一种防止电网瓦解的方法及系统

摘要

本发明公开了一种防止电网瓦解的方法及系统，该方法及系统包括低频减载外，还采用输电线路、机组的故障信号切除电源不足地区部分次要负荷，防止输电线路大幅度超负荷引起稳定性被破坏而使电网解列以及电源不足地区有功严重不足引起频率崩溃、电力富余地区有功严重过剩造成频率太高使并网机组解列，能够防止美国2003年纽约大停电、2003年加拿大全国停电、1999年台湾全岛停电这一类电网瓦解事故的发生。

说明书

一、技术领域

本发明属于电力运行范畴，具体涉及一种防止电网瓦解的方法及系统。

二、背景技术

电网包括有输电线路(为叙述方便，本申请文件把连接区域电网之间的高压输电线路泛称为输电线路)、枢纽变电站(为叙述方便，本申请文件把连接输电线路和区域电网的变电站泛称为枢纽变电站)、大型发电机组和若干区域电网，区域电网与枢纽变电站连接，输电线路把各个枢纽变电站连成一个电能输送网络，大型发电机组与枢纽变电站连接或经区域电网连接至枢纽变电站。这样，大型发电机组发出电能供其所在地区的区域电网使用，剩余电能通过输电线路，输送到其它区域电网。发电机组配置有调速装置、强行励磁和强行减磁装置，当电网故障时调节发电机的输出有功功率和无功功率，以维持和恢复电网稳定运行；同时，在区域电网还设置有低频减载装置，当电网故障引起运行频率下降到某一整定值时，切除部分次要负荷，保持电网有功功率平衡。

为了提高发电机的发电效率，机组的单机容量越来越大。目前，单机容量已达到60万KW、90万KW，甚至超过100万KW。同时，由于地区电力资源、经济发展和电网运行方式的不同，有些地区的并网发电机组容量很大，而用电负荷较小(本申请文件把这类地区称为电力富余地区)；也有些地区用电负荷远大于并网发电机组容量，本区域发电机组所发出电力，无法满足用电需求(本申请文件把这类地区称为电源不足地区)：这样，电网把电力富余地区的大容量有功功率，经输电线路输送到电源不足地区；电网的这种电源结构，给安全运行留下很大隐患。结果，当某一满负荷运行的输电线路(或位于电源不足地区的某一台满负荷运行的大容量发电机组)故障，保护电器把该输电线路(或机组)切除，其负荷转移由其它输电线路输送。由于受故障电流的冲击，电网的有功、无功平衡状态被破坏，电网处于一个频率和电压都不断波动的暂态过程：发电机组的调速装置、强行励磁装置或强行减磁装置反复动作调整机组有功及无功出力；在暂态过程，由于值班人员的注意力，主要集中在事故处理上，位于电源不足地区的备用机组，往往没有及时得到启动发电指令，即使启动，也由于满足不了准同期条件而无法并入电网运行；发电机组的强行励磁装置动作增大机组无功出力使供电电压维持稳定导致电源不足地区的负荷功率不能借助于电压的下降而减少；而已并网运行发电机组调速装置增大机组有功出力即电网热备用容量(旋转备用容量)的调节作用使电网运行频率维持稳定，致使电网所配置的低频减载装置由于没有达到整定频率而不能借助于频率下降而切除部分次要负载，导致电力富余地区的电力更加富余。同时，也由于部分次要负载没有切除，导致需调整有功功率过大而延长了电网的暂态过程。从上所述可知，当某一满负荷运行的输电线路(或某一台满负荷运行的大容量发电机组)故障被保护电器切除后，电网现有的维持稳定措施或系统并无法使备用机组迅速并网发电，也不会使电源不足地区的负荷减少耗电量，更不会及时启动电源不足地区区域电网所配置的低频减载装置切除部分次要负载，使向电源不足地区输电的输电线路，在电网恢复稳定之前一直超负荷运行。一旦输电线路所输送电力超过线路的稳定极限，保护电器就强行使超过稳定极限的线路退出运行。这时，电源不足地区的区域电网，由于有功功率严重不足而造成频率崩溃，而电力富余区域电网由于有功功率严重过剩，也有可能而造成频率太高使并网机组解列，导致电网瓦解。

