电力系统中10kV配网架空裸导线自动低频减负荷控制系统研究

电力系统中10kV配网架空裸导线自动低频减负荷控制系统研究

邹宇张宝珠陈恒龙邱龙富李文杰

（广西电网有限责任公司钦州供电局广西钦州535000）

摘要：供电频率在电力系统中是关乎运行安全的参数之一，也是系统供电质量的重要指标之一。当系统频率下降时会影响供电质量。本文设计了利用10kV配网架空裸导线对自动低频减负荷系统进行控制，在功率下降时自动减负荷来保证供电频率。对自动低频减负荷控制系统的继电器和控制传感器进行设计，在软件上设计了整个自动切负荷控制流程。通过仿真实验，本文设计的方法系统各点频率最低值高于传统方案，有效控制了频率变化深度，防止频率变化的幅度过大，造成系统片帮，引发供电崩溃，提高了电力系统供电的安全可靠性。

关键词：配网架空裸导线；减负荷控制；电力系统；

Abstract：Thepowersupplyfrequencyisoneoftheparametersrelatedtooperationalsafetyinthepowersystem,anditisalsooneoftheimportantindicatorsofthesystempowerquality.Whenthesystemfrequencydrops,itwillaffectthepowerquality.Inthispaper,theautomaticlow-frequencyloadsheddingsystemiscontrolledbythebarebarewireof10kVdistributionnetwork.Whenthepowerisreduced,theloadisautomaticallyreducedtoensurethepowersupplyfrequency.Therelayandcontrolsensoroftheautomaticlowfrequencyloadsheddingcontrolsystemaredesigned,andtheentireautomaticloadsheddingcontrolprocessisdesignedinsoftware.Throughthesimulationexperiment,thelowestfrequencyofeachmethodinthemethoddesignedinthispaperishigherthanthetraditionalscheme,effectivelycontrollingthedepthoffrequencychange,preventingtheamplitudeofthefrequencyfrombeingtoolarge,causingthesystemtohelpthepowersupply,causingthepowersupplytocollapseandimprovethepowersupplyofthepowersystem.reliability.

Keywords：distributionnetworkoverheadbarewire;loadreductioncontrol;powersystem;

引言

频率是检验电能生产质量的指标之一。为了提高电力系统的供电质量，保证供电频率的稳定，不影响重要用户的用电时间，当系统中出现种种原因造成的频率下降时，自动断开一部分用户，减载供电负荷来阻止频率下降，使频率保持在正常值，这种装置叫自动低频减负荷装置。它不仅仅能维持频率稳定，而且可以避免电力系统瓦解事故。传统低频减荷系统在实际应用中已经不能满足当下的供电需要。对新的自动低频减负荷控制系统的研究势在必行。

1自动低频减负荷控制系统硬件设计

1.1继电器结构设计

以10kV配网架空裸导线为核心的继电器设计是自动低频减负荷系统的核心。近年来，对于设备保护的重视程度越来越高，智能型继电器进入了我们的视线。这种继电器利用了转变惯量常数进行控制，通过连接局域网，与client/server结构相配合[1]，接收来自利用配网架空裸导线传导的电流控制信息，实现在线编程控制自动减载，提高了供电频率下降时减负荷装置的控制速度。继电器主要结构如图1所示：

Q1:常闭静触点Q2：主双金属片D1：衔铁L1：线圈

图1继电器的主要结构

和配网架空裸导线连接的是继电器主要包括常闭静触点、主双金属片、衔铁、线圈四个部分。其中，以常闭静触点作为激励量的组成包括控制方式选择、电位开关、电泵开关、电力急停、复位开关、电机运行状态；以模拟电信号作为输入的包括配网架空裸导线的频率、电压，电机电流的总量[2]；以主双金属片作为输出的包括供电系统电机开关控制、继电器阀开关控制、报警开关控制、运行指示灯、供电总量。以线圈传输电流给主双金属片和衔铁，并对电力系统有自动调节、安全保护、转换电路等作用。

