CN101814740B - 适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法 - Google Patents

Abstract

一种电力系统技术领域的适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法，包括以下步骤：对电力系统的若干机组和串补输电线路进行保留处理，得到外网等值的初步范围和等值边界点；得到等值边界点后的等值阻抗；对多个等值边界点间的互阻抗支路进行简化处理；得到外网等值电源参数；得到外网等值的初步范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₁(f)；扩大若干规模，得到外网等值新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₂(f)；通过对Z₁(f)和Z₂(f)的判断，确定是否再次扩大等值规模，从而得到外网等值结果。本发明可提高次同步谐振结果的准确度，对SSR防治策略的制定及系统的安全稳定运行具有重要的工程应用价值。

Description

适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法

技术领域

本发明涉及的是一种电力系统技术领域的方法，具体是一种适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法。

背景技术

串补输电技术作为大容量、远距离输电的一种经济有效的手段，其作用相当于缩短线路电气距离，从而可提高线路传输能力，改善系统稳定性，节省线路走廊资源。随着我国西电东送规划的实施及北方大型火电基地的开发建设，采用大容量汽轮发电机组通过串补输电线路送电已成为我国一种普遍的输电模式。然而，串补输电技术给系统输电带来巨大经济效益的同时，也引入了威胁系统安全稳定运行的次同步谐振(Subsynchronous Resonance，缩写为SSR)问题。1970年和1971年美国Mohove电厂先后两次经历了SSR引起的机组大轴损坏事故；近几年，我国北方一些火电基地，如托克托、上都、锦界等电厂的串补送出工程，也都存在不同程度的SSR问题。

为了在经济上合理有效，对于串补输电系统的SSR一般定性地认为，相对低频振荡(区间模式)而言，SSR模式在电网中的传递是局部的，其传播区域有限，因此采用适当规模的等值简化系统分析SSR是可行的，这是用于SSR分析的外网等值的一个依据。然而，到目前为止，对串补输电系统，尤其是串补线路附近网络结构较为复杂的系统，外网采用何种方法等值及等值后系统保留多大规模合适这一问题，国内外尚未形成定量的说法。

经对现有文献检索发现，《IEEE Transactions on Power Systems》上发表了题为“Comparison of SSR Calculations and Test Results(SSR计算与测试结果对比)”的文章，该文指出电力系统外网等值模型及其参数对SSR结果存在着一定的影响作用，在SSR分析时可将负荷中心与串补输电线路的联络点作为外网等值边界，其等值阻抗则根据安装于实际系统的视在阻抗测量装置(Apparent Impedance Measuring System，缩写为AIMS)进行在线测量得出。该论文所提出的方法对于“点对网”输电模式的系统的外网等值有一定的适用性，但针对结构复杂，尤其是串补线路附近存在电磁环网的系统，文中并没有明确指出外网采用何种方法等值及等值规模保留多大合适的问题，且AIMS只能在线测试具有特定类型的励磁系统的单台机组机端向网络侧看进去的输电网络等值阻抗，不能直接反映实际中多机系统的外网等值参数。

对于SSR问题，系统平衡运行状态参数作为其条件之一，也是影响结果的一个重要因素。目前，针对SSR问题普遍采用带阻抗支路的无穷大电源的形式等值外网，其等值电源参数通常以基准值近似表示，如对于500kV串补输电系统，其等值电源的电压设为

，采用此参数的等值系统的平衡运行状态也往往偏离等值前系统的平衡运行状态。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提出一种适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法。本发明对多外网等值边界点的互阻抗支路进行简化处理，根据不同等值规模下的系统次同步频率阻抗确定外网等值，能够有效减小外网等值引起的误差，使得系统更能真实地反映实际电网的情况。

本发明是通过以下技术方案实现的，包括以下步骤：

步骤1：对电力系统的若干机组和串补输电线路进行保留处理，得到外网等值的初步范围和等值边界点。

所述的保留处理是：以保留的机组和串补输电线路为中心，将距离机组和串补站一至两个主干网架电压等级的变电站的区域作为保留区域，其中：外网等值的初步范围是保留区域与机组和串补输电线路组成的区域，外网等值边界点是保留区域和非保留区域的连接节点。

