周 磊 ，周 霞 ，2，羅凱明 ，李 威 ，2，李 琳 ，羅劍波

(1.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003；2.中國電力科學(xué)研究院南京分院，江蘇 南京 21003；3.江蘇電力調(diào)度通信中心，江蘇 南京 210024)

低頻減負(fù)荷（UFLS）、低壓減負(fù)荷（UVLS）作為電網(wǎng)安全穩(wěn)定第三道防線，是防止電力系統(tǒng)尤其是受端系統(tǒng)在遭受極其嚴(yán)重故障后導(dǎo)致穩(wěn)定破壞、發(fā)生大面積停電事故的重要技術(shù)手段[1，2]。江蘇電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行以來[3]，隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，各分區(qū)電網(wǎng)也發(fā)生了較大變化，某些分區(qū)的功率缺額較大，如果孤立運(yùn)行，可能會(huì)在頻率崩潰的同時(shí)發(fā)生電壓崩潰，甚至電壓崩潰快于頻率崩潰[4，5]。

針對(duì)上述情況，若低頻低壓減負(fù)荷方案中的動(dòng)作延時(shí)過長，則不能及時(shí)動(dòng)作切除負(fù)荷，并且在頻率或電壓急速下降時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)的低頻低壓減負(fù)荷裝置閉鎖而無法及時(shí)動(dòng)作。鑒于上述原因，對(duì)于該類功率缺額較大的孤網(wǎng)地區(qū)，建議配置低頻低壓減負(fù)荷方案的同時(shí)增設(shè)負(fù)荷聯(lián)切方案來解決[6]。本文以江蘇武南分區(qū)為例，在考慮低頻低壓減負(fù)荷與負(fù)荷聯(lián)切相互協(xié)調(diào)配合的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了原有低頻低壓減負(fù)荷裝置的定值和配置方案，并提出低頻低壓減負(fù)荷裝置與負(fù)荷聯(lián)切裝置相互協(xié)調(diào)的配置方案。

1 武南分區(qū)簡介及低頻低壓減載方案

江蘇武南分區(qū)的局部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。武南分區(qū)內(nèi)部電廠較少，分區(qū)主要通過武南主變受電為主。以武南分區(qū)2011年夏季高峰方式（受電功率占總負(fù)荷的比例最大）為例校核該孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率及電壓安全,該典型方式下武南分區(qū)總負(fù)荷約為1771 MW，地區(qū)受電總有功1195 MW。武南分區(qū)原有的低壓、低頻減負(fù)荷配置方案分別如表1和表2所示。2011年夏季高峰方式武南分區(qū)孤網(wǎng)后，考慮常規(guī)的低頻低壓減負(fù)荷配置方案[7-11]，系統(tǒng)不能保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)電壓崩潰，如圖2所示。

圖1 2011年武南分區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖

表1 武南分區(qū)低頻減負(fù)荷配置原始方案

表2 武南分區(qū)低壓減負(fù)荷配置原始方案

從電壓響應(yīng)曲線上看，電壓崩潰時(shí)間極短，電壓下降快于頻率下降，原有的低頻減負(fù)荷方案延時(shí)過長，不能在功率缺額較大的情況下及時(shí)動(dòng)作；并且電壓和頻率下降過快，使du/dt和df/dt的數(shù)值很大，可能會(huì)導(dǎo)致低頻低壓減負(fù)荷裝置的電壓和頻率變化率閉鎖。所以必須安裝負(fù)荷聯(lián)切裝置，當(dāng)頻率電壓迅速下降時(shí)，達(dá)到及時(shí)動(dòng)作切除負(fù)荷的目的；并且負(fù)荷聯(lián)切裝置可以檢測(cè)斷面潮流，根據(jù)不同的運(yùn)行方式，而采取不同的切負(fù)荷措施。

圖2 2011年夏高方式武南孤網(wǎng)后母線電壓響應(yīng)曲線

在建議安裝負(fù)荷聯(lián)切裝置的基礎(chǔ)上，仍建議在該地區(qū)配置低頻低壓減負(fù)荷裝置，其原因?yàn)椋?/p>

（1）當(dāng)江蘇電網(wǎng)出現(xiàn)低頻時(shí)，需要各地區(qū)均配置低頻減負(fù)荷來保證系統(tǒng)的頻率安全，武南分區(qū)作為全網(wǎng)的一部分，有義務(wù)分擔(dān)一部分切負(fù)荷量；

（2）當(dāng)孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)功率缺額較少時(shí)，可不需要通過負(fù)荷聯(lián)切裝置聯(lián)切負(fù)荷，此時(shí)的功率缺額，可由低頻減負(fù)荷裝置通過切除負(fù)荷來平衡；

（3）實(shí)際配置時(shí)，武南分區(qū)的低頻低壓減負(fù)荷裝置和負(fù)荷聯(lián)切裝置可作用于同樣的切負(fù)荷對(duì)象，采用同一面控制柜便可實(shí)施，不會(huì)帶來額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

