基于低压减载配置思路及方法研究

基于低压减载配置思路及方法研究

赵贤1，2王胜辉2

（1.国网河北省电力公司石家庄供电分公司河北石家庄050000；

2.华北电力大学（保定）电气与电子工程学院河北保定071003）

摘要：本文提出基于电压-无功灵敏度减负荷的方法确定低压减载量，针对分散型低压减载方案，详细阐述了低压减载方案的基本思路和配置方法。

关键词：电压-无功灵敏度；低压减载；分散型

引言

我国的《电力系统安全稳定导则》将电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准分为三级：第一道防线，即电网快速保护及预防控制；第二道防线，即稳定控制；第三道防线，主要是在主系统发生稳定破坏时的电压及频率紧急控制，有计划、合理地实施解列的自动装置或手动方案，以及解列后为防止小系统崩溃而设置的低频减载装置，以维持整个电网的稳定运行。

低压减载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，以最小的切负荷量在最短的时间内使系统电压重新恢复至正常范围，以维持整个电网的稳定运行。低压减载装置，一方面可以有效地降低临界电压Ucr；另一方面由于减载后电网的传输的功率减少，同时也提高了送端的电压，进而提高了电压稳定裕度。

1研究意义

近几年国内经济的迅猛发展，使得负荷需求量急剧增长，迅速向电网的极限传输值逼近，在负荷高峰时期，电网内部的发电机出力都已运行在满载状态。另一方面，无功补偿现状为大多采用并联电容器组的形式进行无功补偿，而电容器补偿的无功量是随电压成二次方的，也就是说，当电压下降时，电容器补偿的无功也随之呈现出大幅值的下降。这对于电压稳定而言是非常不利的。

再次，由于负荷的增加，系统对短路容量的要求也越来越高，需解环运行，消除电磁环网的存在，从而减小短路容量，但是这样势必改变电网的网架结构，但又会对系统的电压稳定造成一定的影响。

2低压减载的相关理论

2.1低压减载的一般原则

1）根据《国家电网公司电力系统安全稳定计算规定》、《电力系统安全稳定导则》规定，动态过程中系统枢纽变电站母线电压低于限值0.75p.u.的时间不超过1s，即判为电压稳定。

2）低压减载方案所需的负荷量应安排充足，满足各种不同故障形态下低压减载动作后的系统电压恢复。

3）低压减载的延时时间主要取决于负荷的特性。

4）对于恒阻抗类型的负荷，当电压降低到一定程度而切除部分负荷后，系统电压仍无法恢复到正常运行所接受的水平，还需要增加一些轮次，使系统的电压恢复到可以接受的水平。

5）低压减载继电器的定值范围为比正常运行时最低电压低8%~15%左右，对于电压变化幅度较大的系统，还可采用根据电压变化率来整定。

6）根据电力系统运行特点，应考虑低压减载与低频减载的配合问题，确保低频减载与低压减载之间不会相互影响而出现欠切或过切的现象。

2.2低压减载应考虑的故障类型和电压失稳类型

1）低压减载所考虑的故障类型

（1）同杆并架的双回线路单回三永故障且双线全部跳开或是双回线路同时三永故障跳开；

（2）中枢变电站因母线故障，断开所有连接线，退出运行；

（3）严重线路故障情况下，切机安稳装置拒动，导致线路严重过载断开；

（4）失去大容量发电厂；

（5）直流线路闭锁故障；

（6）其他一些连锁跳闸故障。

由于电压崩溃事故基本上都发生在重负荷情况下，因而低压减载配置需要考虑的运行方式主要是大负荷运行方式。

2）低压减载所考虑的电压失稳类型

从时间尺度分析，可以将电压稳定分为暂态电压稳定、中期电压稳定和长期电压稳定。暂态电压稳定的时间范围为0~10s；中期电压稳定的时间范围为1min~5min；长期电压稳定的时间范围为20min~30min。

2.3低压减载控制方案类型

低压减载可以采取分散型和集中型两种不同的控制方案。分散型控制方案是指每一个保护继电器和切负荷部分紧密耦合在一起；集中型控制方案是在区域内一个或多个关键点处测量，然后把跳闸信号传送到区域内，在不同地点进行切负荷。

选择哪种控制方案要根据具体情况而定。目前，国外大多采用集中型控制方案，而我国大部分采用的是分散型控制方案，本文采用的研究类型也是分散型控制。

2.3低压减载措施的配置思路

由于不同电网之间在电网结构、运行状况等方面存在巨大差异，因此，配置低压减载措施时主要还需依靠仿真工具，具体情况具体分析。低压减载措施必须同时满足暂态电压稳定、中长期电压稳定的要求。低压减载措施的配置流程如下：

1）确定可能发生电压稳定问题的局部区域并确定当地用于低压减载的可切负荷总量。

低压减载方案设计首先要根据当地的负荷水平、负荷构成和不同负荷的重要性水平，综合确定系统电压偏低时当地可供切除的负荷总量。

2）选取合适的恢复电压。

根据《电力系统电压和无功电力技术导则》的规定，事故后电压容许偏差为系统额定电压的-10%~+10%。

3）选取合适的动作电压和级差。

电力系统中的异步电动机负荷对电压变化反应大，因此以异步电动机负荷的临界电压作为参考来确定低压减载电压整定值的范围。考虑到可能出现的欠切悬浮现象，设置一个特殊轮，特殊轮减载量可根据具体分区，依动态仿真结果而定。

4）选取合适的负荷及发电机模型。

电力系统计算中普遍采用的负荷模型可分为2类：静态模型和动态模型。

在静态负荷模型的暂态稳定计算中一般建议采用60%恒定功率及40%恒定阻抗的静态负荷模型，这种静态负荷模型可以满足规划精度要求。

发电机采用详细模型，计及励磁系统和PSS。

5）确定每轮次的减载量。

6）局部区域中选取关键母线，配置低压减载装置。

在完成相关设计后，需要分析设计方案在不同扰动类型和不同系统特性下的适应性，对设计方案做出调整，以尽可能保证方案在系统复杂多变的实际运行工况中仍能达到预期目的。

2.4低压减载措施的配置方法

△QLi为本轮减载后无功缺额的标么值，QL（i-1）为本轮减载前无功负荷的标么值。

3）为使本轮电压从Ui恢复到Uh，减载量为：

4）式（4）的关键问题在于KQU的确定。把已确定的电压薄弱区域视为一点，利用连续潮流的方法，在已确定的电压薄弱区域内等功率因数、小步长同时增长区域内各节点负荷，直到电压崩溃为止，计算设置的低压减载最低轮次的电压定值Ui与所期望的恢复电压Uh之间的各个灵敏度状态量，并取其平均值作为薄弱区域内各节点KQui的值，即：

3结语

基于低压减载一般原则的基础上，详细研究分析了低压减载的参数确定及控制策略，并给出了低压减载方案的配置思想。应用无功-电压灵敏度的计算方法，确定薄弱区域各轮的低压减载量。且该设计方案具有简单、系统性的特点。

作者简介：

赵贤（1984-），男，河北石家庄人，汉族，工程师；

王胜辉（1977-），男，讲师，主要从事高电压和绝缘技术方面的研究。