CN104701852A - 低频减载系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种低频减载系统及方法，所述低频减载系统包括顺序相连的数据采集模块、数据预处理模块、低频减载量计算模块和低频减载执行模块，其中：数据采集模块用于采集本系统数据；数据预处理模块用于对数据采集模块所采集的数据进行预处理；低频减载量计算模块用于计算系统总减载量和系统各负荷母线减载量；所述的低频减载执行模块用于确定切负荷母线和对应的切负荷量。利用本发明的低频减载系统及方法，能够使得系统频率能够迅速恢复稳定，同时系统电压稳定性得到很大提高。

Description

低频减载系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及到电力系统继电保护设备和方法。

背景技术

预防电力系统的大停电，已经成为当今电力系统面临的一个重要的问题，随着远距离输电和大功率的传输，现代的电力系统正运行在更小的储备容量和稳定边缘下，这种情况下，传统的保护和控制措施对于系统安全稳定运行逐渐显得不够充分，积极探索改进和提出新的策略成为必然的选择。低频减载(under-frequency load shedding，UFLS)作为系统保护的最后一道防线，在电力系统中开始被大量采用。

低频减载是一种防止电力系统出现频率崩溃的安全控制措施。即当电力系统因发电和用电负荷的需求之间出现缺额而引起频率下降时，按照事先整定的动作频率值，依次将系统中预先安排好的一部分次要负荷切除，从而使系统有功功率重新趋于平衡，频率得到回升。迄今为止，这是防止电力系统因频率下降导致频率崩溃事故的最主要的一种安全措施。

低频减载装置由频率测量和减载两个环节组成。为尽量减小切除负荷及尽快恢复频率，要根据系统功率缺额大小和频率下降的速度与绝对值把要切除的负荷分为若干轮，在频率下降的过程中顺次切除。一般分为5～6轮，例如第一轮的起动频率整定在48.0～48.5赫，最后一轮为46.0～46.5赫。

现有的低频减载控制方法存在的普遍缺点是它们采取的控制策略都是确定性的，缺少自适应性，不能达到预期的保护效果。为了对传统的低频减载控制方法确定性的缺点进行改进，工程人员提出了许多自适应的低频减载(AUFLS)策略。部分技术在预测系统受扰后的频率轨迹后，考虑了负荷与电压和频率相关的负荷特性；在进一步的分析中发现，一个基于频率和频率变化率的低频减载策略的系统自愈方案被提出来；还有一种当负荷母线电压下降到某个水平启动低压减载策略被提出。这些方法特点都是利用频率或者频率变化率确定系统有功不平衡量和制定紧急切负荷策略，然而仅仅依靠频率或者电压变化的单一电气量，在实际当中不能达到预期的效果。

广域相量测量系统(Wide Area Measurement System，WAMS)构成智能电网实施的重要组成部分，其可以使得整个系统的监控、评价和控制等功能得以实现。

发明内容

有鉴于现有技术的低频减载系统仅仅依靠频率或者电压变化的单一电气量，在实际当中不能达到预期的效果的问题，本发明在分析和研究传统的低频减载控制方法的优缺点后，对影响频率变化率测量的因素进行了详细的分析，通过求解系统不平衡功率与频率变化率之间的准确函数表达式，提出了一种采用频率变化率和电压灵敏度来确定切负荷量和切负荷地点的低频减载新系统和方法。

为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。

一种低频减载系统，所述系统包括顺序相连的数据采集模块、数据预处理模块、低频减载量计算模块和低频减载执行模块，其中：

数据采集模块用于采集本系统数据，并将采集的数据发送至数据处理模块；

数据预处理模块用于对数据采集模块所采集的数据进行预处理，并将预处理结果和数据采集模块所采集的数据打包发送至低频减载量计算模块；

低频减载量计算模块用于根据数据预处理模块的预处理结果和数据采集模块所采集的数据，计算系统总减载量P_shed和系统各负荷母线减载量P_shed,i；

低频减载执行模块用于根据低频减载量计算模块所计算出的系统各负荷母线减载量P_shed,i，确定切负荷母线和对应的切负荷量。

其中，所述数据采集模块采集的本系统数据包括：

系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，系统中发电机母线数n，系统中各发电机母线编号，系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N，各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，负荷母线数m，系统中各负荷母线编号，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，各母线扰动前有功功率P_L0,i和无功功率Q_L0,i，系统旋转备用容量P_SR，系统发电总功率S_eq，系统电压影响指数α_i。