步骤2：根据外网等值的初步范围和等值边界点，得到等值边界点后的等值阻抗。

所述的等值边界点后的等值阻抗包括：等值边界点后的自电阻、自电抗以及等值边界点之间的互电阻、互电抗。

步骤3：判断外网等值边界点的数目，当外网等值边界点是一个时，直接执行步骤4；否则，对等值边界点之间的互阻抗支路进行简化处理后再执行步骤4。

所述的简化处理是：

1)比较每两个等值边界点间互阻抗支路的互电抗与各个自电抗，当等值边界点间的互阻抗支路的互电抗和自电抗之比大于阈值T1时，去除等值边界点间的该条互阻抗支路，并执行2)；否则直接执行2)；

所述的阈值

其中：ε是设定的外网等值阻抗的容许偏差。

2)将保留下来的互阻抗支路中的负电阻记为零。

步骤4：对原始系统进行潮流计算得到等值前系统平衡运行状态，从而得到等值边界点的有功功率、无功功率、电压幅值及其相角，进而根据等值边界点后的等值阻抗得到外网等值电源参数，即电压幅值和相角。

步骤5：根据外网等值电源参数将外网等值简化为等值边界点后的带等值阻抗支路的等值电源，得到外网等值的初步范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₁(f)。

步骤6：在外网等值的初步范围的基础上扩大若干规模，得到外网等值新的范围，依次重复步骤2、步骤3、步骤4和步骤5，得到外网等值新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₂(f)。

步骤7：当Z₁(f)和Z₂(f)满足

$\left|\right|\frac{Z_2\left(f\right)-Z_1\left(f\right)}{Z_2\left(f\right)}\left|\right|<\mathrm{\&delta;},$

其中：||·||表示范数运算，δ＞O，f∈(0，f₀)，f₀为工作频率；

则说明外网等值确定，即为外网等值新的范围；否则，重复步骤6，再次扩大外网等值的规模，直至外网等值最新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗Z_n(f)与其前一次外网等值范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗Z_n-1(f)满足下式：

$\left|\right|\frac{Z_n\left(f\right)-Z_{n-1}\left(f\right)}{Z_n\left(f\right)}\left|\right|<\mathrm{\&delta;},$

则外网等值确定，即为外网等值最新的范围。

所述的δ的范围是：0.01～0.05。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用基于工频等值的多端点等值阻抗等值外网，充分利用了SSR是一个局部问题的这一特性，参数获取简单方便，易于实现；基于等值前系统平衡运行状态，确定外网等值电源参数，使系统初始运行状态能够反映实际情况，从而减小了系统初始运行状态对SSR结果的影响与实际情况下的误差。

2、对于结构复杂尤其是串补输电线路附近存在电磁环网的系统，外网需采用多端点等值，此时会导致等值边界点互阻抗支路较多并可能出现负电阻的问题，对此，本发明提出了简化处理方法。

3、以系统次同步频率阻抗特性为评价指标，提出了用于确定合适的外网等值规模的判据：根据现有的对SSR模态在电网中的传递特性的认识，当系统保留区域达到一定程度时，即可认为外网等值规模的影响可忽略不计，若继续扩大系统保留区域，那么对保留的机组来说，由该机组机端向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗特性几乎是一致的，基于此，本发明提出着重依据系统在SSR模态频率附近的阻抗偏差来评价外网等值规模的有效性。

4、当前各区域大电网结构数据基本以BPA数据格式保存，当系统发生变化时，只需对BPA数据进行相应调整，即可按本发明所提出的方法，方便、快捷地确定新的系统下外网等值。

附图说明

图1是实施例的外网等值的初步范围示意图；

图2是实施例的最终外网等值范围示意图；

图3是图1和图2两种等值规模下的系统次同步频率阻抗特性曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进一步描述：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本实施例用于对南方电网SSR风险评估时的外网等值，重点考察墨江-红河及砚山-崇左串补与邻近的小龙潭、巡检司电厂机组之间的SSR问题，外网等值的具体步骤如下：

步骤1：对电力系统的若干机组和串补输电线路进行保留处理，得到外网等值的初步范围和等值边界点。

所述的保留处理是：以保留的机组和串补输电线路为中心，将距离机组和串补站一至两个主干网架电压等级的变电站的区域作为保留区域，其中：外网等值的初步范围是保留区域与机组和串补输电线路组成的区域，外网等值边界点是保留区域和非保留区域的连接节点。

