电力系统自动装置第六章-低频减载1讲课稿
第六章 电力系统自动低频减载及其他安全自动装置
四、自动低频减载的工作原理
装置的动作顺序
B
最大功率缺额 的确定
A 自动低频减载
C 频率级差的选
择
后备级的考虑
E
D 每级切除负荷
量限制
四、自动低频减载的工作原理
“轮” ：计算点 f1、f2⋯ ⋯ fn 点1：系统发生了大量的有功功率缺额 点2：频率下降到 f1，第一轮继电器起动，经 一定时间 Δt1 点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率 缺额进行的计算。 点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不 能求到系统有功功率缺额的数值，那么频 率还会继续下降，很显然由于切除了一部 分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将 按3-4的曲线而不是3-3'曲线继续下降。
二、电力系统频率的静态特性
功率缺额值。 P h
1 f Ph KL
K L 通常以标幺值表示：
50 Ph Ph % f K L* PLN 2 K L*
PLN 额定工况下的有功负荷。
例 电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定 容量为450MW，此时系统中的负荷功率为430MW ，负荷调节效应为KL*=1.5，设这时发生事故，突 然切除额定容量为100MW的发电机组，如不采取 任何措施，求事故情况下的稳态频率。 解：当时系统的热备用为 20MW, 所以实际功率缺额 为80MW,将有关数据代入上式得：
1 f Ph KL
可得
Ph max PL max K L* f * PLN PL max
PL max
Ph max K L* PLN f* 1 K L* f *
六、各轮动作功率的选择
1）第一级动作频率 f1 一般的一级启动频率整定在 48.5~49Hz。 2）最后一轮的动作频率 fn 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于 46 ～ 46.5Hz。 3）前后两级动作的时间间隔 前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差 和开关固有跳闸时间限制的。 4）频率级差
电力系统自动低频减载(整理)
电力系统自动低频减载电力系统频率及有功功率的自动调节1． 电力系统自动调频1.1电力系统频率波动的原因频率是电能质量的重要指标之一，在稳态条件下，电力系统的频率是一个全系统一致的运行参数。
系统频率的波动直接原因是发电机输入功率＆输出功率之间的不平衡，众所周知，单一电源的系统频率是同步发电机转速的函数：60np f =n ――电机的转速，r/min ； f ――电力系统的频率，HZ ； p ――电机的极对数；对于一般的火力发电机组，发电机的极对数为1，额定转速为3000 r/min ，亦即额定频率为50HZ 。
此时，系统频率又可以用同步发电机的角速度的函数来表示：π2w f =为了研究系统频率变换的规律，需要研究同步发电机的运动规律。
同步发电机组的运动方程为：dtdw JT T T e m =∆=-mT ――输入机械转距；e T ――输出电磁转距（忽略空载转距，即负荷转距）；J ――发电机组的转动惯量；dtdw ――发电机组的角加速度；由于功率和力矩之间存在转换关系（P=wT ）上式经过规格化处理和拉氏变换后，可得传递函数：w H P P S e m ∆=-2P――原动机功率（发电机的输入功率）；mP――发电机电磁功率；eH――发电机组的惯性常数；S――角速度变化量；w由此可知，当原动机功率和发电机电磁功率之间产生不平衡的时候，必然引起发电机转速的变化，即引起系统频率的变化。
在众多发电机组并联运行的电力系统中，尽管原动机功率P不是恒定不变的，但它主要m取决与本台发电机的原动机和调速器的特性，因而是相对容易控制的因素；而发电机电磁功率P的变化则不仅与本台发电机的电磁特性有关，更取决于电力系统的负荷特性，是难以控e制的因素，而这正是引起电力系统频率波动的主要原因。
1.2调频的必要性电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不良的影响，所以必须保持频率在额定值50hz上下，且其偏移量不能超过一定范围。
电力系统自动装置低频减载
1 f K L Ph
系统功率缺额 负荷的频率调节特性
f 50 Ph K L* PLN
系统功率缺额
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2、电力系统频率的动态特性
B系统
i
PAi
PBi
Uii
在系统稳态运行情况下
A系统 ui U mi sinit i
全电网统一的角频率
•当系统受到微小扰动时，系统频率仍然维持 f X ，PAi PBi 发生
解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠
自动控制系统装置来完成。
电磁暂态
Electromagnetic Switching Transient
暂态稳定
Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定