另外，数据预处理模块所预处理的数据包括：

确定系统等效惯性常数H_eq，确定系统频率变化率确定各母线电压变化率

本发明还公开一种低频减载方法，所述方法包括步骤：

A、采集系统数据；

B、对采集的数据进行预处理；

C、确定系统总减载量P_shed和系统各负荷母线减载量P_shed,i；

D、确定切负荷母线和对应的切负荷量。

其中，所述采集系统的数据包括：

系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，系统中发电机母线数n，系统中各发电机母线编号，系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N，各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，负荷母线数m，系统中各负荷母线编号，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，各母线扰动前有功功率P_L0,i和无功功率Q_L0,i，系统旋转备用容量P_SR，系统发电总功率S_eq，系统电压影响指数α_i。

特别地，对采集的数据进行预处理包括：

B1、确定系统等效惯性常数H_eq；

B2、确定系统频率变化率

B3、确定各母线电压变化率

其中所述确定系统等效惯性常数H_eq包括：

根据系统中发电机母线数n和系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，确定系统等效惯性常数H_eq，其中j为发电机母线编号，发电机母线总数为n。

另外，确定系统频率变化率包括：

根据系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N以及系统等效惯性常数H_eq，确定系统频率变化率其中

另外确定各母线电压变化率包括：

根据各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，确定各母线电压变化率其中 $\frac{{\mathrm{dU}}_i}{{\mathrm{dQ}}_i}=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_i}{{\mathrm{\ΔQ}}_i}.$

并且确定系统总减载量P_shed包括：根据系统等效惯性常数H_eq，系统发电总功率S_eq，系统额定频率f_N，系统频率变化率系统旋转备用容量P_SR，母线i扰动前有功功率P_L0,i，负荷母线数m，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，系统电压影响指数α_i，确定系统总减载量P_shed，其中

$P_{\mathrm{shed}}=\frac{{2H}_{\mathrm{eq}}{S}_{\mathrm{eq}}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}+P_{\mathrm{SR}}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[{\left(\frac{U_i}{U_{0,i}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_i}-1],$ 为各母线扰动前电压U_0,i除以当前电压值U_i的除数的α_i次方；

确定系统各负荷母线减载量P_shed,i的方法为：根据各母线电压变化率系统总减载量P_shed，负荷母线数m，计算系统各负荷母线减载量P_shed,i，其中 $P_{\mathrm{shed},i}=\frac{{\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i}{\underset{i}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i)}{P}_{\mathrm{shed}},$ 其中i为母线编号。

通过采用本发明的低频减载系统和方法，确定系统不平衡功率时，在综合考虑频率和电压两个电气量的基础上，获得了系统受扰后求解不平衡功率的准确关系，从而避免负荷的过切和欠切，并利用电压灵敏度确定切负荷地点与相应的切负荷量，在有效保证了有功功率平衡的同时实现了无功功率的就地平衡。系统受到扰动以后，通过本发明所提出的方法的实施，系统频率能够迅速恢复稳定，同时系统电压稳定性得到了很大提高。

附图说明

图1为本发明实施方式中低频减载系统的系统结构图。

图2为本发明实施方式中系统频率变化率和有功功率缺额的关系图。

图3为本发明实施方式中减负荷策略的流程示意图。

图4为本发明实施方式中IEEE10机39节点系统结构图。

图5为本发明实施方式中电压变化和惯性中心频率反应图。

图6为本发明实施方式中各负荷母线电压灵敏度及切负荷量图。

图7为本发明实施方式中IEEE10机39节点系统低频减载控制后系统频率反应对比图。

图8为本发明实施方式中母线电压反应对比图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明。

以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于描述示范实施例的目的。

然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。

同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为“连接”或“耦接”到另一部件或单元时，它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。

