频判断；

4）f<45Hz或﹥55Hz,频率值异常闭锁，当f<45Hz或﹥55Hz时，认为测量频率值异常，不进行低频判断。

低频减载动作条件：从低频减载动作逻辑控制图中我们可以看出低频减载动作的条件，我们以基本第一轮动作为例：

1）f≤PICK_LF、t≥TPICK_LF低频启动；

2）f≤LF1、t≥TLF1低频第一轮动作。

三个特殊轮动作时，分别独立动作，互不影响。

参见图2可知，低压减载动作逻辑控制如下：

低压减载控制设5个基本轮、3个特殊轮。各轮的动作电压和时间单独整定；各轮使用同一个滑差闭锁和低电压闭锁。5个基本轮采用顺序动作的原则，即本轮动作的前提是上一轮(基本轮)动作。3个特殊轮独立动作，不受其它轮的限制。图2即为低压减载动作逻辑控制框图，其中U为判断所使用的电压，dU/dt为计算出的电压变化率。

为防止低压减载装置误动作，采用以下三种闭锁措施:

1）U≤K₂U_N：低电压闭锁，当电压较低时，此时不进行低压判断；

2）dU/dt≥DLU：电压突变闭锁，当电压变化率较大时，此时不进行低压判断；

3）不平衡电压≤K₃U_N：PT断线闭锁，当电压变化率较大时，此时也不进行低压判断。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种低频电压减载联动协调控制方法：其特征在于：该控制方法基于电网调度自动化系统对全网各变电站信息进行实时信息采集和调控；

系统将电网内负载分为P1、P2、P3、......Pj轮；

当系统检测到电网中频率或电压低于阀值时，根据频率或低压降低的量确定所要切除的负载容量P；

系统判断若P1≥P，则切除P1中的适合负载，若否，则继续判断，若P1+P2≥P，则切除P1、P2中的剩余适合负载，若否，则判断至∑Pi≥P时，则切除P1，P2…, Pm中的剩余适合负载，其中i=1,2,…,m，m≤j；

切除负载进行过比较判断；

所述的P1至Pj轮中，每一轮中负载均由各个变电站中的负载累加，当切断至进行过比较负载中轮次时，将该轮剩余未切负载累加入下一轮负载上，当累加值大于等于P时，仅切断此轮及以前进行累加的负载，剩余负载不切断；

每一轮切断的时延间隙，若电网电压频率恢复到正常水平，则低频低压减载工作不再继续，若电网电压频率还未恢复或继续下降，继续进行低频低压减载工作；

所述的P1至Pj轮中负载重要性由低到高。

2.根据权利要求1所述的低频电压减载联动协调控制方法：其特征在于：每轮负载切断依次切断之间具有时延，所述的时延为0.5s。