电力系统低频减负荷设计-期末作业

1、课程设计报告书设计目的通过这次的电力系统课程设计，能够熟练应用所学电力系统自动化的相关知识，并结合该专业相关专业知识完成此次课题的设计，将进一步培养学生的实践能力及创新能力，锻炼学生分析问题和解决问题的能力，对学生进行电力系统方面设计初步训练。这次的课程设计是对前一部分所学基础课知识的综合运用，也为后续的学习打下良好的基础。引言通常电力系统均具有热备用容量，正常运行时，如系统产生正常的有功缺陷，可以通过对有功功率的调节来保持系统频率在额定值附近。但是在事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。这是因为所缺功率已经大大超过系统热备用容量，系统已无可调输出功率以资利用，因此只能在系统频率降到某值以下时，采取切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。这种方法就称为按频率自动减负荷，其中文简拼为ZPJH，英文简称为UFLS（Under Frequency Load Shedding）。在电力系统内装设自动低频减负荷（UFLS）装置是防止电力系统频率在事故状态下大幅度下降，保证系统安全运行的一项有效措施。近十年来，由于大容量机组的广泛采

2、用及负荷的增长使电力系统频率崩溃的危险性加大，UFLS方案设计的重要性尤为突出。设计内容1、 低频减负荷的意义低频减负荷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，这事防止电力系统因频率下降导致崩溃事故的最主要的一种安全措施。2、低频减负荷方案的设计原则低频减负荷方案设计包括对基本轮和特殊轮各轮频率定值、延时、功率切除量的确定。基本轮的任务就是在不过切的情况下尽快制止频率下降，尽可能的使频率恢复到接近正常频率。特殊轮的任务是在已制止频率下降后，避免频率长时间悬停在较低值处，尽快恢复至 49.550Hz。由于系统运行方式多变，发生有功缺额的大小及实际可供 UFLS切除的负荷量的大小都具有随机性，而且系统负荷特性具有未知性，这使提高UFLS方案的适应性具有很高的难度。目前提高UFLS方案的适应能力的主要途径是增多UFLS轮数，采用合理的方案结构和选择正确的设计方法等。UFLS方案设计的主要原则为：（1

3、）在各种运行方式和可能发生的最大功率缺额下有效地防止系统频率下降至危险，不致酿成大型发电机组解列的恶性循环事故；（2）在切除尽可能少的负荷的情况下，使系统尽快恢复至49.550Hz之间，无超调和悬停现象；（3）切除的负荷尽可能少；（4）联络线传输功率不过载，结点电压不越限；（5）应能保证解列后的各孤立子系统也不发生频率崩溃。3、低频减负荷方案的设计3.1 最大功率缺额和UFLS控制负荷量的确定自动低频减负荷装置所控制的负荷总容量应根据各种运行方式和可能发生的事故情况，找出实际可能出现的最大功率缺额并留有一定的裕度来确定。各地区自动低频减负荷装置切除负荷数值除了满足整个系统按轮按量的要求外，还必须满足本地区电网发生严重事故时的要求。一般最大功率缺额的确定是按系统内同时失去两个最大电源来计算的。UFLS基本轮控制的总负荷量应比系统最大功率缺额稍大些，特殊轮控制的总负荷量应按最严重的情况来考虑，即低频减负荷后系统频率稳定在可能最低的频率值，并且保证足以使系统频率恢复到恢复频率以上。3.2 负荷频率调节效应系数的确定系统负荷频率调节效应系数是UFLS方案设计中常用的一个重要概念。其物理意义是在

4、不考虑发电机组的调频能力的情况下，对应于每1%的稳态频降时系统的功率缺额占总功率的百分数。与单机模型下 的概念不同，大规模电力系统中系统负荷频率调节效应系数是由一系列因素决定的复杂的非线性函数。其数值与系统参数、运行方式、负荷分布及负荷组成有密切关系，还与扰动发生的地点、扰动的大小及系统维持电压的能力有关。的选取对UFLS方案的整定值有很大影响。从目前条件来看，根据仿真结果给出的的变化范围选取设计用的值，使之兼顾系统的结构特点、多种运行方式及可能的功率缺额情况是比较现实的途径。通常，在实际电力系统中的大致取值范围为13。由于的值愈大，负荷功率随系统频率下降也愈多，愈有利于减缓系统频率下降的严重程度。因此，在做系统频率下降的最坏估计时，宜取实际可能的较小的值。通常为防止系统频率超调，基本轮的应取得较小，而特殊轮的则应尽可能接近系统的实际值。3.3 基本轮的确定3.3.1 UFLS首轮、末轮频率动作值的选择若能在电力系统发生事故初期及早切除负荷，将对延缓频率下降过程有利。在事故的初期，电网扰动大，频率下降迅速，电压发生振荡，负荷下跌且变化大，正是基本轮动作阶段。从这个角度出发，首轮频率动作

5、值宜选择得高些。但当依靠系统的备用容量可以将频率恢复到49.5Hz以上时，则不希望自动低频减负荷动作。所以，首轮频率动作值不能取得过高。通常，首轮频率动作值以不超过49.149.2Hz为宜。末轮动作值的选择首先要满足电力系统允许的最低运行频率，它受“频率崩溃”或“电压崩溃”的限制。其次为了防止大机组低频解列动作之后，造成系统频率进一步恶化，还要满足大机组对运行频率下限的要求。3.3.2频率级差及延时的选择频率级差的确定决定着自动低频减负荷装置动作的选择性。选择性指的是各轮按顺序动作，即前一轮动作后，若不能阻止系统频率继续下降，后一轮才能动作。从尽量减少过切负荷和抑制频率恢复时的频率过调着眼，各轮间的频率级差宜略大些。但由于在频率下降过程中，同一时间的各母线频率有一定的差异，而系统自动低频减负荷装置的动作是反映全系统的频率平均值。因此，频率级差不宜过小。如用数字式频率继电器，频率级差可取为0.20.3Hz。为了使自动低频减负荷装置的动作反映全系统的平均频率而非所接母线的瞬时值，它的动作需要有一定的延时。如果给定的延时过长，则不利于轮间的选择性和抑制最低频率。一般取为0.20.3s。延时的