系统运行 Power system operation
第六章 电力系统自动低频减 载及其他安全控制装置
主要内容
电力系统典型事故 自动低频减载
频率的静态/动态特性 自动低频减载的工作原理
最大功率缺额/动作顺序/频率级差选择 每段切功率的限制/延时与防止误动作特殊轮
自动低频减载装置
其他安全自动控制装置 自动解列装置 水轮机低频自启动装置 自动切机与电气制动
变化， i 也发生变化。此时，母线电压的瞬时角频率为
i
d dt
X
t
i
X
d i
dt
X
i
fi f X fi
•由于在扰动过程中，各母线电压的相角不可能具有相同的变化
率，因此，系统中各母线电压频率变化并一致。 变化情况。
f
i
取决于
i
的
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第6章 电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
第6章电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置
1、电力系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，可能产生哪些方面的影响。
2、电力系统在某一运行方式时，运行机组的总额定容量为1000MW，此时系统中负荷功率为
920MW，负荷的调节效应系数为1.6，设这时发生事故，突然切除额定容量为150MW的发电机组，若不采取任何措施，求事故情况下的稳态额定频率值。
3、某系统的负荷总功率为10000MW，系统的最大功率缺额为1800MW，系统的负荷调节效应
系数为1.8，自动低频减载装置动作后，希望系统恢复频率为48.5HZ，求接入低频减载装置的功率总数。
4、自动低频减载装置为什么要装设后备段，后备的动作频率和功率总数怎么确定的？
5、自动低频减载装置防止误动的措施有哪些？
6、自动解列装置在解列点选择时应考虑哪些原则？。
微机电力自动装置原理课件第6章自动低频减载
五、自动低频减载装置
• （一）装置原理接线-----图6-6 • 1、由：电力系统+变电站+自动低频减载装置等组成。 • 2、自动低频减载装置由：f---低频继电器+△t延时单元+EX跳闸执行单元（每个单
元管不同的功率）等组成。 • 3、 f---低频继电器：有模拟式和数字式俩种。数字式的见图6-8、6-9。他由三个
df* dt
TX
PGN PLN
df* dt
TX 系统等值机组惯性时间与TG相当。 PL PLN KLf ;所以PT* PL* KL*f* 若功率缺额为Ph得：
TX
PGN df* PLN K L* dt
f*
Ph* K L*
Txf
df* dt
f*
t
解微分方程得：f * Txf (1 eTxf )
率缺额为Phmax 1200MW;负荷调节效应系数KL* 2，希望系统恢复频率fh 48HZ,求接入低频
减载装置的功率PLmax ？
17
•
解：希望恢复频率的标么值为：
f*
50 48 50
0.04
PL max
1200
25000 1 2 0.04
0.04
870(M W )
所以减去870(M W )的负荷，才能使频率
第六章 电力系统自动低频减载及 其他安全自动控制装置
6.1 6.2 自动低频减载 6.3 其他安全装置
1
6.1 概述
•
6.1.1电力系统自动低频减载的含义
•
电网出现严重故障时,所以发电机都满负荷发电也依然
不能满足功率缺额条件下,电网频率不断往下掉.即出现低频的情况
发生，.电力系统自动控制装置一检测到出现低频的情况，立即将
第六章按频率自动减负荷装置总结课件
• 由于负荷调节效应的存在，当电力系统因有功功率 不平衡引起频率变化时，负荷自动改变消耗的有功 功率，对系统有一定的补偿作用，使系统可以稳定 运行在一个新的频率。但是，负荷的频率调节效应 毕竟是有限的，当电力系统出现较大的有功功率缺 额时， 如果仅仅依靠负荷的频率调节效应来补偿， 系统频率将会降低到不允许程度，从而破坏系统的 安全稳定运行。在这种情况下， 必须借助按频率自 动减负荷装置(简称AFL装置)来切除一部分不重要 的负荷，才能保证系统的安全稳定运行。
用标幺值表示，并取额定频率时的负荷功率PLN为功 率PL 的基准值，额定频率fN为频率f 的基准值,则有
显然，当系统的频率为额定值时， f*=1 ，PL*=1，
于是：
15
• 电力系统负荷的静态频率特性曲线如图6-1所示：
•当频率下降时，负荷从系统中 取用的功率将下降；
•系统频率升高时,负荷从系统 中取用的功率将增加。
19
•KL*是一个无量纲的数,
•KL*是调度部门要掌握的数据， 在实际系统中，需要 经过测试求得，也可根据负荷统计资料分析估算确定。
•对同一个系统,KL* 随季节及昼夜交替而变化，但差 别不大，因此对一个系统而言可近似认为KL*是不变 的，一般负荷调节效应系数在1~3之间 。
•KL与负荷的大小有关，调度部门只要掌握KL* 的值, 就很容易算出KL 的值，从而得到频率偏移量与功率 调节量之间的关系。
7
• 频率异常不同于系统正常运行中的频率波动。 • 频率异常是系统发生事故时，由于突然造成的有
功功率严重不平衡引起的频率大幅度剧烈变化。 • 导致有功功率平衡关系突变的直接原因有： • (1)两个系统间联络线因故障跳开。 • (2)系统内有大机组突然故障退出运行，而旋转
