電力系統低壓減載方案的研究

摘要：低壓減載（UVLS）作為維持電網安全穩定運行的第三道防線，是確保電能質量，也是確保系統經濟運行的重要措施。本文在參考國內外現有科研成果的基礎上，針對分散型UVLS配置減載方案，應用基于無功-電壓靈敏度方法確定低壓減負荷量，通過對實際運行系統進行時域仿真分析。計算結果表明，驗證了該計算方法具有很好的工程實用參考價值。

關鍵詞：低壓減載無功-電壓靈敏度分散性時域仿真

0 引言

我國《電力系統安全穩定導則》將電力系統能夠承受大擾動能力的安全穩定標準分為三道防線：第一道防線，即電網繼電保護的快速動作及預防控制；第二道防線，穩定控制，可切少量負荷；第三道防線，是指系統在穩定性受到極大破壞時，合理地、有計劃地進行切負荷、和發電機控制，包括系統解列、UFLS（低頻減載）和UVLS等。低壓減載屬于第三道防線的范疇。必要時，要求系統在最短的時間內，以最小的減負荷量使系統電壓恢復至允許范圍，維持整個電網的安全、穩定運行。本文在研究國內外已有科研成果的基礎上，設計了應用無功—電壓靈敏度[1]的UVLS方案，應用BPA軟件對夏季高峰負荷時的河北南網為算例，驗證了該方案具有很好的工程實用參考價值。

1 低壓減載理論分析

1.1 一般原則 ①《國家電網公司電力系統安全穩定計算規定》、《電力系統安全穩定導則》規定，系統動態過程中樞紐站母線電壓低于規定限定值（0.75p.u.）的時間不超過1s，即判定為系統電壓穩定。②安排的UVLS減負荷量應充足，以滿足在各種不同大擾動下，系統電壓恢復至系統允許值。③UVLS的時間延時主要取決于負荷的特性。依據負荷組成情況確定延時。④UVLS的設計時應需要考慮系統的最大負荷運行方式。⑤針對恒阻抗特性的負荷，需要增加一些輪級。針對電壓下降較大的系統，還可依據電壓變化率進行整定計算。同時還要考慮與UFLS的協調動作問題。

1.2考慮的系統故障形式 ①雙回高壓輸電線路全部跳開。②中樞站因母線故障，斷開所有線路線。③失去大容量機組，系統出力降低。④直流雙極閉鎖故障。⑤因嚴重故障導致的連鎖跳閘等。

1.3 UVLS控制方案分類 UVLS控制方案可分為分散型和集中型兩種。分散型控制方案是指每個切負荷裝置分別獨立配置，這種方案可靠性高一個裝置失效不會影響其他裝置；集中型控制方案是在同一區域內，采集多個關鍵點數據，然后把計算結果的指令信號傳送到裝置上，在不同地點同時進行切負荷控制。選擇哪種控制方案應依據系統具體運行情況而定。本文采用的研究類型也是國內常用的分散型控制。

1.4 UVLS的配置流程 UVLS應同時滿足暫態和中長期電壓穩定運行要求。具體說來應遵循的配置流程如下：①確定電壓薄弱區域和關鍵母線，并確定該區域可用于UVLS的切負荷量。②選取恢復電壓。為得到電壓的較好恢復效果，恢復電壓Uh應應根據具體情況設定，一般情況下留有一定的裕度，比0.90p.u.稍高，建議選擇0.92~0.94。③選取合適的動作電壓、級差和各輪減載量。④選取合適的負荷及發電機模型。電力系統分析中，一般建議采用60%恒定功率及40%恒定阻抗的靜態負荷模型。發電機模型采用詳細數據模型。⑤在不同故障情況下進行仿真校驗。

2 UVLS措施的配置思想

文獻[2]中已得到應用應用靈敏度來分析UVLS方案，但在系統局部區域無功大量短缺時，該方法無法求得最優減載量。本文應用的方法如下：

2.1 因嚴重故障造成大量無功缺額時，節點i的電壓下降到Uk（標么值），與理想狀態下的靈敏度dQL(k-1)/dU表示為：

dQL(k-1)/dU=△QL(k-1)／（1-Ｕk)（1）

式中，△QL(k-1)為本輪級減負荷前無功的缺失量。

2.2 減去負荷△QLk后，電壓恢復到設為Uh，與理想狀態的靈敏度dQLk/dU表示為：

dQLk/dU=△QLk/(1-Uh)（2）

△QLk為本輪級減負荷后無功的缺失量，QL(k-1)為本輪級減載前的無功量。

2.3 為使電壓從Uk恢復到Uh，減負荷量為：

△Qk=△QL(k-1)-△QLk （3）

把式（1），（2）帶入式（3），因靈敏度指標的非線性特點，為簡化計算，假設無功－電壓靈敏度在減載定值范圍內為一固定值，記做，從而得出各輪的減載量為：

2.4 應用PV曲線法確定由電氣上彼此聯系的薄弱節點構成的區域KQU。

3 算例分析

仿真程序采用BPA軟件。本文利用河北南網夏季高峰數據文件。已確定電壓薄弱薄弱節點上，應用預想的嚴重故障，確定UVLS的安裝地點、動作輪級和延時，最后進行仿真校驗和必要的調整：

嚴重預想故障：0.4s時刻，南宮與楊村相連的兩條220kV線路因三永故障跳開。楊村、衡變、故城、景縣等節點所構成的環網結構解環運行，形成鏈式結構，單電源端供電，楊村成為終端。故障后，楊村電壓下降最為迅速，暫態電壓低于0.75s的時間為0.75s，故城居其次，為0.38s。其后，各節點電壓逐漸恢復穩定，楊村恢復為0.81，故城為0.88，景縣為0.91。

根據全網的拓撲結構和薄弱節點的特點，在衡變、景縣、楊村、故城安裝UVLS裝置，經計算得該區域的KQU為1.5。

0.9s時刻，裝置動作后，故城、楊村第三輪動作，楊村電壓恢復至0.87，故城為0.90，景縣為0.92（滿足系統運行要求）。總切負荷量為50.62MW

4 結語

本文在基于UVLS一般整定原則的基礎上，應用無功-電壓靈敏度的計算方法，制定了河北南網的低壓減載方案并進行了時域仿真校驗。算例分析結果表明，制定的UVLS方案符合系統運行要求。具有很好的工程實用參考價值。

參考文獻：

[1]馬進，馬景鋼，賀仁睦.電力系統動態仿真的靈敏度分析.電力系統自動化.2005，29（17），22-26.

[2]周孝信，鄭建超，沈國榮等.從美加東北部電網大面積停電事故中吸取教訓.電網技術.2003，27(9).