江蘇分區(qū)電網(wǎng)低頻低壓減載方案適應(yīng)性分析

周 霞 ，羅凱明 ，李 威 ，李 琳 ，周 磊 ，羅劍波

(1.國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003；2.江蘇電力調(diào)度通信中心，江蘇 南京 210024)

低頻、低壓減載作為保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行“三道防線(xiàn)”的最后一道防線(xiàn)，是電力系統(tǒng)在發(fā)生重大事故后切除部分負(fù)荷以保電網(wǎng)穩(wěn)定而采取的特殊手段[1]。在電網(wǎng)發(fā)生事故頻率下降時(shí)，低頻減載準(zhǔn)確可靠切除負(fù)荷，保持電源和負(fù)荷重新平衡，防止因頻率大幅度下降而造成系統(tǒng)瓦解，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行極為重要。低壓減載對(duì)于防止概率很小的極端情況下（包括極端的大負(fù)荷、罕見(jiàn)的多重故障等）系統(tǒng)崩潰和大面積停電，保證重要負(fù)荷的供電，具有十分重要的意義，在電力系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應(yīng)用和研究。

受短路電流超標(biāo)等因素影響，江蘇電網(wǎng)已逐步呈現(xiàn)出500kV電網(wǎng)為主干網(wǎng)，220kV電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行的格局；分層分區(qū)運(yùn)行模式使得江蘇電網(wǎng)低頻、低壓減載原有的配置模式受到一定挑戰(zhàn)；本文對(duì)江蘇電網(wǎng)分區(qū)低頻、低壓減載方案適應(yīng)性進(jìn)行研究，對(duì)不適應(yīng)的方案進(jìn)行優(yōu)化整定，確保江蘇電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行，避免因分區(qū)電網(wǎng)保不住而帶來(lái)的大面積停電事故和經(jīng)濟(jì)損失。

1 分區(qū)電網(wǎng)低頻或低壓減載方案研究趨勢(shì)

國(guó)內(nèi)外對(duì)于電網(wǎng)運(yùn)行中的頻率要求和UFLS的配置整定有相關(guān)規(guī)范[2，3]；而對(duì)于低壓減載配置，國(guó)內(nèi)至今還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、配置原則和配置方案[4]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)分區(qū)電網(wǎng)低頻、低壓減載方案的仿真校核和優(yōu)化研究，主要有以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)。

（1）時(shí)域動(dòng)態(tài)仿真模型參數(shù)完善校核[5]。充分考慮負(fù)荷頻率特性、調(diào)速系統(tǒng)特性等因素，完善勵(lì)磁、調(diào)速系統(tǒng)等動(dòng)態(tài)仿真模型參數(shù)，構(gòu)建適合進(jìn)行低頻低壓減載研究的仿真參數(shù)模型。隨著系統(tǒng)元件模型與參數(shù)辨識(shí)的精度，以及電網(wǎng)數(shù)據(jù)記錄的頻率和精度的提高，使得基于全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真的低頻低壓減載優(yōu)化配置成為可能。

（2）低頻減載和低壓減載方案的優(yōu)化。我國(guó)電網(wǎng)低頻減載配置方式主要有兩類(lèi)：一類(lèi)快速動(dòng)作或帶短延時(shí)，按動(dòng)作頻率分為3至6級(jí)預(yù)先設(shè)定，切除的負(fù)荷總量通常是全網(wǎng)負(fù)荷的30%左右，這一類(lèi)被成為基本級(jí)；另一類(lèi)帶較長(zhǎng)的延時(shí)，其動(dòng)作頻率較高，其作用是為了防止在基本級(jí)動(dòng)作后頻率仍停留在某一較低值而不能動(dòng)作，通常被稱(chēng)為恢復(fù)級(jí)或特殊級(jí)。國(guó)外電力系統(tǒng)也采用了類(lèi)似緊急頻率控制策略，但是所分級(jí)數(shù)及每級(jí)切除負(fù)荷量均不一樣。低頻、低壓減載方案優(yōu)化，主要包括優(yōu)先輪次參數(shù)、切負(fù)荷量、動(dòng)作的地點(diǎn)等方面內(nèi)容，而裝置布點(diǎn)的優(yōu)化是其他參數(shù)優(yōu)化的前提。電力系統(tǒng)受擾后電壓和頻率的擺動(dòng)和跌落都有復(fù)雜的時(shí)空分布特性，其控制靈敏度也有所不同。因此，只有在裝置布點(diǎn)確定的情況下，優(yōu)化其他參數(shù)才有意義。