为了说明本发明的技术方案，首先介绍本发明的原理。

转子运动平衡方程分析：

结合单台机运动平衡方程，利用引入惯量中心(Center of Inertia,COI)概念，系统中多台机总不平衡功率(即系统频率变化率)的标幺值方程为：

$\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}=\frac{f_N}{{2H}_{\mathrm{eq}}}\mathrm{\ΔP}=\frac{f_N}{{2H}_{\mathrm{eq}}}({\mathrm{\ΔP}}_M-{\mathrm{\ΔP}}_L)---\left(1\right)$

$f_{\mathrm{COI}}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{j}F/H_{\mathrm{eq}},H_{\mathrm{eq}}=\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{H}_j---\left(2\right)$

其中：H_j、H_eq为第j台发电机和系统的等效惯性常数；n为系统中发电机数量；f为系统惯性中心频率。ΔP_M和ΔP_L为机械和电气功率的变化量，它们决定了式(2)中t＝0时刻df_COI/dt的值。

设系统中功率缺额有名值为P_def，由式(1)得到表达式为：

$P_{\mathrm{def}}=\frac{{2H}_{\mathrm{eq}}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}{S}_{\mathrm{eq}}---\left(3\right)$

式中：S_eq为系统发电总功率；P_def包括了系统负荷变化的影响，考虑电压和频率影响的负荷模型为：

$P_L=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}{(U_i/U_{0,i})}^{{\mathrm{\α}}_i}[1+K_P\mathrm{\Δf}]---\left(4\right)$

$Q_L=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{L0,i}{(U_i/U_{0,i})}^{{\mathrm{\β}}_i}[1+K_Q\mathrm{\Δf}]$

式中：P_L、Q_L为系统中所有负荷的有功、无功功率的实时值；P_L0,i、Q_L0,i为母线i的负荷扰动前的功率；U_0,i、U_i为负荷母线i扰动前电压和当前电压值；m为负荷母线数；α_i和β_i为电压影响指数；K_P、K_Q为频率影响系数。

影响df_COI/dt测量值的分析：

频率和它的变化率为有功功率平衡的指示器，反应系统中功率缺额的程度。图2为系统频率变化率df_COI/dt与系统有功缺额P_def的电气关系分析图。系统受到扰动以后，影响P_def数值的主要因素包括：受扰前的机械功率P_M0；负荷消耗功率P_L0；调速器参数R和可用的备用容量ΔP_M；受扰以后，由于电压和频率的偏移引起的电气功率变化量ΔP_L。

系统受扰以后，电压变化速度更快，暂时忽略频率对负荷变化的影响；机械功率P_M为扰动前的P_M0和调速器反应增量ΔP_M之和，忽略发电机的内部损耗，P_M和当前负荷功率P_L的差值即为系统不平衡功率P_def，这将引起发电机转速发生变化。扰动前的发电机无功功率Q_g0，随电压变化的控制量变化ΔQ_g，扰动后的无功功率为Q_g，ΔQ为系统受扰后的Q_g和负荷消耗无功Q_L之差，将以实际电压的偏移△U表现出来，电压变化反过来不仅影响负荷的无功功率ΔQ_L，而且影响电气功率变化量ΔP_L。

根据图2分析，由式(3)可以计算有功功率缺额的实时值，然而这并不是系统的实际功率缺额，因为当系统受到大的扰动，部分负荷被切除，系统恢复到新的稳定运行点，剩下的负荷原则上将恢复到原来的工作状态，即实际功率数值应该为干扰前的有功和无功功率大小。忽略系统的损耗，系统的系统不平衡功率P_def为：

P_def＝P_M-P_L   (5)