本实施例外网等值的初步范围是：以小龙潭、巡检司电厂机组及墨江-红河串补输电线路、砚山-崇左串补输电线路为中心，向外保留距离一至两个500kV变电站的区域，具体如图1所示；等值边界点是：墨江，七甸，崇左，红河主变和砚山主变。

步骤2：根据外网等值的初步范围和等值边界点，得到等值边界点后的等值阻抗。

对于本实施例，已知原始系统的BPA数据文件，在等值边界点确定以后，使用BPA电力系统短路电流计算程序的多端点等值阻抗计算功能获取等值边界点后的等值阻抗，即等值边界点后的自电阻、自电抗以及等值边界点之间的互电阻、互电抗。

步骤3：判断外网等值边界点的数目，当外网等值边界点是一个时，直接执行步骤4；否则，对等值边界点之间的互阻抗支路进行简化处理后再执行步骤4。

所述的简化处理是：

1)比较每两个等值边界点间互阻抗支路的互电抗与各个自电抗，当等值边界点间的互阻抗支路的互电抗和自电抗之比大于阈值T1时，去除等值边界点间的该条互阻抗支路，并执行2)；否则直接执行2)；

所述的阈值

其中：ε是设定的外网等值阻抗的容许偏差。

2)将保留下来的互阻抗支路中的负电阻记为零。

本实施例中外网等值边界点有5个，因此需对外网等值之间的互阻抗支路进行简化处理：设定外网等值阻抗偏差ε＝0.1，分别得到墨江、七甸、崇左、红河主变及砚山主变中的每两个等值边界点间互阻抗支路的互电抗与各个自电抗的比值(互电抗/自电抗)，当其中一个比值大于9时，其所在的互阻抗支路予以忽略，并进一步将保留下来的互阻抗支路中的负电阻记为零。

步骤4：对原始系统进行潮流计算得到等值前系统平衡运行状态，从而得到等值边界点的有功功率、无功功率、电压幅值及其相角，进而根据等值边界点后的等值阻抗得到外网等值电源参数。

本实施例根据南方电网2009年丰大运行方式下的潮流计算结果，获取外网等值边界点的有功功率、无功功率、电压幅值及其相角，依据电路基本理论依次计算各互阻抗支路功率、自阻抗支路功率，从而进一步得到外网等值电源的电压幅值及其相角。

步骤5：根据外网等值电源参数将外网等值简化为等值边界点后的带等值阻抗支路的等值电源，得到外网等值的初步范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₁(f)。

步骤6：在外网等值的初步范围的基础上扩大若干规模，得到外网等值新的范围，依次重复步骤2、步骤3、步骤4和步骤5，得到外网等值新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₂(f)。

本实施例在图1所示的外网等值的初步范围基础上，增加墨河-红河串补输电线路及砚山-崇左串补输电线路附近的电磁环网，得到外网等值新的范围，具体如图2所示。

步骤7：当Z₁(f)和Z₂(f)满足

$\left|\right|\frac{Z_2\left(f\right)-Z_1\left(f\right)}{Z_2\left(f\right)}\left|\right|<\mathrm{\&delta;},$ (公式一)

其中：||·||表示范数运算，δ＞O，f∈(0，f₀)，f₀为工作频率；

则说明外网等值确定，即为外网等值新的范围；否则，重复步骤6，再次扩大外网等值的规模，直至外网等值最新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗Z_n(f)与其前一次外网等值范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗Z_n-1(f)满足下式：

$\left|\right|\frac{Z_n\left(f\right)-Z_{n-1}\left(f\right)}{Z_n\left(f\right)}\left|\right|<\mathrm{\&delta;},$ (公式二)

则外网等值确定，即为外网等值最新的范围。

本实施例δ＝0.01，图1和图2所示的两种外网等值规模下由巡检司机组机端向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗特性曲线如图3所示，其中：实线(等值规模一)是图1所示的等值规模；虚线(等值规模二)是图2所示的等值规模。

本实施例进一步把(公式一)具体变换为：

$\max \left|\frac{Z_2\left(\stackrel{\&OverBar;}{f_i}\right)-Z_1\left(\stackrel{\&OverBar;}{f_i}\right)}{Z_2\left(\stackrel{\&OverBar;}{f_i}\right)}\right|<\mathrm{\&delta;}$ (公式三)

