题目：自动按频率减负荷动作级数确定原理 院（系）： 电气工程与自动化系 专业班级： 34班 学 号： B12043429 学生姓名： 刘孟飞
《电力系统自动装置》课程论文评分表
摘 要
随着电力系统快速发展，以往的模拟式的低频减载装置由于测量精度差，特别是当系统正常运行中电压下降或者频率瞬时变化较大时可能会误动作，并且整定不方便，更不能组网，已不能满足新的要求。电力系统自动低频减载是一种反事故措施，在电力系统发生严重事故时，系统的有功将严重缺额，电力系统的频率会很快下降，为保证电力系统不至于频率崩溃，必须采取快速明确的措施，必要时按频率下降进行负荷的切除。
本文通过对低频减负荷装置的原理与技术要求的阐述，确定整定方案和控制方式，并进行了运行分析与整定计算。通过电力系统的静态频率特性与动态频率特性的分析计算，确定了符合要求的实验装置。
关键词：低频减载；整定计算；频率特性；
Abstract
Along with the rapid development of power system, the former analog of low frequency load shedding device due to poor measurement accuracy, especially when the system voltage or frequency in the normal operation of the instantaneous changes greatly when may misoperation, and setting is not convenient, more can't networking, already cannot satisfy the new requirement. Automatic power system low frequency load shedding is a kind of anti-accident measures, serious accident in power system, the active will serious deficiency in the system, the frequency of the power system will soon fall, in order to ensure the frequency of power system from collapse, rapid clear measures must be taken, according to frequency decrease load removal if necessary.
Based on the principle and technical requirement of low-frequency load reduction device, determine the setting scheme and control modes, and analyzed the operation and setting calculation. Through the static frequency characteristic of power system and the dynamic frequency characteristic analysis and calculation, the conform to the requirements of experiment device is determined.
Key words: low frequency load shedding; Setting calculation. Frequency characteristics;
目录
第1章 自动低频减负荷装置............................................ 1
1.1 电力系统自动低频减负荷装置概况 ............................... 1
1.2 低频减载的整定内容及要求 ..................................... 2
第2章 低频减载装置的整定计算........................................ 3
2.1 低频减载的工作原理 ........................................... 3
2.2 最大功率额定缺额的确定 ....................................... 4
2.3 各级动作功率的选择及计算 ..................................... 4
2.3.1 各级动作功率的选择 . ............................................................................................ 4
2.3.2 各级动作功率的计算 . ............................................................................................ 5
第3章 论文设计总结.................................................. 7
参考文献............................................................. 8
第1章 自动低频减负荷装置
引言
1.1 电力系统自动低频减负荷装置概况
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）。
一、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。
二、低频运行对电力系统的影响
电力系统频率反映了系统中有功功率的供需平衡情况，它不仅是电力系统运行的重要质量指标，也是影响电力系统安全稳定运行的重要因素。低频运行对电力系统的有以下影响:
1、对发电机和系统安全运行的影响
1) 频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50 Hz的电力系统，当频率降低到45Hz 附近时，某些汽轮机的叶片可能因产生共振而断裂，造成重大事故。
2) 频率下降到47 ～48Hz 时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，火电厂锅炉和汽轮机的出力也随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
3) 在核电厂中，反应堆冷却介质对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵会自动跳开，使反应堆停止运行。
4) 电力系统频率下降使异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加，从而使系统电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电动势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现电压快速且不断下降，即所谓的电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