把式(4)的P_L代入式(5)中，忽略频率对负荷变化的影响，要想完全消除系统发电和负荷之间的功率不平衡，得到系统实际出现的不平衡功率数量为：

$P_M-P_{L0}=P_M-\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}=P_{\mathrm{def}}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[{(U_i/U_{0,i})]}^{{\mathrm{\α}}_i}-1]---\left(6\right)$

由式(3)和式(6)，得到df_COI/dt的准确表达式为

$\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}=\frac{f_N}{{2H}_{\mathrm{eq}}{S}_{\mathrm{eq}}}[(P_M-P_{L0})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[1-{(U_i/U_{0,i})}^{{\mathrm{\α}}_i}\left]\right]={f_1}^{\′}+{f_2}^{\′}---\left(7\right)$

分析式(7)，影响df_COI/dt的测量值有两部分组成，一部分为f₁′，一部分为f₂′是由于电压变化引起负荷功率变化所决定的。

正如图2和上述分析，如果系统中负荷为恒定的有功、无功功率(α＝0,β＝0)，那么f₂′这项可以不考虑；另外可以看出，当系统中总的负荷功率P_L0越大，或者电压偏移量越多，f₂′将会变得更大，相比f₁′不能再被忽略，因此，根据df_COI/dt测量值计算系统的功率缺额，直接应用于自适应切负荷控制策略，在大多数情况下是不准确的。

因此，本发明提出一种基于电压量信息的低频减载系统和方法，目的在于通过合适的减载策略，同时获得系统的频率和电压稳定。主要过程有两大步，首先确定系统的干扰幅值和对干扰程度进行分类，接着确定减负荷地点和对应母线的减负荷量，提高系统恢复稳定的速度。

扰动幅值确定：

对于自适应减载策略，确定系统中的功率缺额无疑是最重要的。考虑系统的旋转备用容量P_SR，系统中发电功率和负荷之间实际的功率缺额，由式(6)得到系统需要调整的不平衡负荷功率，即总的减载量P_shed为：

$P_{\mathrm{shed}}=(P_{\mathrm{SR}}+P_{\mathrm{def}})+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[{(U_i/U_{0,i})}^{{\mathrm{\α}}_i}-1]---\left(8\right)$

可以看出，式(8)的第一部分可以测量和直接计算得到；第二部分为由于电压变化引起负荷有功功率变化值，需要测量和计算间接得到。P_shed作为干扰输入变量，是最重要的参数，要是能确定系统中发电机的运行点，通过式(5)就可以直接确定减负荷量；其他情况将式(3)代入式(8)中，可以得到P_shed与df_COI/dt关系的方程为：

$P_{\mathrm{shed}}=\frac{{2H}_{\mathrm{eq}}{S}_{\mathrm{eq}}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}+P_{\mathrm{SR}}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[{\left(\frac{U_i}{U_{0,i}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_i}-1]---\left(9\right)$

分析可以知道，式(9)为系统实际功率缺额的准确表达式，对于不同的系统初始负荷P_L0,i和指数α_i，系统的实际功率缺额是变化的，因为负荷大小普遍受到频率和电压变化的影响，P_L0,i、α_i和母线电压U_i对负荷功率都有影响。如果只采用df_COI/dt的测量值，即式(3)确定系统的有功缺额P_def，在确定切负荷量时，必然存在着欠切或者过切。

减负荷位置和数量确定：

系统扰动幅值被计算得到，下一步需要确定减负荷位置和数量；节点电压的变化，传递着系统内无功功率的平衡状况等信息；当系统受到扰动，仅仅依靠电压幅值判断系统是否稳定是不准确的；电压灵敏性反映了系统电压和无功功率的内在关系，电压稳定度差的负荷母线应该作为选定母线，且应该切除更多的负荷量。

根据功率传输方程可以得到Q-U曲线，得到无功扰动△Q所引起的各节点电压变化值及其变化率为dU_i/dQ_i：

${\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_i}{{\mathrm{\ΔQ}}_i}---\left(10\right)$

