孤網運行低頻減載特殊輪優化設置

韓宏志++閆敏

摘 要：孤網運行時，電網有多種策略可以應用，而低頻減載裝置是電網的最后一道安全屏障。因此對低頻減載裝置動作過程優化，對保證孤網運行的電力安全有非常重要的意義。和田電網的低頻減載裝置是通過6個基本輪和兩個特殊輪的動作來切除功率負荷，使系統的頻率有一定幅度的回升，但卻不能完全恢復到電網安全穩定運行要求的49.5～50.5 Hz。該文應用自適應法預測切除功率量，結合中國電科院電力系統綜合分析計算程序PSASP6.29計算仿真，對低頻減載裝置的特殊輪進行優化，達到對現有裝置最大利用的情況下精確切除功率負荷的目標，使系統頻率恢復到正常范圍內運行。

關鍵詞：低頻減載 穩態頻率 特殊輪PSASP

中圖分類號：TM732 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（a）-0105-04

隨著經濟社會的發展，我國對電力基礎設施的建設力度不斷加大，但由于各種因素的制約，許多地區的電網建設供電可靠的程度還不是很高，比如：電網建設中的重要聯絡線問題。對于經濟發達且地理條件優越的地區，可以建幾條聯絡線與外部電網相連接。但對某些地區，由于經濟因素的制約或有地理因素的限制，還無法實現多回聯絡線高可靠性的供電條件，導致某些地區會因為人為因素或不可控的極端天氣造成電網僅有的聯絡線中斷，進而導致地區電網解網，甚至導致大面積停電的惡劣情況出現。因此，孤網運行作為電力系統極端情況下的運行工況，其研究具有特別重要的意義。根據運行狀態，孤網具體包括兩種情況：一是孤網內發電功率大于用戶用電功率，地區電網內電壓和頻率呈現上升趨勢，出現高頻高壓問題；二是發電功率小于用戶用電功率，地區電網內電壓和頻率呈現下降趨勢，出現低頻低壓問題[1-2]。該文主要針對受端系統孤網時的低頻問題進行仿真，因此該文選擇和田地區電網為基礎，應用中國電科院電力系統綜合仿真計算程序PSASP6.29，對和田電網孤網運行大機組停運后，低頻減載裝置通過基本輪和優化后的特殊輪切除功率[3]，使電網頻率運行在合理范圍內。

1 系統簡介

和田電網處于新疆主電網的末端，區域內電源主要包括華威電廠、波波娜水電廠、烏魯瓦提水電廠以及大量分散的光伏電廠。正常運行方式下僅通過220 kV玉羌一、二線與新疆主網連接，當220 kV玉羌一、二線發生故障停運時，和田電網即孤網運行。和田地區日運行負荷有兩個午高峰和晚高峰，午高峰時刻，和田地區有大量的光伏發電，可以滿足白天的用電需求，而在21～23時用電晚高峰時，光伏發電為0，電源支撐點減少，電網運行風險較大。因此對晚高峰時刻進行仿真，更能反映電網風險狀況，如圖1、圖2、表1所示。

2 低頻減載裝置的現狀

當前常見的低頻減載方案有3種。

（1）傳統方案：包括頻率級差相等且切負荷總量平均分配的線性方案和非線性方案。

（2）半適應方案：是在傳統法上的一種改進算法。半適應法即當頻率下降到預先設置的整定值時就測量頻率下降率，再依據此頻率下降率決定首輪應該切除的負荷量，而其他各輪與傳統法一致。

（3）自適應方案：能夠根據所獲得的頻率和頻率變化率信息調整低頻減載的主要參數，如，頻率定值或切負荷量。

和田電網的低頻減載裝置屬于第二種傳統方案，根據《電力系統自動低頻減負荷技術規定》（DL/T 428-2010）以及西北電網相關要求，全網要求設置基本輪六輪，兩個特殊輪，此方案優點是設置簡單明了，如表2所示。

