周 霞 ，羅凱明 ，李 威 ，李 琳 ，周 磊 ，羅劍波

(1.國網(wǎng)電力科學研究院，江蘇 南京 210003；2.江蘇電力調度通信中心，江蘇 南京 210024)

低頻、低壓減載作為保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行“三道防線”的最后一道防線，是電力系統(tǒng)在發(fā)生重大事故后切除部分負荷以保電網(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，低頻減載準確可靠切除負荷，保持電源和負荷重新平衡，防止因頻率大幅度下降而造成系統(tǒng)瓦解，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行極為重要。低壓減載對于防止概率很小的極端情況下（包括極端的大負荷、罕見的多重故障等）系統(tǒng)崩潰和大面積停電，保證重要負荷的供電，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用和研究。

受短路電流超標等因素影響，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)運行的格局；分層分區(qū)運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)；本文對江蘇電網(wǎng)分區(qū)低頻、低壓減載方案適應性進行研究，對不適應的方案進行優(yōu)化整定，確保江蘇電網(wǎng)的安全可靠穩(wěn)定運行，避免因分區(qū)電網(wǎng)保不住而帶來的大面積停電事故和經(jīng)濟損失。

1 分區(qū)電網(wǎng)低頻或低壓減載方案研究趨勢

國內外對于電網(wǎng)運行中的頻率要求和UFLS的配置整定有相關規(guī)范[2，3]；而對于低壓減載配置，國內至今還沒有一個統(tǒng)一的標準、配置原則和配置方案[4]。目前，國內外對分區(qū)電網(wǎng)低頻、低壓減載方案的仿真校核和優(yōu)化研究，主要有以下幾個方面的發(fā)展趨勢。

（1）時域動態(tài)仿真模型參數(shù)完善校核[5]。充分考慮負荷頻率特性、調速系統(tǒng)特性等因素，完善勵磁、調速系統(tǒng)等動態(tài)仿真模型參數(shù)，構建適合進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，使得基于全過程動態(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。我國電網(wǎng)低頻減載配置方式主要有兩類：一類快速動作或帶短延時，按動作頻率分為3至6級預先設定，切除的負荷總量通常是全網(wǎng)負荷的30%左右，這一類被成為基本級；另一類帶較長的延時，其動作頻率較高，其作用是為了防止在基本級動作后頻率仍停留在某一較低值而不能動作，通常被稱為恢復級或特殊級。國外電力系統(tǒng)也采用了類似緊急頻率控制策略，但是所分級數(shù)及每級切除負荷量均不一樣。低頻、低壓減載方案優(yōu)化，主要包括優(yōu)先輪次參數(shù)、切負荷量、動作的地點等方面內容，而裝置布點的優(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和跌落都有復雜的時空分布特性，其控制靈敏度也有所不同。因此，只有在裝置布點確定的情況下，優(yōu)化其他參數(shù)才有意義。

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

（4）低頻低壓減載間的協(xié)調優(yōu)化配置[6]。在發(fā)生嚴重有功功率缺額的區(qū)域，如果無功不足，系統(tǒng)在發(fā)生暫態(tài)頻率跌落的同時也會發(fā)生電壓的跌落，導致低頻減載裝置和低壓減載裝置同時動作。需要協(xié)調低頻減載和低壓減載裝置的動作時間、切負荷量及閉鎖條件。

2 江蘇分區(qū)電網(wǎng)運行特點

近年來，隨著江蘇電網(wǎng)分層分區(qū)運行方式的實行和電網(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)容量相對江蘇全網(wǎng)來說較小，視區(qū)內的裝機情況，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，通過500kV主變從大系統(tǒng)受電，每個分區(qū)有2至3臺甚至更多500kV主變與500kV系統(tǒng)聯(lián)絡，受電的多少與各分區(qū)的裝機容量有關，部分分區(qū)受電比例相對整個江蘇電網(wǎng)的受電比例要大；

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

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

3 低頻或低壓減載配置方案適應性分析

針對上述分區(qū)電網(wǎng)的運行特點，江蘇已有低頻、低壓減負荷方案存在如下問題：

（1）由于分區(qū)電網(wǎng)孤立運行后具有電網(wǎng)容量變小，功率缺額相對較大，頻率下降速度快、分區(qū)孤立運行能力較差等特點，若僅憑傳統(tǒng)的低頻、低壓減載措施可能仍無法保證分區(qū)電網(wǎng)的安全，有時甚至會導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 （可能導致低頻或低壓減載閉鎖），致使低頻或低壓減載無法動作；

（2）當功率缺額較小方式下出現(xiàn)孤網(wǎng)運行時，可能會因為傳統(tǒng)低頻減載和低壓減載配置不當導致負荷過切；

（3）全網(wǎng)的裝機容量與負荷在各分區(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荷比例分配，缺乏合理性；

