UFLS装置中扩充df/dt的研究与应用

李牧

【摘 要】本文在低频减载的频率紧急控制装置中扩充df/dt的应用，并论述了df/dt在防止装置过切以及误动作方面的可行性，形成了“紧急轮+基本轮+恢复轮”的新模式。最后，以河北南网为算例，仿真结果表明，该模式对电网的频率稳定问题具有很好的参考价值。

【关键词】低频减载；BPA；df/ dt

【中图分类号】TM712【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0392-01

引言

低频减载（Under-Frequency Load Shedding -UFLS）属于第三道防线的范畴。要求必须有计划、合理而快速地切除负荷或解列，在分区内迅速调整发电出力，使发电，输电，用电之间形成新的稳定匹配，以最小的切负荷量在最短的时间内使系统频率重新恢复至正常范围，以维持整个电网的稳定。

本文主要介绍基于电力系统分析软件BPA的电力系统低频减载方案整定计算与校核。应用两种算法进行低频减载方案的整定，并通过设置故障对方案进行校核，此外，在低频减载的频率紧急控制装置中扩充df/dt的应用，并论述了df/dt在防止装置过切，以及误动作方面的可行性，形成了“紧急轮+基本轮+恢复轮”的新模式。最后，算例仿真表明，该模式的对系统稳定运行要求就有很好的适应性。

1 整定原理

1.1 UFLS整定原理

UFLS的整定原则主要是计算出在频率不断降低的情况下，应该设置怎样的切负荷轮数及各轮动作频率、动作量才能使系统以最小的切负荷代价将频率尽快地恢复至正常频率。

1.1.1 最大可用容量法

频率fi处可采用的最大负荷切除容量可以很容易地确定。如频率由额定值下降到fi并稳定在该值，对应的过负荷值可知应为可切除的最大负荷，故可取：

目前df/dt在UFLS的中的功能大体分为两类：加速功能；闭锁功能。主要是用以防止由于系统短路、负荷反馈等非正常情况可能引起的装置误动作。

为防止过切，在系统频率的下降过程中（df/dt<0）开放基本轮的出口，在系统频率的回升过程中（f/dt>0时），闭锁基本轮出口，以充分利用系统的备用容量，经系统自动调整后，若频率尚未恢复至理想值，再由恢复轮使系统频率至额定值附近。

3 实例计算与分析

本文以河北南网为例，使用BPA软件进行了仿真计算。最后通过设定的df/dt值，达到在严重功率缺额情况下，快速切除前两轮或前三轮负荷，并与无紧急轮动作的情况进行了比较分析。

3.1 河北南网低频减载方案分析

河北南网总共有8个带负荷区域，每个区域都按照kD=2.0进行整定计算。

1） 恢复频率法：

整定条件：fhf=50Hz；f1=49.25Hz；fn=47.25Hz；n=7；特殊轮数等于1。此外，根据工程实际，基本轮的时延设定0.2s，特殊轮的时延设定为20s。根据恢复频率法的算法。

2）最大可用容量法：

整定条件：最大功率缺额45%；f1=49.25Hz；fn=47.25Hz；特殊轮数等于1；根据最大可用容量法的算法。

为了制造低频效果，验证方案的正确性，本文在最恶劣的条件下，即不考虑发电机的调速系统，设置了切机故障进行校验。沧东电厂等大机组数台，共切机2150MW。

3.2 扩充df/dt后的频率恢复效果

由于大网情况下的频率下降较孤网时小，因此大网情况下的df/dt值较小。经过大量的切机仿真分析，河北南网的df/dt值整定如下：

1）当频率缓慢变化时（df/dt<0.2Hz/s），装置按频率值启动，依次动作出口。

2）当频率快速降低时，装置根据频率变化速度加速切负荷。即：0. 2Hz/s≦df/dt<0.4 Hz/s时，加速切第二轮；当0.4 Hz/s≦df/dt<0.6 Hz/ s时，加速切第2、3轮；当0.6 Hz/s ≦df/dt<1 Hz/s时，加速切全部基本轮。

3）当1≦df/dt时，闭锁装置动作，防止由于短路故障、负荷反馈、频率异常等非正常情况可能引起装置的误动作。在本文3.2中设定的故障情况下，频率下降到第1轮时，监测到df/dt的值为0.51，因此加速切除前3轮。两种方法下的动作效果如图1，图2所示：

仿真结果表明，扩充df/dt后，恢复法中切除负荷2371.98MW，少切29. 16MW，但从频率的恢复曲线上，没有太大的改善，主要是在大量功率缺额的情况下，频率恢复法前三轮所设置的切负荷量略偏少。而最大可用容量法中切除负荷2247.52，基本上没有变化，但从频率的恢复曲线上，由于前三轮所设置的切负荷量略大，起到了明显的作用，频率处在低值时间减少，且较快恢复至正常运行值。