三、发明内容

本发明的目的，旨在提供一种防止电网瓦解的方法及系统，该方法及系统能克服电网由于低频减载装置在输电线路故障时无法及时切除次要负荷所造成的电网瓦解缺陷。

上述目的可以这样来实现：一种防止电网瓦解的方法，包括电网在低频时切除部分负荷，其主要特点在于：在输电线路设置线路故障检测装置(本申请文件把线路故障检测装置简称为线路检测装置)，在配电线路设置切除配电线路装置(本申请文件把切除配电线路装置简称为切荷装置)，并在线路检测装置与切荷装置之间建立信号传送通道(本申请文件的信号传送通道包括信号传送线路及相应的信号处理、调制、转换、控制及人工或智能等装置，简称为信道)，当输电线路故障(事故或超负荷)时，线路检测装置向信道发出故障信号或指令，经信道处理后，向切荷装置发出线路故障信号或指令，切荷装置根据所接受到的信号或指令切除部分次要负荷。切荷装置根据所接受到的信号或指令可以是线路检测装置所发出的原始信号或指令，如输电线路电流(电量)信号或电流(电量)的突变信号、断路器位置变化信号、配电线路断路器的连动跳闸指令，也可以经信道根据原始信号或指令处理或转换后的控制信号或指令，如经调度中心调制的切除配电线路计划、顺序所确定的断路器跳闸指令。这样，电网可根据需要，在向电源不足地区输电的输电线路事故或严重超负荷时，切除电源不足地区部分向次要负荷供电的配电线路。

实现上述目的的较好方案是通过不同路径的输电线路向电源不足地区输送电能。

实现上述目的的另一较好方案是还设置大机组故障检测装置(本申请文件把大机组故障检测装置简称为机组检测装置)，并在机组检测装置与所述切荷装置之间建立信道，当大机组故障时，机组检测装置向信道发出故障信号或指令，经信道处理后，向切荷装置发出信号或指令，切荷装置根据所接受到信号或指令切除电源不足地区的部分负荷。这样，电网可根据需要，在电源不足地区大机组故障时，切除电源不足地区的部分负荷，或当电力富余地区大机组故障使该地区转变成电源不足地区时，切除该地区的部分负荷。

实现上述目的的另一较好方案是在电源不足地区的部分/全部降压变压器设置变压器电压下调控制装置(本申请文件简称为电压下调装置)，并在该电压下调装置与所述的线路(机组)检测装置之间建立信道，当输电线路(机组)故障时，线路(机组)检测装置向信道发出故障信号或指令，经信道处理后，向电压下调装置发出信号或指令，电压下调装置根据所接受到信号或指令适当降低变压器的供电电压。这样，电网可根据需要，在输电线路(机组)故障时适当降低电源不足地区的供电电压，减少电源不足地区负荷的用电功率。

实现上述目的的更好方案是在发电厂设置机组控制装置，并在机组控制装置与所述的线路检测装置之间建立信道，线路检测装置在输电线路故障时向信道发出故障信号或指令，经信道处理后，向机组控制装置发出输电线路故障信号或指令，机组控制装置根据从信道接受到的信号，增加机组有功出力或启动备用机组。这样，电网可根据需要，在输电线路故障时，增加电源不足地区机组有功出力或启动电源不足地区的备用机组。

实现上述目的的另一更好方案是在抽水蓄能电站设置机组控制装置，并在机组控制装置与所述的线路检测装置之间建立信道，线路检测装置在输电线路故障时向信道发出故障信号或指令，经信道处理后，向机组控制装置发出输电线路故障信号或指令，机组控制装置根据从信道接受到的信号或指令，启动或切换抽水蓄能电站机组的运行状态。这样，电网可根据需要，在输电线路故障时，启动或调整电源不足地区抽水蓄能电站机组有功出力。与上述方法相配套的一种防止电网瓦解的系统可以这样来实现：一种防止电网瓦解的系统，包括输电线路、输电线路断路器、枢纽变电站、配电线路、配电线路断路器，输电线路经输电线路断路器连接至枢纽变电站，配电线路经配电线路断路器连接至枢纽变电站，其主要特点在于：该系统还设置有信道、输电线路检测装置，在电网的部分或全部配电线路设置有切荷装置，线路检测装置经信道连接至配电线路的切荷装置。这样，当输电线路故障时，线路检测装置发出输电线路故障信号并经信道传递给位于电源不足地区配电线路的切荷装置，断开部分配电线路断路器，切除电源不足地区的部分负荷。

实现上述目的的较好方案是该系统还包括区域电网变电站，配电线路经配电线路断路器连接至区域电网变电站，再连接至枢纽变电站，区域电网变电站设置有降压变压器，降压变压器设置有电压下调装置，电压下调装置经所述信道连接至线路检测装置。这样，线路检测装置在输电线路故障时发出输电线路故障信号，电源不足地区的电压下调装置可根据所受到的信号，适当调低变压器的供电电压，使电源不足地区的用电负荷随电压降低而减少。