其中：f_i＝f₀-f_i(1≤i≤n)表示机组的n个次同步扭振频率f_i的补频率。

经判断得知图2所示的外网等值规模满足(公式一)，即图2所示的外网等值规模就是本实施例最终的外网等值规模。

分别采用四种不同方法对本实施例的小龙潭电厂机组和巡检司电厂机组进行外网等值处理，不考虑机组轴系的机械阻尼作用，且ε＝0.1和δ＝0.01时，得到的SSR特征值如表1所示，其中：方法一是对应于图1所示的外网等值规模，对外网等值，等值阻抗参数不作任何处理；方法二是在方法一的基础上，忽略部分互阻抗支路；方法三是在方法二的基础上，将保留的互阻抗支路中的负电阻予以忽略；方法四是扩大系统保留区域，如图2所示，对外网进行等值，并对互阻抗支路较多及出现负电阻的问题进行了简化处理。

表1

对比方法一、方法二和方法三可知，在同一等值规模下，对等值阻抗参数进行简化处理而引起的SSR模态特征值的虚部和实部的变化都很小；对比方法三和方法四可知，两种等值规模下SSR模态特征值的虚部相差很小，SSR模态特征值的实部也比较接近。综上所述，特征值结果验证表明本实施例提出的外网等值过程对等值阻抗采取的简化处理措施及外网等值规模的判定方法是合理的，能够保证系统SSR结果的精确度和可靠性。

Claims (2)

1.一种适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：对电力系统的若干机组和串补输电线路进行保留处理，得到外网等值的初步范围和等值边界点；

所述的保留处理是：以保留的机组和串补输电线路为中心，将距离机组和串补站一至两个主干网架电压等级的变电站的区域作为保留区域，其中：外网等值的初步范围是保留区域与机组和串补输电线路组成的区域，外网等值边界点是保留区域和非保留区域的连接节点；

步骤2：根据外网等值的初步范围和等值边界点得到等值边界点后的等值阻抗；

步骤3：判断外网等值边界点的数目，当外网等值边界点是一个时，直接执行步骤4；否则，对等值边界点之间的互阻抗支路进行简化处理后再执行步骤4；

所述的简化处理是：

a)比较每两个等值边界点间互阻抗支路的互电抗与各个自电抗，当等值边界点间的互阻抗支路的互电抗和自电抗之比大于阈值T1时，去除等值边界点间的该条互阻抗支路，并执行b)；否则直接执行b)；

b)将保留下来的互阻抗支路中的负电阻记为零；

所述的阈值

其中：ε是设定的外网等值阻抗的容许偏差；

步骤4：对原始系统进行潮流计算得到等值前系统平衡运行状态，从而得到等值边界点的有功功率、无功功率、电压幅值及其相角，进而根据等值边界点后的等值阻抗得到外网等值电源参数，即电压幅值和相角；

步骤5：根据外网等值电源参数将外网等值简化为等值边界点后的带等值阻抗支路的等值电源，得到外网等值的初步范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₁(f)；

步骤6：在外网等值的初步范围的基础上扩大若干规模，得到外网等值新的范围，依次重复步骤2、步骤3、步骤4和步骤5，得到外网等值新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗为Z₂(f)；

步骤7：当Z₁(f)和Z₂(f)满足

$\left|\right|\frac{Z_2\left(f\right)-Z_1\left(f\right)}{Z_2\left(f\right)}\left|\right|<\mathrm{\&delta;},$

其中：||·||表示范数运算，δ＞0，f∈(0，f₀)，f₀为工作频率；

则说明外网等值确定，即为外网等值新的范围；否则，重复步骤6，再次扩大外网等值的规模，直至外网等值最新的范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗Z_n(f)与其前一次外网等值范围下由机组向网络侧看进去的系统次同步频率阻抗Z_n-1(f)满足下式：

$\left|\right|\frac{Z_n\left(f\right)-Z_{n-1}\left(f\right)}{Z_n\left(f\right)}\left|\right|<\mathrm{\&delta;},$

则外网等值确定，即为外网等值最新的范围；

所述的δ的范围是：0.01～0.05。

2.根据权利要求1所述的适用于次同步谐振的电力系统外网等值方法，其特征是，步骤2中所述的等值边界点后的等值阻抗包括：等值边界点后的自电阻、自电抗以及等值边界点之间的互电阻、互电抗。

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