2、低频运行对电力用户的影响
（1) 电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械转速发生变化。有些产品对加工机械的转速要求很高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。
（2) 电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。
(3) 电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致所带动机械的转速和出力降低，影响用户设备的正常运行。
1.2 低频减载的整定内容及要求
当系统发生严重功率缺额时，低频减载装置中的低频继电器向断路器发送断开信号，通过断路器迅速断开相应数量的负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，防止事故的进一步扩大。
UFLS 方案的整定包括对基本级和特殊级各级频率定值、延时、功率切除量的确定。基本级的任务就是在不过切的情况下尽快制止频率下降，尽可能的使频率恢复到接近正常频率。基本级应快速动作，为了防止在系统振荡或电压急剧下降时误动作，一般可带0. 2～0. 5s的时限。基本级一般按频率等距分级，每级切负荷量分别确定；特殊级的任务是在防止基本级动作后，避免频率长时间悬停在某一不允许的较低值或防止频率缓慢降低，特殊级经一定时延动作，使频率值尽快恢复至49. 5～50Hz 。特殊级通常按时间分级。
一个好的UFLS 方案应能满足下列要求:
1）在各种运行条件和过负荷条件下均能有效防止系统频率下降到危险点以下；
2）在较短时间内使频率恢复到正常值，不出现超调或悬停；
3）切除的总负荷尽可能小；
4）整个UFLS 方案的投资费用尽可能低。
第2章 低频减载装置的整定计算
2.1 低频减载的工作原理
图3.1 统频率的变化过程
各级” ：计算点f 1、f 2, „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f 1，第一级继电器起动，经一定时间Δt 1 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 2时，ZPJH 的第二级频率继电器启动，经一定时间Δt 2后
点5：又断开了接于第二级频率继电器上的用户。
点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿5～6曲线回升，最后稳定在f ∞(2) 。
逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值（同时也
断开了相应的用户）。即系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。
2.2 最大功率额定缺额的确定
1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。
2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。
3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率f hf 可以低于额定频率。
4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率P JH 可以比最大功率缺额P qe 小些。
根据负荷调节效应系数公式
（2-1） (P fhf -P fhN ) /P fhN ∆P fhf *∆P fhf %K L *===(f -f N ) /f N ∆f *∆f *%
可以得到
P - P f -f qe JH e hf = K L * = K L * ∆ f hf * （ 2-2 ） P x -P JH f e
P qe -K L *P x ∆f hf *或 （2-3） P = JH 1-K L *∆f hf * f N -f hf 式中 ——恢复频率偏差的相对值， ∆f =∆f hf *hf *f N ——减负荷前系统用户的总功率。 P x 2.3 各级动作功率的选择及计算
2.3.1 各级动作功率的选择
1）第一级动作频率
一般的一级启动频率整定在49Hz
2）最后一级的动作频率
自动减负荷装置最后一级的动作频率最好不低于46～46.5Hz
3）前后两级动作的频率间隔f dzts
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
2.3.2 各级动作功率的计算
1) 系统频率的最后稳定值在最大恢复频率f hf max i 与最小恢复频率
f hf min i 之间
2) （f hf max i －f hf min i ）是正比于ZPJH 第i 次的计算误差的
3) 当ZPJH 动作后，可能出现的最大误差为最小时，ZPJH 就具有最高的选择性。
4) f hf min 事实上等于特殊级的动作频率
f dzts 。 3.2负荷功率与频率的关系
f e -f y 50-48. 5 ∆f *===0. 03f e 50（2-4）
P qe -K L *∆f *P Le 218-2⨯0. 03⨯1000P JH ===150MW （2-5）
1-K L *∆f *1-2⨯0. 03
第3章 论文设计总结
经过一段时间的论文设计，课社题目已完成. 其基本功能符合实验设计要求。在设计刚刚开始的时候, 有些无从下手，不知道该从何做起, 在老师的指导下大量的收集资料研究题目。我对自动减负荷装置掌握和运用有了很大的提高。尤其是设计框图分析原理方面等，为以后的工作打下了良好基础。所以，本次设计让我受益非浅。但是，由于设计时间较短，所以该系统还有许多不尽如意的地方图画的不精确，各部分叙述的不详细等都有待进一步改善，这次设计得到了老师及同学的支持和帮助, 在此深表感谢。通过此次设计，我学到了很多实践经验，进一步了解自动减负荷自动减载装置如何工作，增强了独立分析能力和解决实际问题的经验，收获是真的，他是实实在在的，经历了这次活动，我感觉我有所成长，它锻炼了我的耐心，在另一方面就是使我能集中注意力；我在其中，掌握了更多的知识，培养了自学能力；还有一点，我不能不说，在这次设中，我学会了一个道理，集体的力量是巨大的，俗话说，同舟共济，我们那时就是这样，我们拼搏，我们讨论，我们共勉。我想，这才是真正的成长快乐。通过这次电力系统自动化论文设计, 使我把理论联系实际，把课本中的东西运用到实际设计当中来，虽然时间比较仓促，经过同学间的互相协助，增强了自己的分析能力，对即将工作的我，掌握的东西还很多，为将来工作打好坚实的基础。
参考文献
[1] 商国才. 电力系统自动化. 天津大学出版社，2000
[2] 王葵等. 电力系统自动化．中国电力出版社，2007.1
[3] 何仰赞等. 电力系统分析. 华中科技大学出版社，2002.3
[4] 于海生. 微型计算机控制技术. 清华大学出版社，2003.4
[5] 王士政. 电网调度自动化与配网自动化技术. 中国水利水电出版社，2007.3
