电力系统自动装置低频减载
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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
2020/5/12
10/37
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—
2020/5/12
2/37
电力系统自动装置
2020/5/12
3/37
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
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
2020/5/12
9/37
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
电压水平下降
加剧无功不足
电动势下降
2020/5/12
8/37
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。
•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。
等值机的惯性 时间常数
TX
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd*
dt
PT *
PL*
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
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。
2020/5/12
4/37
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
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。
2WKN PGN
d*
dt
TG
d*
dt
PT* PL*
2020/5/12
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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 fi 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。
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
2020/5/12
7/37
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。
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
11/37
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
（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
J
2 N
2WKN PGN N
d 2WKN dt PGN
d* dt
M *
2WKN
2 N
d dt
M
考虑到机械角速 度变化不太快
* * M * P*
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
2020/5/12
North China Electric Power University
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电力系统典型事故
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
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
•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。
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。
—电力系统频率的动态过程。
•用 f X t 来表示电力系统频率动态特性。
•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。
2020/5/12
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
2020/5/12
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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。
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
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
2020/5/12
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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—
2020/5/12
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电力系统自动装置
2020/5/12
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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
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
2020/5/12
9/37
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
电压水平下降
加剧无功不足
电动势下降
2020/5/12
8/37
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。
•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。
等值机的惯性 时间常数
TX
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd*
dt
PT *
PL*
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
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。
2020/5/12
4/37
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
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。
2WKN PGN
d*
dt
TG
d*
dt
PT* PL*
2020/5/12
12/37
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 fi 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。
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
2020/5/12
7/37
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。
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
11/37
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
（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
J
2 N
2WKN PGN N
d 2WKN dt PGN
d* dt
M *
2WKN
2 N
d dt
M
考虑到机械角速 度变化不太快
* * M * P*
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
2020/5/12
North China Electric Power University
5/37
电力系统典型事故
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
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
•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。
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。
—电力系统频率的动态过程。
•用 f X t 来表示电力系统频率动态特性。
•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。
2020/5/12
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
2020/5/12
6/37
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。
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