CN102570454A

CN102570454A - 一种电力系统振荡解列装置的仿真配置方法

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Publication number: CN102570454A
Application number: CN2012100063270A
Authority: CN
Inventors: 吴丽华; 王青; 侯俊贤; 李晓珺; 李再华; 陈得治
Original assignee: China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Current assignee: XINJIANG TIANFU THERMOELECTRIC Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC; China Electric Power Research Institute Co Ltd CEPRI
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: CN102570454B

Abstract

本发明涉及电力系统稳定研究领域，具体涉及一种电力系统振荡解列装置的仿真配置方法。该方法包括的步骤为：A、建立仿真数据模型；B、建立研究故障集；C、仿真计算故障后电网的稳定性，获取所述电网失步特征和确定振荡中心，总结振荡中心迁移规律；D、仿真计算故障后振荡解列装置的动作特性，并判断所述振荡解列装置动作的正确性；E、提出所述振荡解列装置初步配置方案；F、研究稳定控制措施之间的协调配合关系；G、结合步骤C、步骤D、步骤E和步骤F，提出所述振荡解列装置的最终配置方案。本发明提供的方案具有可操作性强、考虑因素全面、方案合理的优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。

Description

一种电力系统振荡解列装置的仿真配置方法

技术领域

本发明涉及电力系统稳定研究领域，具体涉及一种电力系统振荡解列装置的仿真配置方法。

背景技术

电力系统运行过程中，发电机之间功角稳定被破坏将导致失步振荡，长时间失步振荡将给电力系统带来严重后果，包括加重稳定破坏程度，引起重要用户停电，甚至损坏电力设备，因此，必须采取措施尽快消除失步状态。振荡解列装置能够有效解列失步断面消除失步。电网中在配置振荡解列装置时，应遵循以下原则：(1)解列必须是有计划的，即对于特定的失步情况应在预定的地点解列；(2)应在失步运行允许时间内尽快实现解列；(3)系统中各消除失步状态的控制系统应相互协调配合，不应出现无选择性动作情况。

当电网中发生导致失步振荡的极端严重故障，相对于振荡解列装置的动作范围，会遇到以下几种情况：(1)振荡中心断面所有线路振荡中心均在装置动作范围内；(2)部分线路失步振荡中心在装置动作范围内，这部分线路解列装置动作解列，潮流转移到剩余联络线通道，直到剩余联络线通道的失步振荡中心迁移到装置动作范围内，解列装置动作解开剩余联络线。这种情况虽然能够解列失步断面，但失步振荡持续时间长；(3)部分线路失步振荡中心在装置动作范围内而剩余通道的失步振荡中心不在装置动作范围内，剩余通道线路上解列装置不会动作，两侧电网间失步振荡一直持续；(4)振荡中心不在装置动作范围内，两侧电网间失步振荡一直持续。

现代电网发展使各区域电网之间的联系越来越紧密，联络线的回数越来越多，潮流越来越重，系统失稳特征也越来越复杂，失步振荡中心可能会迁移至联络线断面以外的其它断面。因此，如何在电网中配置振荡解列装置以及配置什么样的振荡解列装置已日益成为电力系统稳定研究中需要解决的技术难题。

由于实际电力系统对运行的安全性和稳定性要求极高，振荡解列装置的配置方案不可能通过实际电网发生故障时才进行检验，只能通过仿真计算研究提前进行评估，论证其科学有效后再投入电网使用；通过仿真计算及研究，还能够对原有配置方案提出改进意见及提出新的配置方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种考虑因素全面的、合理的电力系统振荡解列装置的仿真配置方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电力系统振荡解列装置的仿真配置方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

A、建立仿真数据模型；

B、建立研究故障集；

C、确定失步振荡中心位置和振荡中心迁移规律；

D、仿真计算故障后振荡解列装置的动作特性，并判断所述振荡解列装置动作的正确性；

E、提出所述振荡解列装置初步配置方案；

F、确定稳定控制措施之间的协调配合关系；

G、提出所述振荡解列装置的最终配置方案。

本发明提供的一种优选技术方案是：所述步骤A中包括，建立反映电网运行特征及运行方式下的仿真数据模型，其中采用牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，并选择电网大负荷条件下极端的正常运行工况为研究的运行方式；

所述运行方式包括：区域电网最大外送方式、区域电网最大受电方式，区域电网最大开机方式、区域电网最小开机方式、区域电网内部断面最大输电方式和区域电网内部的极端开机方式。