3 事故擾動

依據當前和田電網低頻減載裝置的設置，在和田孤網運行時，和田最大機組為華威的兩臺機組（2×135 MW），一個機組跳機，會觸發低頻減載裝置第一個基本輪，切除10%的負荷，最小頻率為48.9 Hz，穩態頻率在49.1 Hz，雖然頻率趨于穩定，但是不能滿足電網穩定運行的49.5 Hz以上的安全運行要求，第二個基本輪和特殊輪都不能觸發，在此頻率下運行，電網運行風險非常大。和田電網的穩態電壓經過電廠的一次調頻過程，電壓略微上升，且幅度在0.3 p.u.，以內。由此可見，和田電網的孤網問題主要在于頻率的控制，如圖3、圖4所示。

直接用和田地區的低頻減載策略，雖然可以使電網頻率一定程度有所恢復，且趨于穩定，但仍然不能滿足頻率運行在49.5～50.5 Hz之間，電網運行風險依然很大。

因此，對和田地區現有的固定輪數、固定比例的低頻切功率策略進行改進。首先，通過頻率變化率對需要切除的功率進行預測，然后利用現有的基本輪切除功率，最后用特殊輪進行精確的切除，使頻率運行在49.5～50.5 Hz之間。

4 切除功率預測

該文采用基于單機等值模型的頻率動態響應，然后依據頻率的變化率預測頻率缺額。單機系統模型系統頻率響應[4-5]，如圖5所示。

其中：。

計算得。

對于有N臺發電機的系統，考慮系統調速器的作用，則系統頻率響應為：

其中：；為每臺發電機的容量；為系統的基準容量。

因此，系統的有功缺額為：

根據公式計算，當華威機一臺組跳機后，需要切負功率52.8 MW，當第一輪切除37 MW后，和田地區還需再切除15.8 MW的負荷才能滿足電網安全穩定的要求。在此基礎上安排兩個特殊輪的切除功率負荷，為了使電網頻率能夠平穩地過渡到合理的范圍，限制特殊輪的每次切負荷量都有限制，因此第一特殊輪的切除功率負荷限制為4%，第二輪切除功率負荷為3%，兩個特殊輪的觸發頻率為49.5 Hz，延遲時間為15 s。

通過自適應計算后的切頻率量安排特殊輪的切功率，可較準確地使頻率處于安全穩定運行的范圍內。為了達到這種目標，需要對低頻減載裝置的功能進行提升，增加檢測備切除線路實時功率負荷，而且需要將特殊輪的觸發頻率設置為49.5 Hz，帶切功率預測頻率曲線如圖6所示。

5 特殊輪切除線路選擇策略

特殊輪切除功率=總切除功率-已切除功率。

特殊輪切負荷時，當需要切除功率小于第一輪中所有線路實時功率之和時，對于第一特殊輪所有線路的實時功率首先按大小排序，當需要切除的功率大于最大的功率時，切除第一條線路。剩余功率小于第二條線路的功率時，再將剩余功率與第三條線路的功率比較，當剩余功率仍小于第三條線路時，剩余功率與第四條線路的功率比較，當剩余功率大于第四條線路時，大于選擇切除第三條線路。在此方式下，切除的線路為按順序排列的第一條和第三條線路，如圖7所示。當需要切除功率大于第一輪中所有線路實時功率之和時，首先切除第一特殊輪中所有的線路，然后再在第二特殊輪中按同樣的方法切除負荷。用此方法切除線路，可以滿足頻率穩定問題，又能盡可能地少切負荷。

6 結語

和田電網采用6個基本輪加兩個特殊輪的固定切除功率比例的方法，作為和田電網的低頻低壓減載策略，雖然可以一定程度上恢復電網的頻率，但卻不一定能精確地恢復到電網安全穩定運行的頻率范圍內。因此，通過仿真計算結果，建議對和田電網的低頻減載裝置加入動態切功率計算功能，并對特殊輪加入切線選擇功能。

參考文獻

[1] 張健銘，畢天姝，劉輝，等.孤網運行與頻率穩定研究綜述[J].電力系統保護與控制，2011，39（11）：149-154.

[2] 姚莉娜，楊海東，劉寶江，等.微電網離網運行有功缺額計算方法[J].電力系統保護與控制，2015，43（15）：137-144.

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