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摘要：低频减载（UFLS）作为系统运行中极其重要的控制手段，必须有准确而合理的整定方案。本文研究了两种算法。在两种方法的基础之上，在低频减载的频率紧急控制装置中扩充df/dt的应用，并论述了df/dt在防止装置过切以及误动作方面的可行性，形成了"紧急轮+基本轮+恢复轮"的新模式。
关键词：UFLS；BPA；df/dt
0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：第一级的标准为常见的单一故障，要求系统在发生此类故障时必须保持稳定运行和系统供电；第二级标准为较严重的故障，要求在发生此类故障后，保护、开关及重合闸正确动作，必要时采取切机和切负荷等稳定控制措施；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。
低频减载（Under-Frequency Load Shedding -UFLS）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，在分区内迅速调整发电出力，使发电，输电，用电之间形成新的稳定匹配，以最小的切负荷量在最短的时间内使系统频率重新恢复至正常范围，以维持整个电网的稳定。
1.2UFLS整定原理
低频减载（Under-Frequency Load Shedding，UFLS）的整定原则主要是计算出在频率不断降低的情况下，应该设置怎样的切负荷轮数及各轮动作频率、动作量才能使系统以最小的切负荷代价将频率尽快地恢复至正常频率。国内外对整定计算方法做了大量的研究，本软件主要采取最大可用容量法和恢复频率法进行整定。
1.2.1最大可用容量法
最大可用容量法的思路：
频率fi处可采用的最大负荷切除容量可以很容易地确定。如频率由额定值下降到fi并稳定在该值，对应的过负荷值可知应为可切除的最大负荷，故可取：
式中，kD表示负荷频率调节效应系数。如果在fi级动作前第1级至第i-1级己切除了部分负荷，上式的结果仍然是正确的，因为既然频率在前i-1级动作后还能降到fi处，说明此时系统中存在的过负荷量仍是由（1）式求得的PLSi。
如已知f1，fn并设级差为常数，则级数n及各级的频率定值fi均可确定，可由（1）式求出各级切除负荷容量。显然UFLS1的切除容量与kD值和级差的大小有密切关系：
由上式可见，当n或kD增加时UFLS总容量将成正比例上升，这在实用中是不希望的。因此对应于给定的kD，希望能找到一个适当的级数n，使得UFLS总容量大致等于要求值，如40%。本软件采用迭代方法，给定f1后，改变△f，取级数n=INT[（f1-fn）/△f]+1，从而可以确定n并根据式（3）计算UFLS总容量，如容量不在事先给定的范围内，则重新修改直到总容量合适为止。
1.2.2 恢复频率法
恢复频率法是目前我国电力系统中常用的设计方法，其设计思路是试图恢复系统频率，如第i-1级UFLS动作后使频率稳定在第i级的频率定值fi上，希望第i级动作后可将频率恢复至给定的恢复频率fhf处，由此条件可计算出各级切除的负荷量PLSi为：
软件中fhf，f0由用户设定，一般取fhf = 50Hz。
1.2.3 区域频率调节效应系数kD
系统负荷频率调节效应系數的物理意义是不考虑发电机组的调频能力时，对应于每1%的稳态频降时系统的功率缺额占总发电容量的百分数，显然其数值与系统参数、运行方式、负荷分布及负荷组成有密切关系。在多机系统，尤其是复杂多机系统中，各区域电气联系不紧密，机电特性也不一致，从而各区域频率调节效应系数并不相同，因此，本文采用分区域整定模式，以各区域频率调节效应系数代替系统频率调节效应系数进行整定，从而使整定结果更加符合实际。各区域频率调节效应系数可以依靠实时系统的详细仿真研究给出。