本发明提供的第二优选技术方案是：所述步骤B中，所述故障集包括电网中已经发生过的严重故障、电网发生可能性较大的严重故障(如开关拒动故障和主保护拒动故障)以及具有内在联系和发展规律的连锁故障(如热带风暴对沿海输电线路的破坏)；所述严重故障的关键技术指标包括故障类型和故障清除时间t。

本发明提供的第三优选技术方案是：所述步骤C中，在建立的运行方式下，采用隐式梯形数值积分算法，仿真计算发生故障集中的故障后电网的稳定表现，获取电网失步特征，确定失步振荡中心位置和振荡中心的迁移规律；

电网失步的特征指标包括：同调机群功角δ及频差Δω

判断电网失步振荡中心位置及振荡中心迁移规律的特征指标包括：电压最低节点U、线路功率P以及振荡解列装置的测量参数(如测量阻抗值Z和振荡周期次数N等)。

本发明提供的第四优选技术方案是：所述步骤D中，采用隐式梯形数值积分算法，仿真计算所建立运行方式下发生所述故障集中的故障后振荡解列装置的动作特性；

所述振荡解列装置动作特性的特征指标包括：动作范围Z_A及Z_B、振荡周期次数N以及以及判定时两侧发电机功角差δ_IJ。

本发明提供的第五优选技术方案是：所述步骤E中，总结所述运行方式和所述故障条件下电网失步特征及振荡解列装置的动作特性，提出振荡解列装置初步配置方案；所述初步配置方案包括对所述振荡解列装置安装地点，对振荡解列装置动作范围Z_A及Z_B、振荡周期次数N以及判定时两侧发电机功角差δ_IJ定值参数的要求。

本发明提供的第六优选技术方案是：所述步骤F中，根据电网第二道防线中联锁切机和集中切负荷稳控措施对振荡解列配置方案的影响，确定修正振荡解列装置配置方案；

根据电网第三道防线中低频减载、低压减载和高频切机措施与振荡解列措施的相互影响，修正第三道防线中振荡解列、低频减载、低压减载和高频切机措施的配置方案，协调稳定控制措施之间的配合关系；

所述稳定控制措施包括联锁切机、集中切负荷、振荡解列、低频减载、低压减载和高频切机措施；

所述协调稳定控制措施之间的配合关系，包括保证可靠解列失步电网和解列后电网恢复频率及电压的稳定。

本发明提供的第七优选技术方案是：所述步骤G中，确定电网稳定特性、失步特征、失步振荡中心及振荡中心迁移规律、合适的振荡解列装置类型、安装地点、动作范围和振荡周期等定值参数，提出振荡解列装置的完善配置方案。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：

1、本发明提供的电力系统振荡解列装置的仿真配置方法，采用系统、科学的研究方法，解决了电力系统稳定研究中的两个难题：(1)如何选择合适的故障集以捕捉电网间的失步特征及其规律；(2)如何再现和分析振荡解列装置的动作行为和动作效果，如何利用仿真计算工具研究振荡解列装置的配置方案；

2、本发明提供的仿真配置方法具有可操作性强、考虑因素全面、方案合理的优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。

附图说明

图1是本发明提供的电力系统振荡解列装置的仿真配置方法的流程图；

图2是本发明提供的仿真程序中采用的方向阻抗继电器的示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供的电力系统振荡解列装置的仿真配置方法，通过对以往事故的调研分析以及实际电网稳定特性分析，建立研究需要的故障集；

电力系统振荡解列装置的仿真配置方法，通过对电网网架结构、潮流分布、稳定特性及振荡解列装置动作特性进行仿真计算分析，研究及判断电网的失步特征，发现失步发生及失步振荡中心迁移的规律，评估振荡解列装置配置方案的有效性，并对振荡解列装置的配置类型和动作参数提出建议。

本发明提供的电力系统振荡解列装置的仿真配置方法步骤如下：

步骤A：建立反映电网运行特征的各运行方式仿真数据模型；采用牛顿-拉夫逊法进行潮流计算建立仿真数据模型，并选择电网大负荷条件下较为极端的正常运行工况为研究方式，根据研究需要，也可以选择所研究电网特殊的小负荷方式进行校核。需要考虑的极端运行方式包括：区域电网最大外送方式、区域电网最大受电方式、区域电网最大开机方式、区域电网最小开机方式，区域电网内部重要断面最大输电方式和区域电网内部的极端开机方式；也可采用上述各种方式的组合方式进行研究。