6、选定要与频率级差相互协调。3.3.3 基本轮每轮切除负荷量的选择自动低频减负荷装置采用分轮切除负荷的办法，以适应各种事故条件下系统功率缺额大小不等的情况。每一轮切除负荷多少受系统恢复频率的限制。基本轮第m轮切除的负荷量由以下公式得出： （1）式中，表示基本轮第m轮的动作标幺值，表示恢复频率的标幺值，表示额定频率时的系统总负荷。同时考虑到正常线路检修、拉路限电及不同时间、不同季节负荷变化不同等因素的影响，应增加一定的裕度。3.4特殊轮的确定为了避免在制止频率下降后出现频率长时间悬停在较低值的情况，设置了起动频率值较高但延时很长的特殊轮。特殊轮按时间分为若干轮，也就是其动作频率相同，但动作时延不一样，各轮时间差可不小于 5s，按时间先后次序分批切除用户，以适应功率缺额大小不等的需要。 由于特殊轮的动作延时足够长，所以只有当系统的旋转备用已经发挥了作用还不足以恢复系统频率时才发挥作用。特殊轮每轮切除的负荷量根据以下公式计算： （2） （3）式中：、为特殊轮第I、K轮所切除的负荷量，、为特殊轮第I、K轮的动作频率值。此外，对于大机组小系统或事故后可能解列为孤立运行的受电系统，为了防止解列后不发

7、生地区频率崩溃，可增加地区特殊轮。地区特殊轮定值应低于特殊轮定值，但必须保证地区电网机组的安全、稳定运行。4、低频减负荷方案的算例为了能更加直观的展示低频减负荷的作用，下面将通过一个例子来说明。某电力系统在额定情况下运行，负荷调节效应系数为1.7，总负荷为500MW，突然由于意外事故切除了60MW的发电功率，下面将对负荷调节效果与减负荷调节效果进行比较。首先，突然切除60MW的发电功率，相当于出现60MW的功率缺额，如果不采取任何措施，系统频率的偏差为： （4）， 所以系统的稳定频率为： （5）； 在使用低频减负荷之后，假设将40MW的负荷切除掉，系统频率的偏差为： （6），因此系统的稳定频率为： （7）。将两者相比较便会发现，在额定频率下运行的电力系统，如果只靠负荷调节效应补偿，系统的稳定频率必将较低，可是如果切除部分负荷，来减少系统的有功缺额，就能使稳态频率得到改善。设计小结及参考文献学生总结通过这次的电力系统自动化的课程设计，我熟练地掌握了低频减负荷的相关知识，通过算例可以看到，在电力系统内装设自动低频减负荷装置能有效地防止电力系统频率在事故状态下的大幅度下降，是保证系统安全运行

8、的一项有效措施。近十年来，由于大容量机组的广泛采用及负荷的增长使电力系统频率崩溃的危险性加大，低频减负荷方案设计的重要性尤为突出。在这过程中，我自己翻阅了大量的书本，在网上查阅了大量的文献，不仅丰富了我的知识，更是进一步地培养了我的实践能力及创新能力，锻炼了我分析问题和独立解决问题的能力。当然，这个过程并不是一帆风顺的，在一些比较难懂的地方我也会手足无措，这时，我主动的咨询老师，并向同学询问，寻求他们的帮助，成功解决困难。并且我在结合课本知识的同时还加入了与我的专业相关的知识，最终完成了此次课题的设计。我知道，这次的课程设计知识老师对我在电力系统方面设计地初步训练，这对我来说是一个很好的开端，未来还会遇到很多类似的问题，我会积极吸取这次课程设计的经验，并取得成功。所以说，我感觉这次的课程设计不仅是对我现在所学的基础课知识的综合运用，也为我后续的学习打下了良好的基础。参考文献1王葵,孙莹.电力系统自动化.北京:中国电力出版社,2012.5.2福建省电力有限公司主编.变电站综合自动化系统实用技术.2013.9.3陈珩.电力系统稳态分析.北京：中国电力出版社,2007.4王士政.电力系统控制与调度自动化（第二版）.北京:中国电力出版社,2012.9.5吴迪,李端超,董瑞.安徽电网自动电压控制系统的实施与效果J.电力设备,2005,6(5):63267.评分标准一、格式内容（20）1格式规范、内容完整，未有抄袭现象，得20分。2格式大部分规范，部分需修改。得10分。二、条理清晰（20分）1态度端正，表现良好，条理清楚，得20分。2条理基本清楚，表现一般，得15分。3条理模糊，每一处扣5分，扣完为止。4态度不端正，条理不清楚，表现较差不得分。三、创新性（30分）1有较好地独立见解，思路清楚。得30分。2设计有一定的独立见解，较清楚。得20分。3设计内容较全面，思路一般。得10分。4. 设计不完整，思路模糊不清。不得分。四、设计合理性（20分）1报告的每一部分内容设计、论述细致合理。20分2对报告内容描述简单粗略，根据实际酌情给分。五、语言表达（10分）1报告每部分语言内容规范、图面整洁清晰。10分2对报告内容描述简单粗略，根据实际酌情给分。总分任课教师签字审核人签字

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