2 低频减载中扩充df/dt的应用
2.1 df/dt在UFLS中的功能
df/dt是指系统失去有功功率平衡后，频率的变化速度。在系统功率重新平衡的动态过程中，df/dt是随时间不断变化的，初始时刻df/dt的大小除与运行方式和网络结构有着较大的关系外，还与系统的有功功率缺额直接相关。df/dt一般以微小时间段内跟踪频率的变化来测量，即：
式中f（k+△t）为k+△t时刻的频率值，fk为k时刻的频率值。
目前df/dt在UFLS的中的功能大体分为两类：
1）加速功能。即在电力系统有功功率缺额较大时，加速切负荷，尽早抑制频率的大幅度下降，防止出现频率下降值过低的危险
2）闭锁功能。主要是用以防止由于系统短路、负荷反馈等非正常情况可能引起的装置误动作。
2.2 df/dt的整定
当系统发生大的有功缺额时，为防止频率崩溃，需尽快切除相应的负荷。仿真表明，在此情况下，若按设定的轮次依次减负荷，通常会造成过切的现象，因此应用df/dt来加速切除前两轮或前三轮的负荷，显得尤为重要。
根据设定df/dt的值，在基本轮第一轮启动时加速切除基本轮第二轮的定义为紧急第一轮，基本轮第一轮启动时加速切基本轮第二、第三轮的称之为紧急第二轮。这样，相当于装置的可控轮级进一步增多。各紧急轮启动值df/dt的大小在常见功率缺额方式与最严重的功率缺额之间，可以根据实测数据选择、也可以根据仿真计算整定。这样既能满足最严重的功率缺额方式下的频率控制要求，又可以兼顾系统可能遇到的各种功率缺额方式。
为防止过切，在系统频率的下降过程中（df/dt<0）开放基本轮的出口，在系统频率的回升过程中（f/dt>0时），闭锁基本轮出口，以充分利用系统的备用容量，经系统自动调整后，若频率尚未恢复至理想值，再由恢复轮使系统频率至额定值附近。
3结语
低频减载作为系统运行中极其重要的控制手段，必须有准确而合理的整定方案。本文研究了两种算法。在两种方法的基础之上，在低频减载的频率紧急控制装置中扩充df/dt的应用，并论述了df/dt在防止装置过切以及误动作方面的可行性，形成了"紧急轮+基本轮+恢复轮"的新模式。
作者简介：
南亚楠（1982-），男，汉族，天津人，工程师，主要研究方向：变电检修
关键词：UFLS；BPA；df/dt
0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：第一级的标准为常见的单一故障，要求系统在发生此类故障时必须保持稳定运行和系统供电；第二级标准为较严重的故障，要求在发生此类故障后，保护、开关及重合闸正确动作，必要时采取切机和切负荷等稳定控制措施；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。
低频减载（Under-Frequency Load Shedding -UFLS）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，在分区内迅速调整发电出力，使发电，输电，用电之间形成新的稳定匹配，以最小的切负荷量在最短的时间内使系统频率重新恢复至正常范围，以维持整个电网的稳定。
1.2UFLS整定原理
低频减载（Under-Frequency Load Shedding，UFLS）的整定原则主要是计算出在频率不断降低的情况下，应该设置怎样的切负荷轮数及各轮动作频率、动作量才能使系统以最小的切负荷代价将频率尽快地恢复至正常频率。国内外对整定计算方法做了大量的研究，本软件主要采取最大可用容量法和恢复频率法进行整定。
1.2.1最大可用容量法
最大可用容量法的思路：
频率fi处可采用的最大负荷切除容量可以很容易地确定。如频率由额定值下降到fi并稳定在该值，对应的过负荷值可知应为可切除的最大负荷，故可取：
式中，kD表示负荷频率调节效应系数。如果在fi级动作前第1级至第i-1级己切除了部分负荷，上式的结果仍然是正确的，因为既然频率在前i-1级动作后还能降到fi处，说明此时系统中存在的过负荷量仍是由（1）式求得的PLSi。