步骤B：建立能够获取电网失步特征的研究故障集；优先选用电网中已经发生过的严重故障；其次选用发生可能性较大的严重故障如开关拒动故障和主保护拒动故障等；根据电网地域特点和电网网架结构特点，一些虽然概率很小，但具有内在联系和发展规律的连锁故障也可选用，如热带风暴对沿海输电线路的破坏；严重故障的关键技术指标包括故障类型、故障清除时间t。

步骤C：在建立的运行方式下，仿真计算发生故障集中的故障后电网的稳定表现，获取电网失步特征、确定失步振荡中心和振荡中心的迁移规律；

步骤D：仿真计算故障后振荡解列装置的动作特性，判断及分析装置动作的正确性；

所述步骤C和D中，采用隐式梯形数值积分算法，仿真计算所建立运行方式下发生故障集中的故障后电网的失步特征以及振荡解列装置的动作特性；

判断系统失步的特征指标包括：同调机群功角δ及频差Δω；

反应失步振荡中心及其迁移表现的特征指标包括：电压最低节点U、线路功率P以及振荡解列装置的测量参数；

反应振荡解列装置动作特性的特征指标包括：动作范围Z_A及Z_B、振荡周期次数N以及以及判定时两侧发电机功角差δ_IJ。

步骤E：总结所有运行方式、所有故障条件下电网失步特征及振荡解列装置的动作特性，提出振荡解列装置初步配置方案；总结所有方式、所有故障条件下电网失步特征及振荡解列装置的动作特性，提出振荡解列装置初步配置方案，包括对装置安装地点，以及对装置动作范围Z_A及Z_B、振荡周期次数N以及判定时两侧发电机相角差δ_IJ等定值参数的要求。

步骤F：结合其它稳定控制措施的仿真计算，研究稳定控制措施之间的协调配合关系；确定电力系统第二道防线中联锁切机和集中切负荷稳控措施对振荡解列配置方案的影响，修正振荡解列装置配置方案；

确定电力系统第三道防线中低频减载、低压减载和高频切机措施与振荡解列措施之间的相互影响，通过修正第三道防线振荡解列措施、低频减载、低压减载和高频切机措施的配置方案，协调各控制措施之间的配合关系，首先保证可靠解列失步电网，其次保证解列后各电网恢复频率及电压稳定。

电网稳定控制共设置了三道防线，其中目前的就地型振荡解列装置属于第三道防线控制措施，所以其对于第二道防线稳控措施应具有适应性，并且对于第三道防线各控制措施之间应当有相互协调的关系。对于电网失步情况，消除失步是第三道防线的首要任务。继电保护是应对电力系统元件故障的第一道防线，应加强运行管理，保证保护装置正确动作和系统稳定。

步骤G：结合步骤C、步骤D、步骤E和步骤F，提出振荡解列装置的最终配置方案，研究和总结步骤C、D、E和F研究成果中的电网稳定特性、失步特征、振荡中心发生及振荡中心迁移规律、合适的振荡解列装置类型、安装地点、动作范围和振荡周期等定值参数，提出振荡解列装置的最终配置方案。

实施例

下面以运用本发明方法对福建电网振荡解列装置配置方案进行仿真研究为实施例，对本发明方法进行详细描述。

福建电网目前在后石电厂机组出线和在省间联络线上装设了失步解列装置。

图1给出了本发明电力系统振荡解列装置的仿真配置方法的流程图，具体包括如下步骤：

步骤A：建立反映电网运行特征的各运行方式仿真数据模型。福建电网通过双回500kV联络线接入华东电网，正常方式下既向华东主网送电也从主网受电；双方向输电能力均受线路热稳定限制，极限功率1800MW。福建网内电源分布比较均衡，但在方式安排上存在极端开机方式以及大量“北电南送”和“东电西送”的情况，其中，可能出现的最极端运行方式是受电极限方式下，福建北部机组全开，此时，福建沿海通道中部的线路N-1静态开断过载4％～12％。根据研究需要和福建电网的运行现状，为了能够尽可能多地捕捉系统失步现象，总结系统失步特征，选择了大负荷条件下北部机组全开且联络线极限受电功率的方式，以及选择了南部机组全开且联络线外送极限功率的方式作为振荡解列配置方案的基础研究方式，由此提出的振荡解列装置配置方案能够保证即使在最严重运行方式下也能发挥作用。

