孤網(wǎng)運(yùn)行低頻減載特殊輪優(yōu)化設(shè)置

韓宏志++閆敏

摘 要：孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)有多種策略可以應(yīng)用，而低頻減載裝置是電網(wǎng)的最后一道安全屏障。因此對(duì)低頻減載裝置動(dòng)作過(guò)程優(yōu)化，對(duì)保證孤網(wǎng)運(yùn)行的電力安全有非常重要的意義。和田電網(wǎng)的低頻減載裝置是通過(guò)6個(gè)基本輪和兩個(gè)特殊輪的動(dòng)作來(lái)切除功率負(fù)荷，使系統(tǒng)的頻率有一定幅度的回升，但卻不能完全恢復(fù)到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的49.5～50.5 Hz。該文應(yīng)用自適應(yīng)法預(yù)測(cè)切除功率量，結(jié)合中國(guó)電科院電力系統(tǒng)綜合分析計(jì)算程序PSASP6.29計(jì)算仿真，對(duì)低頻減載裝置的特殊輪進(jìn)行優(yōu)化，達(dá)到對(duì)現(xiàn)有裝置最大利用的情況下精確切除功率負(fù)荷的目標(biāo)，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到正常范圍內(nèi)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：低頻減載 穩(wěn)態(tài)頻率 特殊輪PSASP

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0105-04

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度不斷加大，但由于各種因素的制約，許多地區(qū)的電網(wǎng)建設(shè)供電可靠的程度還不是很高，比如：電網(wǎng)建設(shè)中的重要聯(lián)絡(luò)線問(wèn)題。對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且地理?xiàng)l件優(yōu)越的地區(qū)，可以建幾條聯(lián)絡(luò)線與外部電網(wǎng)相連接。但對(duì)某些地區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)因素的制約或有地理因素的限制，還無(wú)法實(shí)現(xiàn)多回聯(lián)絡(luò)線高可靠性的供電條件，導(dǎo)致某些地區(qū)會(huì)因?yàn)槿藶橐蛩鼗虿豢煽氐臉O端天氣造成電網(wǎng)僅有的聯(lián)絡(luò)線中斷，進(jìn)而導(dǎo)致地區(qū)電網(wǎng)解網(wǎng)，甚至導(dǎo)致大面積停電的惡劣情況出現(xiàn)。因此，孤網(wǎng)運(yùn)行作為電力系統(tǒng)極端情況下的運(yùn)行工況，其研究具有特別重要的意義。根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，孤網(wǎng)具體包括兩種情況：一是孤網(wǎng)內(nèi)發(fā)電功率大于用戶(hù)用電功率，地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)電壓和頻率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，出現(xiàn)高頻高壓?jiǎn)栴}；二是發(fā)電功率小于用戶(hù)用電功率，地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)電壓和頻率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，出現(xiàn)低頻低壓?jiǎn)栴}[1-2]。該文主要針對(duì)受端系統(tǒng)孤網(wǎng)時(shí)的低頻問(wèn)題進(jìn)行仿真，因此該文選擇和田地區(qū)電網(wǎng)為基礎(chǔ)，應(yīng)用中國(guó)電科院電力系統(tǒng)綜合仿真計(jì)算程序PSASP6.29，對(duì)和田電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行大機(jī)組停運(yùn)后，低頻減載裝置通過(guò)基本輪和優(yōu)化后的特殊輪切除功率[3]，使電網(wǎng)頻率運(yùn)行在合理范圍內(nèi)。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

和田電網(wǎng)處于新疆主電網(wǎng)的末端，區(qū)域內(nèi)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(yùn)行方式下僅通過(guò)220 kV玉羌一、二線與新疆主網(wǎng)連接，當(dāng)220 kV玉羌一、二線發(fā)生故障停運(yùn)時(shí)，和田電網(wǎng)即孤網(wǎng)運(yùn)行。和田地區(qū)日運(yùn)行負(fù)荷有兩個(gè)午高峰和晚高峰，午高峰時(shí)刻，和田地區(qū)有大量的光伏發(fā)電，可以滿(mǎn)足白天的用電需求，而在21～23時(shí)用電晚高峰時(shí)，光伏發(fā)電為0，電源支撐點(diǎn)減少，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大。因此對(duì)晚高峰時(shí)刻進(jìn)行仿真，更能反映電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)狀況，如圖1、圖2、表1所示。

2 低頻減載裝置的現(xiàn)狀

當(dāng)前常見(jiàn)的低頻減載方案有3種。

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

（2）半適應(yīng)方案：是在傳統(tǒng)法上的一種改進(jìn)算法。半適應(yīng)法即當(dāng)頻率下降到預(yù)先設(shè)置的整定值時(shí)就測(cè)量頻率下降率，再依據(jù)此頻率下降率決定首輪應(yīng)該切除的負(fù)荷量，而其他各輪與傳統(tǒng)法一致。

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

和田電網(wǎng)的低頻減載裝置屬于第二種傳統(tǒng)方案，根據(jù)《電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減負(fù)荷技術(shù)規(guī)定》（DL/T 428-2010）以及西北電網(wǎng)相關(guān)要求，全網(wǎng)要求設(shè)置基本輪六輪，兩個(gè)特殊輪，此方案優(yōu)點(diǎn)是設(shè)置簡(jiǎn)單明了，如表2所示。

3 事故擾動(dòng)

