UFLS裝置中擴充df/dt的研究與應用

李牧

【摘 要】本文在低頻減載的頻率緊急控制裝置中擴充df/dt的應用，并論述了df/dt在防止裝置過切以及誤動作方面的可行性，形成了“緊急輪+基本輪+恢復輪”的新模式。最后，以河北南網為算例，仿真結果表明，該模式對電網的頻率穩定問題具有很好的參考價值。

【關鍵詞】低頻減載；BPA；df/ dt

【中圖分類號】TM712【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0392-01

引言

低頻減載（Under-Frequency Load Shedding -UFLS）屬于第三道防線的范疇。要求必須有計劃、合理而快速地切除負荷或解列，在分區內迅速調整發電出力，使發電，輸電，用電之間形成新的穩定匹配，以最小的切負荷量在最短的時間內使系統頻率重新恢復至正常范圍，以維持整個電網的穩定。

本文主要介紹基于電力系統分析軟件BPA的電力系統低頻減載方案整定計算與校核。應用兩種算法進行低頻減載方案的整定，并通過設置故障對方案進行校核，此外，在低頻減載的頻率緊急控制裝置中擴充df/dt的應用，并論述了df/dt在防止裝置過切，以及誤動作方面的可行性，形成了“緊急輪+基本輪+恢復輪”的新模式。最后，算例仿真表明，該模式的對系統穩定運行要求就有很好的適應性。

1 整定原理

1.1 UFLS整定原理

UFLS的整定原則主要是計算出在頻率不斷降低的情況下，應該設置怎樣的切負荷輪數及各輪動作頻率、動作量才能使系統以最小的切負荷代價將頻率盡快地恢復至正常頻率。

1.1.1 最大可用容量法

頻率fi處可采用的最大負荷切除容量可以很容易地確定。如頻率由額定值下降到fi并穩定在該值，對應的過負荷值可知應為可切除的最大負荷，故可取：

目前df/dt在UFLS的中的功能大體分為兩類：加速功能；閉鎖功能。主要是用以防止由于系統短路、負荷反饋等非正常情況可能引起的裝置誤動作。

為防止過切，在系統頻率的下降過程中（df/dt<0）開放基本輪的出口，在系統頻率的回升過程中（f/dt>0時），閉鎖基本輪出口，以充分利用系統的備用容量，經系統自動調整后，若頻率尚未恢復至理想值，再由恢復輪使系統頻率至額定值附近。

3 實例計算與分析

本文以河北南網為例，使用BPA軟件進行了仿真計算。最后通過設定的df/dt值，達到在嚴重功率缺額情況下，快速切除前兩輪或前三輪負荷，并與無緊急輪動作的情況進行了比較分析。

3.1 河北南網低頻減載方案分析

河北南網總共有8個帶負荷區域，每個區域都按照kD=2.0進行整定計算。

1） 恢復頻率法：

整定條件：fhf=50Hz；f1=49.25Hz；fn=47.25Hz；n=7；特殊輪數等于1。此外，根據工程實際，基本輪的時延設定0.2s，特殊輪的時延設定為20s。根據恢復頻率法的算法。

2）最大可用容量法：

整定條件：最大功率缺額45%；f1=49.25Hz；fn=47.25Hz；特殊輪數等于1；根據最大可用容量法的算法。

為了制造低頻效果，驗證方案的正確性，本文在最惡劣的條件下，即不考慮發電機的調速系統，設置了切機故障進行校驗。滄東電廠等大機組數臺，共切機2150MW。

3.2 擴充df/dt后的頻率恢復效果

由于大網情況下的頻率下降較孤網時小，因此大網情況下的df/dt值較小。經過大量的切機仿真分析，河北南網的df/dt值整定如下：

1）當頻率緩慢變化時（df/dt<0.2Hz/s），裝置按頻率值啟動，依次動作出口。

2）當頻率快速降低時，裝置根據頻率變化速度加速切負荷。即：0. 2Hz/s≦df/dt<0.4 Hz/s時，加速切第二輪；當0.4 Hz/s≦df/dt<0.6 Hz/ s時，加速切第2、3輪；當0.6 Hz/s ≦df/dt<1 Hz/s時，加速切全部基本輪。

3）當1≦df/dt時，閉鎖裝置動作，防止由于短路故障、負荷反饋、頻率異常等非正常情況可能引起裝置的誤動作。在本文3.2中設定的故障情況下，頻率下降到第1輪時，監測到df/dt的值為0.51，因此加速切除前3輪。兩種方法下的動作效果如圖1，圖2所示：

仿真結果表明，擴充df/dt后，恢復法中切除負荷2371.98MW，少切29. 16MW，但從頻率的恢復曲線上，沒有太大的改善，主要是在大量功率缺額的情況下，頻率恢復法前三輪所設置的切負荷量略偏少。而最大可用容量法中切除負荷2247.52，基本上沒有變化，但從頻率的恢復曲線上，由于前三輪所設置的切負荷量略大，起到了明顯的作用，頻率處在低值時間減少，且較快恢復至正常運行值。