第六章__电力系统自动低频减载及其他安全控制装置分解
•尽管频率动态除负荷，即按频率自动减载。 •自动低频减载装置是在电力系统发生事故后系统频率下降时，按 照频率的不同数值按顺序依次切除负荷，也就是将最大开断功率 分配在不同启动频率值的区段内分批切除负荷。 •为了确定自动低频减载装置的级数，应该确定第一级启动频率 和最末一级启动频率 f n 的数值。
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（1）最大功率缺额的确定
1 f Ph KL
f f N f h
Ph. max PL. max K L* f * PLN PL. max
Ph. max K L* PLN f * 1 K L* f *
PL. max
fi fN
K L*
系统缺额由负荷调节 效应来补偿
Pi 1*
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i 1 1 PLk * K L* f i* k 1
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（4）每段切功率的限制
（2）当第i级切除负荷 PLi * 后，系统 f f h 功率缺额由负荷调节效应来补偿。
2、电力系统频率的动态特性
•当频率下降至 f1 ，切除负荷 PL ， 若 PL Ph 则有曲线C •当频率下降至 f1 ，切除负荷 PL ， 若 PL Ph ，且使 f X f1 则有曲线d
•当频率下降至 f1 ，切除负荷 PL ， 若 PL Ph ，且使f X f b 则有曲线e
•在同一事故情况下，切除负荷越多，系统恢复频率就越高，因 此，每级切除负荷的功率受到恢复频率的限制。
•切除功率的限值计算——按照“第i-1级动作切除负荷后，系统 的稳定频率正好在第i级的启动频率上”来考虑。 （1）系统缺额功率 Pi 1
Pi 1 PLN PLk
电力系统自动低频减载及其他安全自动装置
《电力系统自动装置》主讲教师： 胡志坚武汉大学电气工程学院第一节自动低频减载一、概述a) 事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。
b) 所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在系统频率降到某值以下，采取切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。
c) 这种办法称为按频率自动减负荷。
中文简拼为“ZPJH”，英文为UFLS（Under Frequency Load Shedding）。
二、系统频率的事故限额（1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，有时可能形成恶性循环，直至“频率雪崩”。
（2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。
（3）电力系统频率变化对用户的不利影响：频率变化将引起异步电动机转速的变化。
系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。
（4）汽轮机对频率的限制。
（5）频率升高对大机组的影响。
（6）频率对核能电厂的影响。
三、系统频率的动态特性系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，其表示式为式中f∞——由功率缺额引起的另一个稳定运行频率T f——系统频率变化的时间常数，它与系统等值机组惯性常数以及负荷调节效应系数K L∗有关，一般在（4～10）间。
大系统T f较大，小系统T f较小。
四、自动低频减载（按频率自动减负荷装置“ZPJH”）的工作原理“轮” ：计算点f1、f2⋯⋯f n点1：系统发生了大量的有功功率缺额点2：频率下降到f1，第一轮继电器起动，经一定时间Δt1点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进行的计算。
点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将按3-4的曲线而不是3-3'曲线继续下降。
点4：当频率下降到f时，ZPJH的第二轮频率继电器2后启动，经一定时间Δt2点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。
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解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠
自动控制系统装置来完成。
电磁暂态
Electromagnetic Switching Transient
暂态稳定
Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定
系统运行 Power system operation
Small signal stability 长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001 0.01