（3）分區(qū)運(yùn)行電網(wǎng)頻率、電壓特性研究。即充分考慮分區(qū)頻率、電壓特性，使得方案能同時(shí)滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行和正常或事故解列后孤立電網(wǎng)運(yùn)行需要。分區(qū)運(yùn)行電網(wǎng)因其電網(wǎng)規(guī)模、負(fù)荷特性、電源配置情況、電壓支撐能力、發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)模型和負(fù)荷模型等因素不同，導(dǎo)致分區(qū)電網(wǎng)的頻率、電壓特性各不相同。實(shí)際運(yùn)行方式復(fù)雜多變，分區(qū)受入功率水平變化幅度較大，都會(huì)導(dǎo)致分區(qū)孤網(wǎng)運(yùn)行后功率缺額不同，從而導(dǎo)致頻率、電壓特性不同。即便在相同的功率缺額水平下，也會(huì)因開(kāi)機(jī)方式、負(fù)荷水平不同導(dǎo)致頻率、電壓特性變化。由于系統(tǒng)在不同工況和擾動(dòng)下的切負(fù)荷控制性能也不同，故必須考慮各種可能場(chǎng)景的概率。

（4）低頻低壓減載間的協(xié)調(diào)優(yōu)化配置[6]。在發(fā)生嚴(yán)重有功功率缺額的區(qū)域，如果無(wú)功不足，系統(tǒng)在發(fā)生暫態(tài)頻率跌落的同時(shí)也會(huì)發(fā)生電壓的跌落，導(dǎo)致低頻減載裝置和低壓減載裝置同時(shí)動(dòng)作。需要協(xié)調(diào)低頻減載和低壓減載裝置的動(dòng)作時(shí)間、切負(fù)荷量及閉鎖條件。

2 江蘇分區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)

近年來(lái)，隨著江蘇電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行方式的實(shí)行和電網(wǎng)的發(fā)展變化，各分區(qū)電網(wǎng)也發(fā)生了較大的變化。

（1）分區(qū)電網(wǎng)容量相對(duì)江蘇全網(wǎng)來(lái)說(shuō)較小，視區(qū)內(nèi)的裝機(jī)情況，分區(qū)的最大供電能力差異較大；

（2）分區(qū)電網(wǎng)均為受端網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)500kV主變從大系統(tǒng)受電，每個(gè)分區(qū)有2至3臺(tái)甚至更多500kV主變與500kV系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)，受電的多少與各分區(qū)的裝機(jī)容量有關(guān)，部分分區(qū)受電比例相對(duì)整個(gè)江蘇電網(wǎng)的受電比例要大；

（3）分區(qū)內(nèi)部220kV網(wǎng)架比較強(qiáng)，可靠性較高，但在惡劣天氣條件下，如果出現(xiàn)多重嚴(yán)重故障，或在特殊檢修方式下考慮500kV線(xiàn)路同桿異名相故障時(shí)，分區(qū)有可能孤立運(yùn)行；

（4）分區(qū)孤立運(yùn)行能力不足。由于分區(qū)負(fù)荷缺額大，而且分區(qū)內(nèi)大機(jī)組出力占分區(qū)容量的比例較大，如孤立運(yùn)行，一旦頻率下降太快或大機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，都有可能造成整個(gè)分區(qū)崩潰。江蘇電網(wǎng)多數(shù)分區(qū)受電比例都超過(guò)30%，有的分區(qū)甚至達(dá)到60%，分區(qū)孤網(wǎng)后頻率、電壓穩(wěn)定問(wèn)題不容忽視。

3 低頻或低壓減載配置方案適應(yīng)性分析

針對(duì)上述分區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)，江蘇已有低頻、低壓減負(fù)荷方案存在如下問(wèn)題：

（1）由于分區(qū)電網(wǎng)孤立運(yùn)行后具有電網(wǎng)容量變小，功率缺額相對(duì)較大，頻率下降速度快、分區(qū)孤立運(yùn)行能力較差等特點(diǎn)，若僅憑傳統(tǒng)的低頻、低壓減載措施可能仍無(wú)法保證分區(qū)電網(wǎng)的安全，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致電壓先于頻率快速崩潰，或者是頻率和電壓的下降速率均很大 （可能導(dǎo)致低頻或低壓減載閉鎖），致使低頻或低壓減載無(wú)法動(dòng)作；

（2）當(dāng)功率缺額較小方式下出現(xiàn)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)因?yàn)閭鹘y(tǒng)低頻減載和低壓減載配置不當(dāng)導(dǎo)致負(fù)荷過(guò)切；

（3）全網(wǎng)的裝機(jī)容量與負(fù)荷在各分區(qū)電網(wǎng)的分配相差較大，而傳統(tǒng)的低頻減載方案卻一律按負(fù)荷比例分配，缺乏合理性；

（4）部分分區(qū)負(fù)荷缺額相當(dāng)大，而所有分區(qū)電網(wǎng)的受電容量都按500kV主變N-1控制，一旦分區(qū)電網(wǎng)孤立運(yùn)行，傳統(tǒng)的低周減載方案存在不能有效抑制頻率下降的可能。