实现上述目的的另一较好方案是该系统还包括发电厂的发电机组，在发电厂还设置有机组控制装置，机组控制装置经所述信道连接至线路检测装置。这样，线路检测装置在输电线路故障时发出输电线路故障信号，电源不足地区的机组控制装置可根据所接受到的信号启动发电机或增加发电机出力。

实现上述目的的又一较好方案是该系统还包括抽水蓄能电厂，在抽水蓄能电厂还设置有机组控制装置，机组控制装置经所述信道连接至线路检测装置。这样，线路检测装置在输电线路故障时发出输电线路故障信号，机组控制装置可根据所接受到的信号启动电源不足地区的发电机或调整发电机出力或把发电机转换为发电状态。

本发明具有下列优点和效果：

1、本发明采用在输电线路设置检测装置，当向电源不足地区输电的输电线路故障时，根据检测信号按制定的配电线路切除计划、顺序切除电源不足地区的部分次要负荷的方案，一方面在某一向电源不足地区输电的线路(或位于电源不足地区的大型发电机组)故障被切除后，减少电源不足地区用电负荷，改善输电线路过负荷状况，防止其它输电线路大幅度超负荷引起稳定性被破坏而使电网解列；另一方面缩小电源不足地区区域电网的电力缺口，防止该区域电网与主网解列后有功严重不足引起频率崩溃，并防止电源不足地区区域电网与主网解列后，电力富余地区区域电网有功严重过剩而造成频率太高使并网机组解列而导致电力富余地区区域电网也瓦解；同时由于部分次要负载切除后，电网需调整有功功率得以减少而缩短电网的暂态过程，加速电源不足地区备用机组的并网发电，进一步改善输电线路过负荷状况，迅速恢复被按计划所切除负荷的供电。本方案克服了现有技术由于低频减载装置在输电线路故障时无法及时切除部分负荷所引起的缺陷，能有效防止美国2003年纽约大停电这类事故发生。

2、本发明根据线路检测装置检测信号连动切除电源不足地区部分次要负荷的方案，把电网暂态过程中复杂的、原由值班人员判断、决定的切除次要负载、启动备用机组等过程自动化、程序化，加速事故处理过程，防止事故扩大所造成的电网瓦解，并降低值班人员劳动强度。

3、本发明采用通过不同路径的输电线路向电源不足地区输电的方案，当某一路径的输电线路故障停运时，其它输电线路仍然继续向电源不足地区输送电能，防止某一路径的输电线路故障停运导致区域电网与主网解列引发电网瓦解，避免1999年台湾、2003年加拿大因暴风雨引起同一路径输电线路输电中断所引发的全岛停电、全国停电这一类大事故。

4、本发明采用在输电线路故障时，通过适当降低电源不足地区供电电压的方案，可以减少故障时电源不足地区的用电量，改善输电线路运行状况，避免输电线路超负荷运行引发电网瓦解。

5、本发明采用大机组故障时，切除部分负荷，避免输电线路所输送电力超过线路的稳定极限而导致电网解列，特别能防止在区域电网与主网解列独立运行时，大机组故障被保护电器切除时区域电网由于有功严重不足而造成频率崩溃，导致电网瓦解。

6、本发明采用在输电线路故障时，启动电源不足地区发电机或增加发电机出力方案，改善输电线路超负荷状况，从而维持电网稳定。

7、本发明采用大机组故障时连动切除部分次要负荷的方案，可以减少电网的热备用容量(即旋转备用容量)，提高电网的供电能力。在电网出现电源性缺电时，避免或减少电网限电范围。