0.1
1
10
100
1000 Sec.
继电保护范围 自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围
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率，因此，系统中各母线电压频率变化并一致。 f i
变化情况。
取决于
i
的
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2、电力系统频率的动态特性
•电力系统由于有功功率的平衡遭到破坏，引起系统频率发生变 化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值所经历的时间过程—
—电力系统频率的动态过程。
•用 fX t 来表示电力系统频率动态特性。
•当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统 中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。 此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。
f
1 KL
Ph
系统功率缺额 负荷的频率调节特性
f 50 Ph KL*PLN
系统功率缺额
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2、电力系统频率的动态特性
迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成受 端更为严重的功率缺额。
事故处理：
1、对于事故1，B系统迅速切除负荷
2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率
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North China Electric Power University
4/37Biblioteka 力系统典型事故存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并
电力系统自动装置第六章-低频 减载1
电力系统自动装置
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电力系统典型事故
•电力系统自动装置就是针对危及系统安全运行的故障所采用
的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预
定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。
PA
输电线路1
B系统
A电厂
输电线路2
事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率 PA 。 如果运行机组备用容量远小于 PA ，则会造成电网功率的严重
缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及 系统安全，甚至整个系统崩溃。
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电力系统典型事故
B系统
PA
输电线路1
A电厂
输电线路2
事故2：在双回线路上输送的功率 PA 很大，当有一回线三相短 路而被切除，PA 超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果不
PA
输电线路1
B系统
A电厂
输电线路2
•为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切 除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。
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频率降低对电力系统的影响
•系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩 溃的严重后果。
1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹， 甚至叶片断裂。
d* d* df*
dt dt dt
转换为以负荷 在额定频率时TX 的总功率为基
PGNdf* PLN dt
PT*PL*
PLPLNKLf
准功率
TXPLP NG K NL*dd tf*f* K P Lh**
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2、电力系统频率的动态特性
TXPLP NG K NL*dd tf*f* K P Lh**
•当系统出现功率缺额时，系统中旋转的动能都为支持电网的能 耗而做出贡献。
•频率随时间变化的过程主要取决于有功功率缺额大小和系统中 所有转动部分的机械惯性，包括：汽轮机、同步发电机、同步 调相机、电动机及其拖动的机械设备。
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2、电力系统频率的动态特性
研究电力系统频率的动态过程
2、发生频率崩溃现象 频率降低
3、发生电压崩溃现象
火电厂厂用机械出力降低
发电厂出力降低
锅炉出力降低
励磁机、发电机转速下降 频率降低
电压水平下降
加剧无功不足
电动势下降
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1、电力系统频率的静态特性
•在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运 行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。
（1）以单机单负荷为例：
系统出现有功缺额时，转子运动方程 J d M
dt
转子动能
WKN
1 2
J2N
P 2G W N KN Nddt2P W G KN Ndd *tM *
2WKN d M 2N dt
考虑到机械角速 度变化不太快
* * M* P*
2P W G KN N dd *tTGdd *tP T*PL*
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2、电力系统频率的动态特性
（2）全网多台机组并联运行：
•考虑忽略各节点频率偏差 f i 的差异，把全系统的所有机组看作
一台等值机。
•电动机及其拖动机械负荷的转动惯量远小于发电机组的转动惯 量，可以忽略，这样并不会影响计算结果。
等值机的惯性 时间常数
TX
d*
dt
PT*
PL*
第二节 自动低频减载
•电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有 功功率之间的平衡状况。
•当电力系统发生了较大的事故时，系统出现了严重的功率缺额， 其缺额值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令全系 统中运行的所有发电机都发出其设备可能提供的最大功率，仍 然不能满足负荷功率的需要，所引发的系统频率下降值远远超 出了系统安全运行所允许的范围。
Txf
df* dt
f*
Ph* KL*
•当系统出现功率缺额或者功率过剩时，系统频率 fX t
B系统
i
PAi
PBi
Uii
在系统稳态运行情况下
A系统 u i U m siiin ti
全电网统一的角频率
•当系统受到微小扰动时，系统频率仍然维持 f X ，PAi PBi 发生
变化， i 也发生变化。此时，母线电压的瞬时角频率为
i d dtXtiXdditXi
fi fXfi
•由于在扰动过程中，各母线电压的相角不可能具有相同的变化