3.1 孤網(wǎng)情形下低頻或低壓減載的適應(yīng)性分析

隨著江蘇電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行模式的普遍實(shí)行，使得原有低頻、低壓減載的配置模式受到一定的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為：

（1）大區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)整體低頻的概率將逐步減少，但個(gè)別局部孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重功率缺額的情形則在增加；

（2）按照已有的低頻和低壓減載配置理念，部分電網(wǎng)內(nèi)很多220kV孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和電壓安全可能將無(wú)法得到保障；

（3）對(duì)于某些功率缺額較大的孤網(wǎng)地區(qū)，原來(lái)的低頻、低壓減載配置方案也可能導(dǎo)致切負(fù)荷量不足、切負(fù)荷速度過(guò)慢、孤網(wǎng)后電壓可能先于頻率發(fā)生崩潰等問(wèn)題。

3.2 分區(qū)負(fù)荷聯(lián)切裝置的切負(fù)荷方案

江蘇電網(wǎng)多個(gè)地區(qū)，均可能出現(xiàn)局部的220kV孤網(wǎng)系統(tǒng)，且其功率缺額會(huì)大于50%，有的甚至達(dá)到60%以上，如武南分區(qū)、吳江分區(qū)、石牌分區(qū)、蘇州西分區(qū)。這些分區(qū)孤網(wǎng)存在的一些共同特點(diǎn)是：

（1）可能存在的功率缺額通常較大；

（2）原有的低頻減載配置量不夠，孤網(wǎng)后都將面臨頻率崩潰的巨大風(fēng)險(xiǎn)；

（3）孤網(wǎng)后往往同時(shí)伴隨有低壓現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得低壓減載的配置也必須引起高度關(guān)注；

（4）系統(tǒng)孤網(wǎng)后導(dǎo)致電壓下降過(guò)多、過(guò)快或是發(fā)生電壓崩潰，低頻減載往往不能動(dòng)作，江蘇電網(wǎng)內(nèi)很多的孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)均存在該現(xiàn)象，且?guī)в幸欢ǖ钠毡樾裕?/p>

（5）僅依賴(lài)低頻減載往往不能保證一些孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率安全；

（6）孤網(wǎng)后導(dǎo)致電壓或頻率下降過(guò)多、過(guò)快，目前已有低頻或低壓減載裝置內(nèi)防誤動(dòng)作的df/dt或du/dt可能會(huì)達(dá)到閉鎖條件，使得本應(yīng)即刻動(dòng)作的低頻或低壓減載裝置反而不能動(dòng)作。

3.3 分區(qū)負(fù)荷聯(lián)切裝置動(dòng)作的門(mén)檻值

以上孤網(wǎng)分區(qū)除具備上述特點(diǎn)外，從低頻低壓減載配置上看，還可能存在如下的一些問(wèn)題：

（1）低壓減載配置動(dòng)作延時(shí)普遍偏長(zhǎng)；

（2）低頻減載配置缺乏優(yōu)化概念；

（3）低頻低壓減載彼此配置間存在優(yōu)化空間；

（4）個(gè)別功率缺額特別大的孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，有必要考慮采取安控切負(fù)荷措施；

（5）低頻減載的配置方式有待改變，應(yīng)由分散控制逐步改為集中控制。

4 低頻或低壓減載配置方案改進(jìn)建議

4.1 改進(jìn)總則

按照目前江蘇電網(wǎng)低頻、低壓減載的配置總量情況來(lái)看，基本可保證2011年和2012年內(nèi)江蘇電網(wǎng)整體或大范圍內(nèi)出現(xiàn)低頻情形下的安全性，但發(fā)生概率較高的部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)孤網(wǎng)系統(tǒng)的安全性則存在嚴(yán)重漏洞。鑒于此，在低頻、低壓減載配置的改進(jìn)方面，有如下建議：

（1）從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，對(duì)江蘇電網(wǎng)整體而言，配置的低頻減載總量應(yīng)保證相應(yīng)水平年最大負(fù)荷的35%左右（包含特殊輪）。

（2）江蘇全網(wǎng)低頻總配置量維持在目前水平，遵循在某些局部地區(qū)超配，并在某些局部地區(qū)適當(dāng)?shù)团洌跃S持目前的總配置量基本不變。

（3）江蘇電網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)地區(qū) （如受端和送端），低頻減載配置方案應(yīng)有所不同。

（4）建議在部分受電比例較大區(qū)域應(yīng)超配 （比錫澄、張常、車(chē)坊、蘇州西等某些可能出現(xiàn)嚴(yán)重功率缺額的分區(qū)內(nèi)）。

（5）送端電網(wǎng)內(nèi)（如蘇北各送電分區(qū)）配置的低頻減載總量建議可少配，同時(shí)應(yīng)妥善處理好高周切機(jī)與低頻低壓減載間的協(xié)調(diào)配合問(wèn)題。