依據(jù)當(dāng)前和田電網(wǎng)低頻減載裝置的設(shè)置，在和田孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，和田最大機(jī)組為華威的兩臺(tái)機(jī)組（2×135 MW），一個(gè)機(jī)組跳機(jī)，會(huì)觸發(fā)低頻減載裝置第一個(gè)基本輪，切除10%的負(fù)荷，最小頻率為48.9 Hz，穩(wěn)態(tài)頻率在49.1 Hz，雖然頻率趨于穩(wěn)定，但是不能滿(mǎn)足電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的49.5 Hz以上的安全運(yùn)行要求，第二個(gè)基本輪和特殊輪都不能觸發(fā)，在此頻率下運(yùn)行，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)非常大。和田電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓經(jīng)過(guò)電廠的一次調(diào)頻過(guò)程，電壓略微上升，且幅度在0.3 p.u.，以?xún)?nèi)。由此可見(jiàn)，和田電網(wǎng)的孤網(wǎng)問(wèn)題主要在于頻率的控制，如圖3、圖4所示。

直接用和田地區(qū)的低頻減載策略，雖然可以使電網(wǎng)頻率一定程度有所恢復(fù)，且趨于穩(wěn)定，但仍然不能滿(mǎn)足頻率運(yùn)行在49.5～50.5 Hz之間，電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)依然很大。

因此，對(duì)和田地區(qū)現(xiàn)有的固定輪數(shù)、固定比例的低頻切功率策略進(jìn)行改進(jìn)。首先，通過(guò)頻率變化率對(duì)需要切除的功率進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后利用現(xiàn)有的基本輪切除功率，最后用特殊輪進(jìn)行精確的切除，使頻率運(yùn)行在49.5～50.5 Hz之間。

4 切除功率預(yù)測(cè)

該文采用基于單機(jī)等值模型的頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)，然后依據(jù)頻率的變化率預(yù)測(cè)頻率缺額。單機(jī)系統(tǒng)模型系統(tǒng)頻率響應(yīng)[4-5]，如圖5所示。

其中：。

計(jì)算得。

對(duì)于有N臺(tái)發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)，考慮系統(tǒng)調(diào)速器的作用，則系統(tǒng)頻率響應(yīng)為：

其中：；為每臺(tái)發(fā)電機(jī)的容量；為系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量。

因此，系統(tǒng)的有功缺額為：

根據(jù)公式計(jì)算，當(dāng)華威機(jī)一臺(tái)組跳機(jī)后，需要切負(fù)功率52.8 MW，當(dāng)?shù)谝惠喦谐?7 MW后，和田地區(qū)還需再切除15.8 MW的負(fù)荷才能滿(mǎn)足電網(wǎng)安全穩(wěn)定的要求。在此基礎(chǔ)上安排兩個(gè)特殊輪的切除功率負(fù)荷，為了使電網(wǎng)頻率能夠平穩(wěn)地過(guò)渡到合理的范圍，限制特殊輪的每次切負(fù)荷量都有限制，因此第一特殊輪的切除功率負(fù)荷限制為4%，第二輪切除功率負(fù)荷為3%，兩個(gè)特殊輪的觸發(fā)頻率為49.5 Hz，延遲時(shí)間為15 s。

通過(guò)自適應(yīng)計(jì)算后的切頻率量安排特殊輪的切功率，可較準(zhǔn)確地使頻率處于安全穩(wěn)定運(yùn)行的范圍內(nèi)。為了達(dá)到這種目標(biāo)，需要對(duì)低頻減載裝置的功能進(jìn)行提升，增加檢測(cè)備切除線路實(shí)時(shí)功率負(fù)荷，而且需要將特殊輪的觸發(fā)頻率設(shè)置為49.5 Hz，帶切功率預(yù)測(cè)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(fù)荷時(shí)，當(dāng)需要切除功率小于第一輪中所有線路實(shí)時(shí)功率之和時(shí)，對(duì)于第一特殊輪所有線路的實(shí)時(shí)功率首先按大小排序，當(dāng)需要切除的功率大于最大的功率時(shí)，切除第一條線路。剩余功率小于第二條線路的功率時(shí)，再將剩余功率與第三條線路的功率比較，當(dāng)剩余功率仍小于第三條線路時(shí)，剩余功率與第四條線路的功率比較，當(dāng)剩余功率大于第四條線路時(shí)，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(dāng)需要切除功率大于第一輪中所有線路實(shí)時(shí)功率之和時(shí)，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(fù)荷。用此方法切除線路，可以滿(mǎn)足頻率穩(wěn)定問(wèn)題，又能盡可能地少切負(fù)荷。

6 結(jié)語(yǔ)

和田電網(wǎng)采用6個(gè)基本輪加兩個(gè)特殊輪的固定切除功率比例的方法，作為和田電網(wǎng)的低頻低壓減載策略，雖然可以一定程度上恢復(fù)電網(wǎng)的頻率，但卻不一定能精確地恢復(fù)到電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的頻率范圍內(nèi)。因此，通過(guò)仿真計(jì)算結(jié)果，建議對(duì)和田電網(wǎng)的低頻減載裝置加入動(dòng)態(tài)切功率計(jì)算功能，并對(duì)特殊輪加入切線選擇功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 張健銘，畢天姝，劉輝，等.孤網(wǎng)運(yùn)行與頻率穩(wěn)定研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（11）：149-154.

[2] 姚莉娜，楊海東，劉寶江，等.微電網(wǎng)離網(wǎng)運(yùn)行有功缺額計(jì)算方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（15）：137-144.

[3] 陳俊山，洪蘭秀，鄭志遠(yuǎn).電力系統(tǒng)低頻減載研究與應(yīng)用發(fā)展[J].繼電器，2007，35（14）：79-82.

[4] AndersonPM，MirheydarM.ALow-OrderSystemFrequencyResponseModel[J].IEEETransonPowerSystems，1990，5（3）：720-729.

[5] 王君，王曉茹，謝大鵬，等.孤島系統(tǒng)的低頻減載方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（3）：29-33.