110kv電力系統(tǒng)頻率異常的自動化控制

岳懷東

摘 要：電力系統(tǒng)頻率異常不同于電力系統(tǒng)正常運行中的頻率波動，關(guān)于頻率波動的控制調(diào)節(jié)已講得比較清楚了。

關(guān)鍵詞：頻率異常；自動化控制；電力系統(tǒng)

1 電力系統(tǒng)的常規(guī)頻率異常控制裝置

1.1 低頻減負荷裝置

由于突然發(fā)生事故而導(dǎo)致系統(tǒng)有功功率嚴重不足必然會引起頻率急劇下降，當頻率下降到某一定值時，低頻減負荷裝置起動，自動切除預(yù)先安排的部分負荷并同時迅速啟動備用機組，采取這些措施就可有效地抑制頻率繼續(xù)下降，并使其得以恢復(fù)。

低頻減負荷措施被看作是維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最后一道防線。它如果失靈，必將導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰和瓦解。為了防止失去廠用電，在發(fā)電廠中應(yīng)裝設(shè)低頻自動解列裝置，使發(fā)電廠中的某幾臺機組在系統(tǒng)頻率下降到某一定值時自動與系統(tǒng)解列，專門帶廠用電負荷和部分重要負荷。

1.2 低頻降低電壓裝置

當系統(tǒng)頻率降低到某一定值時，低頻降低電壓裝置動作，自動調(diào)節(jié)變壓器有載調(diào)壓分接頭位置，使用戶電壓在一個短時間內(nèi)降低5%～8%。由于電壓的降低，負荷所吸收的有功功率隨之減小，這樣就會有助于系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。這一方法在國外的一些電力系統(tǒng)中已被采用。

1.3 低頻自起動發(fā)電機裝置

系統(tǒng)頻率下降到某一定值時，利用低頻繼電器迅速起動備用發(fā)電機組，這些備用發(fā)電機組，一般是能夠快速起動的水輪發(fā)電機組和燃汽輪發(fā)電機組。目前我國一些水電廠裝設(shè)的低頻自起動裝置，可以在40s內(nèi)將一臺水輪發(fā)電機組從零開始升速到額定轉(zhuǎn)速并接入系統(tǒng)接帶負荷。

1.4 低頻調(diào)相改發(fā)電裝置

水輪發(fā)電機常可根據(jù)系統(tǒng)需要作調(diào)相運行，此時發(fā)電機組不發(fā)有功。一般在水輪機室充以壓縮空氣以減少空轉(zhuǎn)時的損耗。當系統(tǒng)頻率下降時，可通過低頻繼電器起動這一裝置，使處于調(diào)相運行的發(fā)電機組迅速轉(zhuǎn)為發(fā)電運行，這種裝置很簡單。實際上是水輪發(fā)電機組控制回路中的一部分。目前國內(nèi)安裝的水輪發(fā)電機組都具有這一功能。

1.5 低頻抽水改發(fā)電裝置

在抽水蓄能水電廠，當系統(tǒng)頻率下降時，利用低頻繼電器使發(fā)電機組由抽水運行方式迅速改為發(fā)電運行方式。抽水蓄能機組都是可逆的，既可抽水蓄能，又可放水發(fā)電。

1.6 高頻切機裝置

當系統(tǒng)頻率高過某一整定值時，利用高頻繼電器起動，將工作發(fā)電機從母線上切除，以減輕系統(tǒng)功率過剩。

1.7 高頻減出力裝置

當系統(tǒng)頻率升高時，可用短時關(guān)小汽輪機主汽門或水輪機導(dǎo)水葉開度的方法，減少發(fā)電機組的出力，當系統(tǒng)故障消除后，又很容易恢復(fù)到正常出力。這種方法比高頻切機靈活性好，但是實現(xiàn)起來比較困難，快關(guān)主汽門有一定難度。

2 電力系統(tǒng)頻率異常的計算機控制

2.1 頻率異常的計算機控制原理

⑴信息采集及系統(tǒng)運行方式計算。計算機以10s一次的采樣速度，實時采集各發(fā)電廠出力、抽水蓄能負荷、全網(wǎng)負荷，線路潮流等數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)和信息計算出實時潮流分布。⑵事故對策計算。在實時潮流的基礎(chǔ)上，設(shè)想各種事故，計算出各種事故下的功率缺額，根據(jù)實時負荷情況，選定減負荷的對象和減負荷數(shù)值，并在裝置上予以整定，這種計算和整定，每3min更新一次。⑶事故識別。當系統(tǒng)發(fā)生了故障，則由斷路器變位遙信傳送跳閘動作情況。⑷事故決策。系統(tǒng)根據(jù)事故跳閘信號，查閱事故對策表或立即計算，找出相應(yīng)的減負荷對象立即發(fā)出指令。

由于這種控制是采取在線計算或查表的方式。基本上能做到系統(tǒng)發(fā)生故障后，立即發(fā)出控制指令，而不必拖延到系統(tǒng)頻率下降以后。這種控制對各類事故可視具體情況分別對待，而且起動迅速，能夠有效地防止頻率異常的出現(xiàn)。

按照上述原理構(gòu)成的新型頻率異常計算機控制裝置目前已在國外一些電力系統(tǒng)中開始應(yīng)用，該計算機控制系統(tǒng)被稱為系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置。該裝置分別裝于局部系統(tǒng)。還有一種集中型系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置，集中裝設(shè)于大系統(tǒng)調(diào)度中心。

2.2 頻率異常計算機控制裝置的構(gòu)成

集中型電力系統(tǒng)頻率異常控制裝置由三個主要部分構(gòu)成。各部分裝置的具體功能如下：（1）中央調(diào)度中心的計算機系統(tǒng)負責全系統(tǒng)信息采集和匯總；子系統(tǒng)容量計算；各子系統(tǒng)頻率特性系數(shù)計算。（2）樞紐變電站的主控制裝置。接收控制信息（系統(tǒng)容量和頻率特性系數(shù)）；必須控制量的計算（切除或投入的功率）；網(wǎng)絡(luò)的開斷檢測；控制指令的發(fā)出。（3）各廠站支控制裝置。接收主控制裝置傳來的控制信號；本站控制量的檢測；控制指令的發(fā)出。采用計算機穩(wěn)定控制裝置，可以將事故時系統(tǒng)頻率的變動范圍限制在50±0.5Hz，在故障發(fā)生0.2s后就能切除負荷或投入電源，可以較大程度地提高系統(tǒng)事故后的頻率水平。正常時，每隔幾分鐘由中心調(diào)度計算機實時計算一次各子系統(tǒng)的發(fā)電容量，并將這一數(shù)據(jù)遙送至各樞紐變電站，樞紐變電站的微處理機在接到這一數(shù)據(jù)后，按假想的各種事故條件，算出對應(yīng)的必須控制量并匯總成表，及時將這些數(shù)據(jù)傳送到廠站的執(zhí)行裝置，計算結(jié)果每隔幾分鐘更新一次。

當電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，首先由所在系統(tǒng)的主控制裝置進行事故檢測。在確認是本系統(tǒng)事故后，立即向所屬分支控制裝置發(fā)出控制命令，分支控制裝置接到控制指令并核對無誤后，立即進行控制操作，因為所有計算都已事先算好，所以只要繼電保護動作，斷路器跳閘發(fā)出信號就能立即進行控制，從而保證了控制裝置動作的快速性。