（4）部分分區(qū)負荷缺額相當大，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性分析

隨著江蘇電網(wǎng)分層分區(qū)運行模式的普遍實行，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，但個別局部孤網(wǎng)系統(tǒng)內出現(xiàn)嚴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)內很多220kV孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率和電壓安全可能將無法得到保障；

（3）對于某些功率缺額較大的孤網(wǎng)地區(qū)，原來的低頻、低壓減載配置方案也可能導致切負荷量不足、切負荷速度過慢、孤網(wǎng)后電壓可能先于頻率發(fā)生崩潰等問題。

3.2 分區(qū)負荷聯(lián)切裝置的切負荷方案

江蘇電網(wǎng)多個地區(qū)，均可能出現(xiàn)局部的220kV孤網(wǎng)系統(tǒng)，且其功率缺額會大于50%，有的甚至達到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險；

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

（4）系統(tǒng)孤網(wǎng)后導致電壓下降過多、過快或是發(fā)生電壓崩潰，低頻減載往往不能動作，江蘇電網(wǎng)內很多的孤網(wǎng)系統(tǒng)內均存在該現(xiàn)象，且?guī)в幸欢ǖ钠毡樾裕?/p>

（5）僅依賴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)后導致電壓或頻率下降過多、過快，目前已有低頻或低壓減載裝置內防誤動作的df/dt或du/dt可能會達到閉鎖條件，使得本應即刻動作的低頻或低壓減載裝置反而不能動作。

3.3 分區(qū)負荷聯(lián)切裝置動作的門檻值

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

（1）低壓減載配置動作延時普遍偏長；

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

（5）低頻減載的配置方式有待改變，應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建議

4.1 改進總則

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

（1）從長遠來看，對江蘇電網(wǎng)整體而言，配置的低頻減載總量應保證相應水平年最大負荷的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?shù)团?，以維持目前的總配置量基本不變。

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

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

（5）送端電網(wǎng)內（如蘇北各送電分區(qū)）配置的低頻減載總量建議可少配，同時應妥善處理好高周切機與低頻低壓減載間的協(xié)調配合問題。

（6）對送端電網(wǎng)內可能存在嚴重功率缺額的分區(qū)，低頻減載總量仍需視實際最大功率缺額情況來配置。

（7）有關低壓減載配置方面改進建議。部分分區(qū)，比如蘇北的鹽城分區(qū)，目前沒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)，低壓減載裝置動作的延時須重新整定，建議縮短低壓減載配置的延時；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，還需提高低壓減載各輪配置比例。

（8）實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題。功率缺額較大時，加速切除后繼輪次。經(jīng)詳細研究后，得到相應孤網(wǎng)地區(qū)出現(xiàn)最大功率缺額時其內部的電壓和頻率下降速率，并調整防誤動的閉鎖定值。

4.2 其他改進建議

除以上有關低頻、低壓減載配置方面的改進建議外，還需考慮以下相關問題：

（1）2011年江蘇石牌、寧揚分區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)后，目前低頻、低壓減載方案基本能適應，但為了保證孤網(wǎng)后系統(tǒng)穩(wěn)定性，需對各自分區(qū)內的發(fā)電機高周保護定值進行改進。

（2）對于孤網(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)切負荷，并與低頻低壓減載間協(xié)調配合。

4.3 江蘇電網(wǎng)內低頻減載配置理念的改進建議

隨著電網(wǎng)內分層分區(qū)運行的現(xiàn)象越來越普遍，這意味著，大區(qū)電網(wǎng)內出現(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計的，反而在需要時，不能保證這些孤網(wǎng)系統(tǒng)內的頻率安全。針對該現(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荷區(qū)孤網(wǎng)情況下的頻率安全，即該類地區(qū)的低頻減載需進行特殊配置；

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

（3）當整體和局部的低頻減載配置間出現(xiàn)矛盾時，應顧全整體，同時兼顧局部；如的確難以平衡，可按它們出現(xiàn)功率缺額的概率大小來進行優(yōu)先抉擇。

5 結束語

低頻低壓減載作為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行第三道防線的重要手段，其動作條件僅依賴于就地電氣量，與故障原因、故障形式無關，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)定運行中的重要性。隨著電網(wǎng)內分層分區(qū)運行的現(xiàn)象越來越普遍，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)；國務院新頒布的 《電力安全事故應急處置和調查處理條例》，對于電力安全事故等級劃分的標準，規(guī)定了對于事故的五個方面判定項，其中首先就是造成電網(wǎng)減供負荷的比例、造成城市供電用戶停電的比例，導致以往常規(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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