如已知f1，fn并设级差为常数，则级数n及各级的频率定值fi均可确定，可由（1）式求出各级切除负荷容量。显然UFLS1的切除容量与kD值和级差的大小有密切关系：
由上式可见，当n或kD增加时UFLS总容量将成正比例上升，这在实用中是不希望的。因此对应于给定的kD，希望能找到一个适当的级数n，使得UFLS总容量大致等于要求值，如40%。本软件采用迭代方法，给定f1后，改变△f，取级数n=INT[（f1-fn）/△f]+1，从而可以确定n并根据式（3）计算UFLS总容量，如容量不在事先给定的范围内，则重新修改直到总容量合适为止。
1.2.2 恢复频率法
恢复频率法是目前我国电力系统中常用的设计方法，其设计思路是试图恢复系统频率，如第i-1级UFLS动作后使频率稳定在第i级的频率定值fi上，希望第i级动作后可将频率恢复至给定的恢复频率fhf处，由此条件可计算出各级切除的负荷量PLSi为：
软件中fhf，f0由用户设定，一般取fhf = 50Hz。
1.2.3 区域频率调节效应系数kD
系统负荷频率调节效应系數的物理意义是不考虑发电机组的调频能力时，对应于每1%的稳态频降时系统的功率缺额占总发电容量的百分数，显然其数值与系统参数、运行方式、负荷分布及负荷组成有密切关系。在多机系统，尤其是复杂多机系统中，各区域电气联系不紧密，机电特性也不一致，从而各区域频率调节效应系数并不相同，因此，本文采用分区域整定模式，以各区域频率调节效应系数代替系统频率调节效应系数进行整定，从而使整定结果更加符合实际。各区域频率调节效应系数可以依靠实时系统的详细仿真研究给出。
2 低频减载中扩充df/dt的应用
2.1 df/dt在UFLS中的功能
df/dt是指系统失去有功功率平衡后，频率的变化速度。在系统功率重新平衡的动态过程中，df/dt是随时间不断变化的，初始时刻df/dt的大小除与运行方式和网络结构有着较大的关系外，还与系统的有功功率缺额直接相关。df/dt一般以微小时间段内跟踪频率的变化来测量，即：
式中f（k+△t）为k+△t时刻的频率值，fk为k时刻的频率值。
目前df/dt在UFLS的中的功能大体分为两类：
1）加速功能。即在电力系统有功功率缺额较大时，加速切负荷，尽早抑制频率的大幅度下降，防止出现频率下降值过低的危险
2）闭锁功能。主要是用以防止由于系统短路、负荷反馈等非正常情况可能引起的装置误动作。
2.2 df/dt的整定
当系统发生大的有功缺额时，为防止频率崩溃，需尽快切除相应的负荷。仿真表明，在此情况下，若按设定的轮次依次减负荷，通常会造成过切的现象，因此应用df/dt来加速切除前两轮或前三轮的负荷，显得尤为重要。
根据设定df/dt的值，在基本轮第一轮启动时加速切除基本轮第二轮的定义为紧急第一轮，基本轮第一轮启动时加速切基本轮第二、第三轮的称之为紧急第二轮。这样，相当于装置的可控轮级进一步增多。各紧急轮启动值df/dt的大小在常见功率缺额方式与最严重的功率缺额之间，可以根据实测数据选择、也可以根据仿真计算整定。这样既能满足最严重的功率缺额方式下的频率控制要求，又可以兼顾系统可能遇到的各种功率缺额方式。
为防止过切，在系统频率的下降过程中（df/dt<0）开放基本轮的出口，在系统频率的回升过程中（f/dt>0时），闭锁基本轮出口，以充分利用系统的备用容量，经系统自动调整后，若频率尚未恢复至理想值，再由恢复轮使系统频率至额定值附近。
3结语
低频减载作为系统运行中极其重要的控制手段，必须有准确而合理的整定方案。本文研究了两种算法。在两种方法的基础之上，在低频减载的频率紧急控制装置中扩充df/dt的应用，并论述了df/dt在防止装置过切以及误动作方面的可行性，形成了"紧急轮+基本轮+恢复轮"的新模式。
作者简介：
南亚楠（1982-），男，汉族，天津人，工程师，主要研究方向：变电检修