题目：自动按频率减负荷动作级数确定原理 院（系）： 电气工程与自动化系 专业班级： 34班 学 号： B12043429 学生姓名： 刘孟飞
《电力系统自动装置》课程论文评分表
摘 要
随着电力系统快速发展，以往的模拟式的低频减载装置由于测量精度差，特别是当系统正常运行中电压下降或者频率瞬时变化较大时可能会误动作，并且整定不方便，更不能组网，已不能满足新的要求。电力系统自动低频减载是一种反事故措施，在电力系统发生严重事故时，系统的有功将严重缺额，电力系统的频率会很快下降，为保证电力系统不至于频率崩溃，必须采取快速明确的措施，必要时按频率下降进行负荷的切除。
本文通过对低频减负荷装置的原理与技术要求的阐述，确定整定方案和控制方式，并进行了运行分析与整定计算。通过电力系统的静态频率特性与动态频率特性的分析计算，确定了符合要求的实验装置。
关键词：低频减载；整定计算；频率特性；
Abstract
Along with the rapid development of power system, the former analog of low frequency load shedding device due to poor measurement accuracy, especially when the system voltage or frequency in the normal operation of the instantaneous changes greatly when may misoperation, and setting is not convenient, more can't networking, already cannot satisfy the new requirement. Automatic power system low frequency load shedding is a kind of anti-accident measures, serious accident in power system, the active will serious deficiency in the system, the frequency of the power system will soon fall, in order to ensure the frequency of power system from collapse, rapid clear measures must be taken, according to frequency decrease load removal if necessary.
Based on the principle and technical requirement of low-frequency load reduction device, determine the setting scheme and control modes, and analyzed the operation and setting calculation. Through the static frequency characteristic of power system and the dynamic frequency characteristic analysis and calculation, the conform to the requirements of experiment device is determined.
Key words: low frequency load shedding; Setting calculation. Frequency characteristics;
目录
第1章 自动低频减负荷装置............................................ 1
1.1 电力系统自动低频减负荷装置概况 ............................... 1
1.2 低频减载的整定内容及要求 ..................................... 2
第2章 低频减载装置的整定计算........................................ 3
2.1 低频减载的工作原理 ........................................... 3
2.2 最大功率额定缺额的确定 ....................................... 4
2.3 各级动作功率的选择及计算 ..................................... 4
2.3.1 各级动作功率的选择 . ............................................................................................ 4
2.3.2 各级动作功率的计算 . ............................................................................................ 5
第3章 论文设计总结.................................................. 7
参考文献............................................................. 8
第1章 自动低频减负荷装置
引言
1.1 电力系统自动低频减负荷装置概况
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）。
一、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。
二、低频运行对电力系统的影响
电力系统频率反映了系统中有功功率的供需平衡情况，它不仅是电力系统运行的重要质量指标，也是影响电力系统安全稳定运行的重要因素。低频运行对电力系统的有以下影响:
1、对发电机和系统安全运行的影响
1) 频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50 Hz的电力系统，当频率降低到45Hz 附近时，某些汽轮机的叶片可能因产生共振而断裂，造成重大事故。
2) 频率下降到47 ～48Hz 时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，火电厂锅炉和汽轮机的出力也随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
3) 在核电厂中，反应堆冷却介质对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵会自动跳开，使反应堆停止运行。
4) 电力系统频率下降使异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加，从而使系统电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电动势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现电压快速且不断下降，即所谓的电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
