电力系统频率异常的控制分析

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【摘  要】频率是电力系统重要的运行参数，也是衡量电能质量的重要指标，同时为某些安全稳定装置动作提供判据。现代电力系统中装设了大量的频率量测装置，从而可以记录系统中发生的频率动态过程，然而对实际电网进行频率动态过程研究发现，仿真所得的频率轨迹与实测轨迹存在着较大的差别，这就迫切需要对电力系统中影响动态频率特性的相关因素进行分析。 

【关键词】电力系统；频率异常；控制分析  一、频率异常的特点和控制措施  由电力系统事故所引起的频率大幅度变化的动态过程称为频率异常。它不同于正常运行的频率波动．主要表现在频率变化幅度大、速度快。在电力系统尚未解列时，伴随有振荡的出现。当电力系统解列后，在功率严重缺少的被解列的区域网内，又往往会出现频率的单调衰减，即所谓的频率崩溃。  引起电力系统频率异常的根本原因是系统中出现了功率的不平衡，而导致功率突变的直接原因是：①联络线出现故障开关跳闸，两侧功率出现了不平衡；②电力系统内有大容量发电机组突然投入或切除；③电力系统内有大的负荷突然投入或解除。  针对这些原因，可以采用如下所述的措施和控制手段来减少频率事故的出现：  ①合理设计电力网结构。如采用双回路联络线，以减少线路故障导致电力系统解列的可能性；环形网供电，以减少辐射阀所引起停电的可能性；用电负荷和供电电源应尽可能就地平衡；②适当地控制系统传输功率。在图1中，为了使联络线故障切除后不引起两侧系统频率急剧下降，应该预先将联络线交换功率限制在适当的限额内。在考虑电力系统的电流分析时，应该尽量保证在一些线路故障切除后，在电流转移的情况下，不会造成其他线路或区域过负荷。  ③系统应具备足够的备用容量。在电力系统中为了防止系统因大量功率缺额而造成系统频率下降，一般需要安排一定数量的发电机作为旋转备用(热备用)，当频率下降时可以立即使旋转备用机组提供输出功率；④在电力系统内装设控制频率异常的自动控制装置。能够自动投切发电机组和负荷。  二、消除电力系统频率异常的自动控制装置  按照频率异常时频率上升和下降的不同，自动控制装置可分为：①反映电力系统频率下降时动作的自动控制装置；有低频减负荷自动控制装置颁发电机自启动控制装置、低频蓄能改发电自动控制装置等；②反映电力系统频率上升时动作的自动控制装置。有高频切除发电机组自动控制装置、高频率发电机组输出功率自动控制装置、电气制动自动控制装置等。  这些自动控制装置用频率变化作为测量信号，经过一定的逻辑判断后由控制操作指令，它们都属于反事故自动控制装置。按频率自动减负荷装置是一种有着高度选择性的反事故自动控制装置。当电力系统发生严重的有功功率缺额时，它能够在系统被破坏之前，迅速地计算出当时缺少的有功功率，并相应地切除一定的负荷用户，使电力系统能够很快地恢复有功功率的平衡，使频率趋于稳定，以避免电力系统遭受严重的破坏。如图2所示，现分析如下：  根据电力系统频率变化过程确定了几个计算点f1、f2、……fn，这些计算点所对应不同的负荷。故障发生前，电力系统频率稳定在额定值fe；假定(在点1)系统发生了有功功率缺额，系统频率随之急剧下降；当频率下降到f1时(2点)，第—级频率控制继电器启动，经过一定的时间δt(包括自动装置的动作时间和断路器的跳闸时间)后，断开一部分负荷(3点)，完成了第一次对功率缺额的计算。如果功率缺额比较大，第一次计算并不能得到系统有功功率缺额的数值，那么频率会继续下降。由于切除了一部分负荷，功率缺额的数值已经减小，所以频率将按3—4的曲线而不是按3—3’的曲线继续下降。当频率下降到f2(4点)时，第二级控制继电器开始启动，经过一定的时间δt2，又断开了连接于第二级频率控制继电器上的用户(5点)。此时，可以再确定电力系统有功功率缺额能否得到补偿。如果两次切除总负荷足以补偿功率缺额时，电力系统频率开始回升，最后稳定在新的频率工作点下。反之，如果功率还有缺额，则系统频率会继续下降，—直到被切除足够多的次数(负荷)为止。当然，如果电力系统不装设减负荷装置，系统频率将沿1—3’曲线下降到最低值。由此可以看出，低频减负荷控制装置，实际上是用“逐次逼近”的方法来实现负荷的平衡控制，级数分得越多，防止负荷过度切除和频率恢复越有利。但级数过多，控制装置会越复杂。  从电力系统功率供销平衡来看，当系统联络线或发电机组故障切除后，只要能及时切除相应的负荷，就可以使系统频率重新恢复正常。但是，系统不同的地点、不同故障下所产生的功率缺额是不同的。为了按频率自动减负荷控制装置在最严重的故障下能满足要求，必须事先计算出各种运行方式下的功率缺额，保障在电力系统发生最大可能的功率缺额时，能断开相应量的负荷用户，以避免电力系统的频率崩溃。因此，确定最大功率额时是减负荷控制装置正确动作的必要条件。考虑到在自动减负荷后，允许电力系统的频率恢复到低定额定频率值运行，再考虑到负荷本身的频率调节效应，最终接于低频减负荷控制装置的总功率pj要比实际最大缺额功率小。所以有：    由于电力系统的规模越来越庞大，接线越来越复杂，事先难以预见各种事故的发展变化。在此情况下，采用级数不多的低频减负荷控制措施，往往可以达到恢复系统相同的要求。同时可能减负荷过多，使频率上升过高，有时又可能减负荷不足，造成频率降过低。为此，可采用增加级数和缩小各级之间级差的方法来解决。  参考文献  [1]余浩深.颜运昌.基于多dsp的网络稳定控制系统频率异常控制研究与实现[j].湖南大学学报(自然科学版)》.2002年s1期.  [2]吴浩.电力系统电压稳定研究[d].浙江大学.2002年.