1.2控制传感器设计

本系统的控制传感器采用超频传感器，安装位置在

距离继电器1m左右的裸导线，通过观察系统是否发生扰动和电频率大小的变化来决定供电系统的负荷量是否需要调整。

超频传感器利用供电的频率和正反向电流的速度差计算通过裸导线的电流频率。根据继电器控制参数的数量可以对控制传感器的各个模块进行选择，主站模块的选型见表1：

表1控制传感器模块选型

中央处理CPU选择为221-Pasi/Gap，该CPU具有联网接口，通过此接口可以控制变频器，在电力系统中作为一主一备，保证可靠性，其优点是扩展速度快、传输能力强；电源模块采取220V供电的工作方式，根据电流的大小最终选择PFD-534型号的电源，保证控制系统的能源可靠性；电量的输出选择HJ211模块，电量的输入选择HJ212模块。在电力系统稳态运行情况下，全系统的控制传感器负荷是维持在稳定状态的[3]，发电机上的配网架空裸导线各个位置的电磁转量是相等的。也就是说，整个电力系统在同一时间的频率各个位置都相等，且固定不变。随着电量输出的变化，系统中的负荷扰动也是变化的，使得控制传感器的频率稳定自动切负荷在发电机组上将出现转矩不平衡和转速的变化，因而使系统频率保持在稳定状态。

2自动低频减负荷控制系统软件设计

本文所提出的配网架空裸导线频率稳定自动切负荷控制，属于电力系统安全稳定控制中的关键之处。其自动低频减负荷的控制是利用系统频率的扰动控制传感器，触发相应的安全警报，自动实施稳定控制措施。工作过程中，监测到系统发生频率扰动时，比如有功功率缺额或发电机故障导致频率异常的时候，频率预测程序会自动预警，并激发自动切负荷控制程序，实现系统的低频减负荷。整个自动切负荷控制流程如图：

图1自动切负荷控制流程

首先，利用配网架空裸导线检测数据及事先获取的系统稳定频率数据，对发生扰动后系统频率的最低值进行预测[4]；在检测到实时系统频率的最低值比系统稳定频率数据低的时候，则自动进行相应的切负荷量的操作。当检测的系统频率最低值高于安全值，则不进行预警并继续监测。使用频率变化率启动减负荷装置进行计算：

（1）

代表减负荷量；代表实际发电机转数；代表设定的发电机转数；代表负荷节点输出功率变化量。根据频率变化率达到设定值动作，在公式（1）中M表示第M个数据样本，则有：

（2）

在严重功率缺额时对剩余负荷量迅速处理，采用频率下降速率

原理实现的装置[5]，不需要加任何时延和防误动措施，可直接根据事故时频率下降速率来确定电网功率缺额的大小。自动低频减负荷控制系统软件实现积极主动快速减载还是延时减载，有效控制了频率变化深度，防止频率变化的幅度过大，造成系统片帮，引发供电崩溃，提高了电力系统供电的安全可靠性。

3仿真实验

为验证本文设计的系统在电力系统中的有效性，构造了一个电力系统，对比传统方法和本文设计的配网架空裸导线自动低频减负荷控制系统，测得的频率动态过程如下图所示：

图2传统方法频率动态

图3本文方法频率动态

从上两图分析可知，利用本文设计的方法，供电系统在运行时的频率最低值高于传统方案，有效控制了频率变化深度，防止频率变化的幅度过大，造成系统片帮，引发供电崩溃，提高了电力系统供电的安全可靠性。

结束语

自动低频减负荷控制系统是整个供电系统的安全保障。使整个供电系统的频率保持在一个稳定的区间。设计10kV配网架空裸导线自动低频减负荷控制系统，能够满足电力系统的实时频率标准要求，有效控制了频率变化深度，防止频率变化的幅度过大，造成系统片帮，引发供电崩溃，提高了电力系统供电的安全可靠性。

参考文献

[1]李振成.10kV配网架空绝缘导线应用中的问题分析及对策探究[J].中国新技术新产品,2017(16):40-41.

[2]戚野白,王丹,贾宏杰,等.基于需求响应的集群温控负荷建模及参与低频减载策略研究[J].中国电机工程学报,2017,37(3):751-759.

[3]高源,孙学东,张喆,等.10kV架空裸导线雷击断线机理仿真与试验研究[J].高压电器,2017(8):129-133.

[4]金涛,刘对.基于广义形态滤波与改进矩阵束的电力系统低频振荡模态辨识[J].电工技术学报,2017,32(6):3-13.

[5]孙毅,李泽坤,刘迪,等.可控负荷参与低频减载的动态集群优化控制策略[J].中国电机工程学报,2018,38(7):1913-1921.

作者简介

邹宇（1981.11.13），男，学历：三峡大学电气工程及其自动化本科毕业，单位：广西电网有限责任公司钦州供电局，研究方向：电力系统工程方向专业。