2、低频运行对电力用户的影响
（1) 电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械转速发生变化。有些产品对加工机械的转速要求很高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。
（2) 电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。
(3) 电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致所带动机械的转速和出力降低，影响用户设备的正常运行。
1.2 低频减载的整定内容及要求
当系统发生严重功率缺额时，低频减载装置中的低频继电器向断路器发送断开信号，通过断路器迅速断开相应数量的负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率的平衡，防止事故的进一步扩大。
UFLS 方案的整定包括对基本级和特殊级各级频率定值、延时、功率切除量的确定。基本级的任务就是在不过切的情况下尽快制止频率下降，尽可能的使频率恢复到接近正常频率。基本级应快速动作，为了防止在系统振荡或电压急剧下降时误动作，一般可带0. 2～0. 5s的时限。基本级一般按频率等距分级，每级切负荷量分别确定；特殊级的任务是在防止基本级动作后，避免频率长时间悬停在某一不允许的较低值或防止频率缓慢降低，特殊级经一定时延动作，使频率值尽快恢复至49. 5～50Hz 。特殊级通常按时间分级。
一个好的UFLS 方案应能满足下列要求:
1）在各种运行条件和过负荷条件下均能有效防止系统频率下降到危险点以下；
2）在较短时间内使频率恢复到正常值，不出现超调或悬停；
3）切除的总负荷尽可能小；
4）整个UFLS 方案的投资费用尽可能低。
第2章 低频减载装置的整定计算
2.1 低频减载的工作原理
图3.1 统频率的变化过程
各级” ：计算点f 1、f 2, „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f 1，第一级继电器起动，经一定时间Δt 1 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 2时，ZPJH 的第二级频率继电器启动，经一定时间Δt 2后
点5：又断开了接于第二级频率继电器上的用户。
点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿5～6曲线回升，最后稳定在f ∞(2) 。
逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值（同时也
断开了相应的用户）。即系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。
2.2 最大功率额定缺额的确定
1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。
2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。
3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率f hf 可以低于额定频率。
4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率P JH 可以比最大功率缺额P qe 小些。
根据负荷调节效应系数公式
（2-1） (P fhf -P fhN ) /P fhN ∆P fhf *∆P fhf %K L *===(f -f N ) /f N ∆f *∆f *%
可以得到
P - P f -f qe JH e hf = K L * = K L * ∆ f hf * （ 2-2 ） P x -P JH f e
P qe -K L *P x ∆f hf *或 （2-3） P = JH 1-K L *∆f hf * f N -f hf 式中 ——恢复频率偏差的相对值， ∆f =∆f hf *hf *f N ——减负荷前系统用户的总功率。 P x 2.3 各级动作功率的选择及计算
2.3.1 各级动作功率的选择
1）第一级动作频率
一般的一级启动频率整定在49Hz
2）最后一级的动作频率
自动减负荷装置最后一级的动作频率最好不低于46～46.5Hz
3）前后两级动作的频率间隔f dzts
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
2.3.2 各级动作功率的计算
1) 系统频率的最后稳定值在最大恢复频率f hf max i 与最小恢复频率
f hf min i 之间
2) （f hf max i －f hf min i ）是正比于ZPJH 第i 次的计算误差的
3) 当ZPJH 动作后，可能出现的最大误差为最小时，ZPJH 就具有最高的选择性。
4) f hf min 事实上等于特殊级的动作频率
f dzts 。 3.2负荷功率与频率的关系
f e -f y 50-48. 5 ∆f *===0. 03f e 50（2-4）
P qe -K L *∆f *P Le 218-2⨯0. 03⨯1000P JH ===150MW （2-5）
1-K L *∆f *1-2⨯0. 03
第3章 论文设计总结
经过一段时间的论文设计，课社题目已完成. 其基本功能符合实验设计要求。在设计刚刚开始的时候, 有些无从下手，不知道该从何做起, 在老师的指导下大量的收集资料研究题目。我对自动减负荷装置掌握和运用有了很大的提高。尤其是设计框图分析原理方面等，为以后的工作打下了良好基础。所以，本次设计让我受益非浅。但是，由于设计时间较短，所以该系统还有许多不尽如意的地方图画的不精确，各部分叙述的不详细等都有待进一步改善，这次设计得到了老师及同学的支持和帮助, 在此深表感谢。通过此次设计，我学到了很多实践经验，进一步了解自动减负荷自动减载装置如何工作，增强了独立分析能力和解决实际问题的经验，收获是真的，他是实实在在的，经历了这次活动，我感觉我有所成长，它锻炼了我的耐心，在另一方面就是使我能集中注意力；我在其中，掌握了更多的知识，培养了自学能力；还有一点，我不能不说，在这次设中，我学会了一个道理，集体的力量是巨大的，俗话说，同舟共济，我们那时就是这样，我们拼搏，我们讨论，我们共勉。我想，这才是真正的成长快乐。通过这次电力系统自动化论文设计, 使我把理论联系实际，把课本中的东西运用到实际设计当中来，虽然时间比较仓促，经过同学间的互相协助，增强了自己的分析能力，对即将工作的我，掌握的东西还很多，为将来工作打好坚实的基础。
参考文献
[1] 商国才. 电力系统自动化. 天津大学出版社，2000
[2] 王葵等. 电力系统自动化．中国电力出版社，2007.1
[3] 何仰赞等. 电力系统分析. 华中科技大学出版社，2002.3
[4] 于海生. 微型计算机控制技术. 清华大学出版社，2003.4
[5] 王士政. 电网调度自动化与配网自动化技术. 中国水利水电出版社，2007.3