8、本发明把先进的IT技术应用在电网的事故处理上，能够大大提高电网的事故处理速度，进一步提高电网的供电可靠性。

四、附图说明

图1是本发明实施例示意图。

五、具体实施方式

最佳实施方式1

图1所示的是本发明实施例的示意图：该系统包括枢纽变电站1、区域电网1-1、1-2和1-3、输电线路2-1和2-2，发电机组5-1经断路器5-11连接至区域电网1-1，区域电网1-1连接至枢纽变电站1；发电机组5-2和5-3分别连接至区域电网1-2和1-3，区域电网1-2和1-3分别通过输电线路2-1、2-2经断路器2-11、2-21连接至枢纽变电站1；在区域电网1-1的变电站设置有载调压变压器3，配电线路4-1、4-2和4-3经断路器4-11、4-21和4-31连接至变压器3；在输电线路2-1、2-2分别设置遥信遥测装置2-111、2-211，遥信遥测装置2-111、2-211是本发明所述的线路检测装置；在配电线路4-1、4-2分别设置遥控装置4-111、4-211，遥控装置4-111、4-211是本发明所述的切荷装置；在配电线路4-3设置低频减载装置4-311；在有载调压变压器3设置遥控装置3-1，遥控装置3-1是本发明所述的电压下调装置；在发电机组5-1设置遥信遥测遥控装置5-111，遥信遥测遥控装置5-111是本发明所述的机组控制装置，各遥信遥测遥控装置经载波线路6及控制台61相互连通，控制台61采用“信号显示、人工确认”控制模式，在控制台61设有“输电线路2-2停电，切除配电线路4-1”、“输电线路2-1超负荷，切除配电线路4-2”、“输电线路2-2事故，启动备用机组5-1”、“输电线路2-2事故，降低变压器3电压”光字牌及相对应确认按钮，载波线路6及控制台61是本发明所述的信道：区域电网1-1是本发明所述的电源不足地区区域电网，区域电网1-2和1-3是本发明所述的电力富余地区区域电网。使用时，把控制台61安装在区域电网1-1的调度室；这样，区域电网1-2、1-3的发电机组5-2、5-3所发出的巨大电流分别通过输电线路2-1、2-2经断路器输送到枢纽变电站1，再经区域电网1-1的降压变电站变压器3降压后通过配电线路4-1、4-2、4-3向负荷供电，发电机组5-1所发出电能直接输入区域电网1-1。当输电线路2-2故障时，遥信遥测遥控装置2-211把故障电流信号或断路器2-21的跳闸信号通过载波线路6传递到调度室的控制台61，控制台61的“输电线路2-2事故，切除配电线路4-1”、“输电线路2-2事故，启动备用机组5-1”、“输电线路2-2事故，降低变压器3电压”光字牌亮，值班人员根据情况，按下其中一项或多项的确认按钮，如当按下“输电线路2-2事故，切除配电线路4-1”确认按钮后，该信号转换为配电线路4-1断路器4-11的跳闸指令，启动遥控装置4-111断开断路器4-11，切除配电线路4-1所连接负荷。输电线路2-1故障、发电机组5-1故障的切除负荷过程与输电线路2-2事故时的过程相同。

最佳实施方式2

图1所示实施例的控制台61具有“信号显示、人工确认”和“信号显示、自动切除”两种控制模式，当设定在“信号显示、自动切除”控制模式时，若输电线路或机组5-1事故，控制台61显示“输电线路(机组)事故”信号，并自动完成下列操作：启动遥控装置4-111、4-211切除配电线路4-1、4-2；启动遥控装置3-1，把有载调压变压器3的分接头调到最大位置，降低配电线路4-1、4-2、4-3的运行电压；启动遥信遥测遥控装置5-111，启动发电机组5-1发电或调增发电机组5-1的有功出力。当控制台61设定在“信号显示、人工确认”控制模式时，事故时切除部分负载的过程有最佳实施方式1相同。

当然，上述实施例控制台61可以是调度台，检测装置也可以是继电保护装置，切荷装置也可以是继电保护装置或断路器控制装置(控制回路)。

当然，上述实施例信道可以是无线信道，也可以是有线信道。

当然，上述实施例信道也可以是单独的传输线路，也可以是不设置控制台61的载波线路，信道也可以不经调度室，也可以一部分经调度室。

当然，上述实施例可以一部分功能经控制台转换、调制，也可以全部功能经控制台转换、调制，也可以全部功能不经控制台转换、调制。

当然，上述实施例切除配电线路的具体位置及数量、启动备用机组的定性和定量、降低电压的电网范围及电压降低的幅值等计划、顺序可以由相关人员预先设定，也可以在信道设置微机由微机自动生成。

当然，上述实施例的电源不足地区、电力富余地区是动态的，随电网运行方式的改变，电源不足地区可能变成电力富余地区，电力富余地区也可能变成电源不足地区，如当某大型机组事故停运时，就可使某一电力富余地区转变成为电源不足地区。

当然，上述实施例也可以在区域电网1-2和1-3设置机组检测装置或/和配电线路切荷装置。当然，区域电网也可以有多条线路与枢纽变电站连接，切荷装置也可以设置在直接从枢纽变电站引出的配电线路处。

当然，上述实施例的发电机可以是经升压变压器与电网连接。