2 武南低頻低壓減載與負(fù)荷聯(lián)切協(xié)調(diào)配置

2.1 武南分區(qū)低壓減負(fù)荷定值的優(yōu)化

從表1和表2中可見，武南分區(qū)已有的低頻低壓配置方案，與目前全國大多數(shù)電網(wǎng)中一般推薦的常規(guī)配置基本相同。而由前面的分析可知，孤網(wǎng)后系統(tǒng)電壓崩潰時(shí)間一般都較短，因此，建議對(duì)武南分區(qū)低壓減負(fù)荷啟動(dòng)延時(shí)進(jìn)行改進(jìn)。推薦武南分區(qū)的低壓減負(fù)荷方案如表3所示。

表3 武南分區(qū)低壓減負(fù)荷配置優(yōu)化方案

2.2 負(fù)荷聯(lián)切裝置與低頻低壓減載的協(xié)調(diào)配置方案

武南分區(qū)的負(fù)荷聯(lián)切裝置布置在該地區(qū)的500kV變電站內(nèi)，采集該站所有500kV進(jìn)線的電氣量，檢測(cè)所有主變總的下網(wǎng)潮流。裝置程序內(nèi)部設(shè)有“切負(fù)荷門檻定值Pmk”，便于根據(jù)不同的潮流斷面而采取不同的切負(fù)荷措施。

負(fù)荷聯(lián)切裝置的啟動(dòng)條件為：該變電站500kV線路均斷開。動(dòng)作條件是當(dāng)該變電站所有主變總的下網(wǎng)潮流小于“切負(fù)荷門檻定值Pmk”時(shí)，負(fù)荷聯(lián)切裝置不動(dòng)作，功率缺額由當(dāng)?shù)氐牡皖l減負(fù)荷來平衡；當(dāng)該潮流大于“切負(fù)荷門檻定值Pmk”時(shí)，負(fù)荷聯(lián)切裝置動(dòng)作，根據(jù)整定的“組態(tài)定值”來切除特定的線路，來達(dá)到切除一定量負(fù)荷的目的。

在小負(fù)荷方式下，可能出現(xiàn)的低頻和低壓問題相對(duì)較輕，不考慮負(fù)荷聯(lián)切裝置，當(dāng)3臺(tái)主變下網(wǎng)功率為710 MW時(shí)，武南分區(qū)孤網(wǎng)后，按照調(diào)整后的低頻低壓減負(fù)荷方案，低壓減載裝置動(dòng)作2輪，低頻減載裝置動(dòng)作6輪，共切除負(fù)荷672 MW，相應(yīng)的頻率響應(yīng)曲線如圖3所示。孤網(wǎng)系統(tǒng)最低頻率46.6 Hz，穩(wěn)態(tài)頻率49.85 Hz，孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率可以保持安全穩(wěn)定。所以該地區(qū)負(fù)荷聯(lián)切裝置的“切負(fù)荷的動(dòng)作門檻值Pmk”可設(shè)為710 MW，當(dāng)主變的下網(wǎng)潮流小于該定值時(shí)，負(fù)荷聯(lián)切裝置不動(dòng)作，僅按照優(yōu)化調(diào)整后的低頻低壓減負(fù)荷方案切除指定量的負(fù)荷即可。

圖3 武南孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線

在夏季高峰方式下，假定武南分區(qū)的內(nèi)部戚墅堰電廠停開398 MW機(jī)組一臺(tái)，另一臺(tái)機(jī)組發(fā)電300 MW，此刻的武南主變下網(wǎng)功率為1494 MW＋j125 Mvar，該地區(qū)孤網(wǎng)后的功率缺額將達(dá)到最大。需考慮負(fù)荷聯(lián)切裝置和低頻低壓減負(fù)荷裝置共同動(dòng)作，才可保證孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率安全。

在此方式下，發(fā)生孤網(wǎng)故障后，負(fù)荷聯(lián)切裝置于0.2 s先切除該地區(qū)613 MW負(fù)荷，低頻減負(fù)荷裝置再動(dòng)作6輪，低壓減負(fù)荷裝置動(dòng)作2輪，共切除負(fù)荷941 MW，孤網(wǎng)系統(tǒng)最低頻率47.1 Hz，穩(wěn)態(tài)頻率50.12 Hz，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線如圖4所示，滿足了安全穩(wěn)定要求。

3 結(jié)束語

本文根據(jù)江蘇武南分區(qū)的仿真計(jì)算分析，優(yōu)化了原有低頻低壓減負(fù)荷裝置的定值和配置方案，并提出了低頻低壓減負(fù)荷裝置與負(fù)荷聯(lián)切裝置相互協(xié)調(diào)的配置方案。利用負(fù)荷聯(lián)切裝置檢測(cè)潮流斷面的功能，根據(jù)不同的運(yùn)行方式采取對(duì)應(yīng)的切負(fù)荷措施，與低頻低壓減負(fù)荷裝置協(xié)調(diào)配合，提高了江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電的可靠性，減少了大停電事故發(fā)生的機(jī)率。

圖4 武南孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率響應(yīng)曲線

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