根据负荷母线的电压灵敏度确定各负荷母线的减载量，提出的低频减载方法的流程图如图3，各个负荷母线的切负荷量P_shed,i的分配公式为

$P_{\mathrm{shed},i}=\frac{{\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i}{\underset{i}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i)}{P}_{\mathrm{shed}}---\left(11\right)$

依据以上原理，本发明的低频减载系统结构如图1所示，包括顺序相连的数据采集模块、数据预处理模块、低频减载量计算模块和低频减载执行模块，其中：

数据采集模块用于采集本系统数据，并将采集的数据发送至数据处理模块；

数据预处理模块用于对数据采集模块所采集的数据进行预处理，并将预处理结果和数据采集模块所采集的数据打包发送至低频减载量求取模块；

低频减载量计算模块用于根据数据预处理模块的预处理结果和数据采集模块所采集的数据，计算系统总减载量P_shed和系统各负荷母线减载量P_shed,i；

所述的低频减载执行模块用于根据低频减载量计算模块所计算出的系统各负荷母线减载量P_shed,i，确定切负荷母线和对应的切负荷量。

因此，本发明所包括的低频减载系统获得了系统受扰后求解不平衡功率的准确关系，从而避免负荷的过切和欠切，并利用电压灵敏度确定切负荷地点与相应的切负荷量，在有效保证了有功功率平衡的同时实现了无功功率的就地平衡。

在一个具体实施方式中，所述数据采集模块采集的本系统数据包括：

系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，系统中发电机母线数n，系统中各发电机母线编号，系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N，各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，负荷母线数m，系统中各负荷母线编号，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，各母线扰动前有功功率P_L0,i和无功功率Q_L0,i，系统旋转备用容量P_SR，系统发电总功率S_eq，系统电压影响指数α_i。

另外，在本发明另一个实施方式中，数据预处理模块所预处理的数据包括：

确定系统等效惯性常数H_eq，确定系统频率变化率确定各母线电压变化率

与本发明的低频减载系统相适应，本发明包括一种低频减载方法，所述方法包括步骤：

A、采集系统数据；

B、对采集的数据进行预处理；

C、计算系统总减载量P_shed和系统各负荷母线减载量P_shed,i；

D、确定切负荷母线和对应的切负荷量。

其中，所述采集系统的数据包括：

系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，系统中发电机母线数n，系统中各发电机母线编号，系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N，各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，负荷母线数m，系统中各负荷母线编号，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，各母线扰动前有功功率P_L0,i和无功功率Q_L0,i，系统旋转备用容量P_SR，系统发电总功率S_eq，系统电压影响指数α_i。

另外，对采集的数据进行预处理包括：

B1、确定系统等效惯性常数H_eq；

B2、确定系统频率变化率

B3、确定各母线电压变化率

并且，所述确定系统等效惯性常数H_eq包括：

根据系统中发电机母线数n和系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，计算系统等效惯性常数H_eq，其中j为发电机母线编号，发电机母线总数为n。

确定系统频率变化率包括：

根据系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N以及系统等效惯性常数H_eq，计算系统频率变化率其中

确定各母线电压变化率包括：

根据各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，，计算各母线电压变化率其中 $\frac{{\mathrm{dU}}_i}{{\mathrm{dQ}}_i}=\frac{{\mathrm{\ΔU}}_i}{{\mathrm{\ΔQ}}_i}.$

确定系统总减载量P_shed包括：根据系统等效惯性常数H_eq，系统发电总功率S_eq，系统额定频率f_N，系统频率变化率系统旋转备用容量P_SR，母线i扰动前有功功率P_L0,i，负荷母线数m，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，系统电压影响指数α_i，计算系统总减载量P_shed，其中：

$P_{\mathrm{shed}}=\frac{{2H}_{\mathrm{eq}}{S}_{\mathrm{eq}}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}+P_{\mathrm{SR}}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[{\left(\frac{U_i}{U_{0,i}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_i}-1],$ 为各母线扰动前电压U_0,i除以当前电压值U_i的除数的α_i次方；