（6）對(duì)送端電網(wǎng)內(nèi)可能存在嚴(yán)重功率缺額的分區(qū)，低頻減載總量仍需視實(shí)際最大功率缺額情況來(lái)配置。

（7）有關(guān)低壓減載配置方面改進(jìn)建議。部分分區(qū)，比如蘇北的鹽城分區(qū)，目前沒(méi)有配置低壓減載方案，需增加低壓減載配置；部分分區(qū)，如茅晉、通泰分區(qū)，低壓減載裝置動(dòng)作的延時(shí)須重新整定，建議縮短低壓減載配置的延時(shí)；部分分區(qū)，如錫澄、玉山、蘇州西分區(qū)，建議除了縮短低壓減載配置的延時(shí)，還需提高低壓減載各輪配置比例。

（8）實(shí)際中還可從如下幾方面解決低頻、低壓減載配置方案中存在的問(wèn)題。功率缺額較大時(shí)，加速切除后繼輪次。經(jīng)詳細(xì)研究后，得到相應(yīng)孤網(wǎng)地區(qū)出現(xiàn)最大功率缺額時(shí)其內(nèi)部的電壓和頻率下降速率，并調(diào)整防誤動(dòng)的閉鎖定值。

4.2 其他改進(jìn)建議

除以上有關(guān)低頻、低壓減載配置方面的改進(jìn)建議外，還需考慮以下相關(guān)問(wèn)題：

（1）2011年江蘇石牌、寧揚(yáng)分區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)后，目前低頻、低壓減載方案基本能適應(yīng)，但為了保證孤網(wǎng)后系統(tǒng)穩(wěn)定性，需對(duì)各自分區(qū)內(nèi)的發(fā)電機(jī)高周保護(hù)定值進(jìn)行改進(jìn)。

（2）對(duì)于孤網(wǎng)后功率缺額特別大的地區(qū)，如武南和吳江分區(qū)，為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，建議考慮安控聯(lián)切負(fù)荷，并與低頻低壓減載間協(xié)調(diào)配合。

4.3 江蘇電網(wǎng)內(nèi)低頻減載配置理念的改進(jìn)建議

隨著電網(wǎng)內(nèi)分層分區(qū)運(yùn)行的現(xiàn)象越來(lái)越普遍，這意味著，大區(qū)電網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)局部孤網(wǎng)的概率將有所增加，而且這些可能孤網(wǎng)的區(qū)域內(nèi)功率缺額通常又較大，但由于它們所配置的低頻減載是按照全網(wǎng)統(tǒng)一平均配置的理念設(shè)計(jì)的，反而在需要時(shí)，不能保證這些孤網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的頻率安全。針對(duì)該現(xiàn)象，需將傳統(tǒng)的低頻減載配置理念作如下更新：

（1）更加注重某些重要負(fù)荷區(qū)孤網(wǎng)情況下的頻率安全，即該類(lèi)地區(qū)的低頻減載需進(jìn)行特殊配置；

（2）在電網(wǎng)運(yùn)行允許的條件下，可根據(jù)詳細(xì)分析后得出的結(jié)論，將原有的全網(wǎng)低頻減載配置總量適當(dāng)減少；如暫時(shí)不便減少，可依舊維持現(xiàn)狀，但局部地區(qū)的低頻減載量可超配；

（3）當(dāng)整體和局部的低頻減載配置間出現(xiàn)矛盾時(shí)，應(yīng)顧全整體，同時(shí)兼顧局部；如的確難以平衡，可按它們出現(xiàn)功率缺額的概率大小來(lái)進(jìn)行優(yōu)先抉擇。

5 結(jié)束語(yǔ)

低頻低壓減載作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行第三道防線(xiàn)的重要手段，其動(dòng)作條件僅依賴(lài)于就地電氣量，與故障原因、故障形式無(wú)關(guān)，這在一定程度上提高了低頻低壓減載措施在保障不確定因素日益增多的大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中的重要性。隨著電網(wǎng)內(nèi)分層分區(qū)運(yùn)行的現(xiàn)象越來(lái)越普遍，使得電網(wǎng)傳統(tǒng)的低頻、低壓減載原有的配置模式受到一定挑戰(zhàn)；國(guó)務(wù)院新頒布的 《電力安全事故應(yīng)急處置和調(diào)查處理?xiàng)l例》，對(duì)于電力安全事故等級(jí)劃分的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了對(duì)于事故的五個(gè)方面判定項(xiàng)，其中首先就是造成電網(wǎng)減供負(fù)荷的比例、造成城市供電用戶(hù)停電的比例，導(dǎo)致以往常規(guī)的、集中式的低頻、低壓減載控制手段受到一定的制約和挑戰(zhàn)。

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