确定系统各负荷母线减载量P_shed,i的方法为：根据各母线电压变化率系统总减载量P_shed，负荷母线数m，计算系统各负荷母线减载量P_shed,i，其中 $P_{\mathrm{shed},i}=\frac{{\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i}{\underset{i}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i)}{P}_{\mathrm{shed}},$ 其中i为母线编号。

以下将通过一个具体的应用示例来说明本发明的技术效果，虽然在示例中确定了适用范围和参数，但是这仅仅是示例性的，本领域内技术人员均明白，本发明技术方案教导下实施例的各种变形均应该属于本发明的保护范围。

搭建IEEE10机39节点系统进行计算，如图4所示；用BPA进行建模仿真，为了分析方便，负荷模型中α＝1和β＝1，系统中每台发电机留有10MW的备用容量，共计100MW，验证上述结论的正确性。

切除节点30的250MW容量的发电机，同时145Mvar的无功容量被切除，系统有功备用容量为90MW，有功缺额为160MW，系统负荷母线电压变化和发电机的惯性中心频率变化曲线如图5，负荷母线以发电机负荷母线31和负荷母线7为例。

从图5可以看到，切机扰动发生后，系统无功功率减少，导致负荷母线电压下降；实际的负荷功率按平方倍数减少，弥补了系统中实际的有功缺额，系统的惯性中心频率并没有下降，频率振荡平衡在新的运行点。因此在计算系统的实际不平衡功率时，必须考虑电压对负荷变化的影响。

切除节点32的650MW的发电机，同时205Mvar无功被切除，很显然系统的有功备用容量90MW严重不足，系统有功功率缺额为560MW，频率迅速下降而崩溃，电压也有可能无功功率不足而发生崩溃，需要采取紧急切负荷控制措施；采用提出的减负荷策略，各个负荷母线的电压灵敏度和切负荷数量分配如图6。

实际每个负荷母线的切负荷动作执行，可以灵活采用多级动作的方式，这样可以避免大功率负荷的突然变化对系统稳定的冲击，本文采用了三级切负荷方案；图7为实施新策略切负荷控制前后的频率反应曲线；图8为实施紧急控制前后的电压反应曲线，仍以发电机负荷母线31和负荷母线7为例。

从图7中的频率反映曲线看出，系统受扰以后，如果不采取紧急切负荷措施，系统频率将迅速崩溃，切负荷后，系统频率将很快恢复稳定。从图8中的电压曲线可知，通过实施紧急切负荷，由于在合适的地点切除相应的负荷，能够平衡系统中的无功功率，系统的电压稳定性相应地得到了提高。

因此，可以看出通过采用本发明的基于电压量信息的低频减载方法和系统，实现了以下有益效果：

在综合考虑频率和电压两个电气量的基础上，推导出系统受扰后求解不平衡功率的准确关系式，从而避免负荷的过切和欠切，并利用电压灵敏度确定切负荷地点与相应的切负荷量，在有效保证了有功功率平衡的同时实现了无功功率的就地平衡。能够使受扰系统在恢复频率稳定的同时，提高电压稳定性，对实际电力系统紧急控制具有重要的意义。

需要说明的是，上述实施方式仅为本发明较佳的实施方案，不能将其理解为对本发明距离保护范围的限制，在未脱离本发明构思前提下，对本发明所做的任何微小变化与修饰均属于本发明的距离保护范围。

Claims (10)

1.一种低频减载系统，所述系统包括顺序相连的数据采集模块、数据预处理模块、低频减载量计算模块和低频减载执行模块，其中：

数据采集模块用于采集本系统数据，并将采集的数据发送至数据处理模块；

数据预处理模块用于对数据采集模块所采集的数据进行预处理，并将预处理结果和数据采集模块所采集的数据打包发送至低频减载量计算模块；

低频减载量计算模块用于根据数据预处理模块的预处理结果和数据采集模块所采集的数据，计算系统总减载量P_shed和系统各负荷母线减载量P_shed,i；

低频减载执行模块用于根据低频减载量计算模块所计算出的系统各负荷母线减载量P_shed,i，确定切负荷母线和对应的切负荷量。

2.根据权利要求1中所述的低频减载系统，其特征在于，所述数据采集模块采集的本系统数据包括：

系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，系统中发电机母线数n，系统中各发电机母线编号，系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N，各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，负荷母线数m，系统中各负荷母线编号，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，各母线扰动前有功功率P_L0,i和无功功率Q_L0,i，系统旋转备用容量P_SR，系统发电总功率S_eq，系统电压影响指数α_i。

3.根据权利要求1中所述的低频减载系统，其特征在于，数据预处理模块所预处理的数据包括：

确定系统等效惯性常数H_eq，确定系统频率变化率确定各母线电压变化率

4.一种低频减载方法，所述方法包括步骤：

A、采集系统数据；

B、对采集的数据进行预处理；

C、确定系统总减载量P_shed和系统各负荷母线减载量P_shed,i；

D、确定切负荷母线和对应的切负荷量。

5.根据权利要求4中所述的低频减载方法，其特征在于，所述采集系统的数据包括：

系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，系统中发电机母线数n，系统中各发电机母线编号，系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N，各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，负荷母线数m，系统中各负荷母线编号，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，各母线扰动前有功功率P_L0,i和无功功率Q_L0,i，系统旋转备用容量P_SR，系统发电总功率S_eq，系统电压影响指数α_i。

6.根据权利要求5中所述的低频减载方法，其特征在于，对采集的数据进行预处理包括：

B1、确定系统等效惯性常数H_eq；

B2、确定系统频率变化率

B3、确定各母线电压变化率

7.根据权利要求6中所述的低频减载方法，其特征在于，所述确定系统等效惯性常数H_eq包括：

根据系统中发电机母线数n和系统中各发电机母线等效惯性常数H_j，确定系统等效惯性常数H_eq，其中j为发电机母线编号，发电机母线总数为n。

8.根据权利要求6中所述的低频减载方法，其特征在于，确定系统频率变化率包括：

根据系统机械功率变化量ΔP_M和电气功率变化量ΔP_L，系统额定频率f_N以及系统等效惯性常数H_eq，确定系统频率变化率其中

9.根据权利要求6中所述的低频减载方法，其特征在于，确定各母线电压变化率包括：

根据各母线无功扰动值ΔQ_i和电压变化值ΔU_i，确定各母线电压变化率其中

10.根据权利要求4中所述的低频减载方法，其特征在于，

确定系统总减载量P_shed包括：根据系统等效惯性常数H_eq，系统发电总功率S_eq，系统额定频率f_N，系统频率变化率系统旋转备用容量P_SR，母线i扰动前有功功率P_L0,i，负荷母线数m，各母线扰动前电压U_0,i和当前电压值U_i，系统电压影响指数α_i，确定系统总减载量P_shed，其中 $P_{\mathrm{shed}}=\frac{{2H}_{\mathrm{eq}}{S}_{\mathrm{eq}}}{f_N}\frac{{\mathrm{df}}_{\mathrm{COI}}}{\mathrm{dt}}+P_{\mathrm{SR}}+\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{L0,i}[{\left(\frac{U_i}{U_{0,i}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_i}-1],{\left(\frac{U_i}{U_{0,i}}\right)}^{{\mathrm{\α}}_i}$ 为各母线扰动前电压U_0,i除以当前电压值U_i的除数的α_i次方；

确定系统各负荷母线减载量P_shed,i的方法为：根据各母线电压变化率系统总减载量P_shed，负荷母线数m，计算系统各负荷母线减载量P_shed,i，其中 $P_{\mathrm{shed},i}=\frac{{\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i}{\underset{i}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{dU}}_i/{\mathrm{dQ}}_i)}{P}_{\mathrm{shed}},$ 其中i为母线编号。