步骤B：建立能够获取电网失步特征的研究故障集。振荡解列装置解决的是严重故障导致的电网失步问题，根据以往事故统计分析，发生概率最大的线路故障类型是单相和相间故障，导致电网出现稳定问题的多是因为故障后开关或者保护拒动引起后备或其它的保护或装置动作。据此提出了计算用严重故障集，包括线路短路开关拒动故障和线路短路主保护拒动故障等。其中，对于开关拒动故障，取开关失灵保护动作清除故障的时间为0.3s，切除故障线路及相关线路或者变压器；主保护拒动故障，取远后备保护动作时间为1s，切除相关变电站所有500kV线路或者变压器。

步骤C、步骤D和步骤E中：在建立的运行方式下，仿真计算发生故障集中的故障后电网系统的稳定表现，获取电网失步特征和确定振荡中心，研究振荡中心的迁移规律和振荡解列装置的动作特性，判断及分析装置动作的正确性。

电网失步判别指标具体应用示例如表1所示，其中，可取指标为δ_IJ或者Δω_IJ，是判别电网失步的最重要指标；最低电压指标和功率过零指标可用于帮助确定振荡中心位置。

表1电网失步判别及振荡解列装置起动指标示例

序号	指标	指标量	判别条件说明
				1	同调机群功角差δ_IJ	180°	同调机群之间功角δ_IJ≥180°
2	同调机群频差Δω_IJ	0.5	各同调机群频率差值持续时间Δω_IJt≥0.5
				3	电压最低节点U	/	每个失步通道提取2～3个电压最低的节点
4	线路功率P	过零	失步线路正向和反向功率波动过程中均过零至少一次

仿真计算中是采用如下的指标评估振荡解列装置的动作情况。图2为R-X平面上的一个方向阻抗继电器示意图，该特性图中包括三个主要部分，分别为①电抗线(reactive line)和②凸透镜(lens)。从原点曲线至①和②交点的阻抗值为振荡解列装置正方向(即线路方向)动作区整定值Z_A和反方向动作区整定值Z_B(即母线方向)；φ为Z_A和Z_B的阻抗角，一般取与装置测量线路的阻抗角相近的数值；透镜内角α可在90°～150°之间取值，通过其取值大小可影响判定失步时两侧系统发电机的功角差δ_IJ。振荡解列装置的测量阻抗可通过公式(1)和(2)得到，通过测量阻抗Z的运行轨迹，可确定失步振荡中心的位置以及振荡中心的偏移规律情况，并通过与振荡解列装置的定值进行比较，即可以判断振荡解列装置的响应及动作情况。

\dot{U} = {\dot{U}}_{M} + \frac{N_{B}}{100} \cdot \dot{U} = \dot{I} {\cdot Z}_{M} + \frac{N_{B}}{100} \cdot \dot{U} - - - (1)

{\dot{U}}_{Δ 1} = {\dot{U}}_{M} - \frac{N_{A}}{100} \cdot \dot{U} = \dot{I} \cdot Z_{M} + \frac{N_{A}}{100} \cdot \dot{U} - - - (2)

B = &angle; (\dot{U_{Δ 1}}, \dot{U_{Σ}}) - - - (3)

其中：两个测量相量之间的夹角β的意义如下：

β＜180°-α表示测量阻抗在透镜内部，即振荡中心在装置动作范围内；

β＞180°-α表示测量阻抗在透镜外部，即振荡中心在装置动作范围外；

和

分别为测量电压和电流；

测量阻抗

Z = \dot{U} / \dot{I};

且当

{\dot{U}}_{Δ 1} = 0

时，

Z = \dot{U} / \dot{I} = Z_{M} * 100 / N_{A} = Z_{A};

{\dot{U}}_{Σ} = 0

时

Z = \dot{U} / \dot{I} = - Z_{M} * 100 / N_{B} = Z_{B};

正方向动作区整定值Z_A和反方向动作区整定值Z_B由装置定值表给定，Z_M＝5Ω。

上述公式中，装置连接的电压互感器二次侧额定电压为110V，电流互感器二次侧额定电流1A；如果电压互感器二次侧额定电压220V或者二次侧电流互感器额定电流5A，则上述Z_A和Z_B与N_A和N_B之间关系值可用下式表示：

Z_i＝5/I_N*100/N_i*H

其中，i＝A，B，C；

二次侧额定电流I_N＝1A或者5A；

二次侧额定电压U_N＝110V时，系数H＝1，

U_N＝220V时，系数H＝2；

通过比较测量阻抗Z、测量角β、振荡中心穿越透镜时间以及振荡周期定值的次数N，即可以判定装置是否应该动作。

本实施例中具体研究步骤如下：

a、未加入振荡解列装置模型，通过提取失步后发电机群功角差δ_IJ、发电机群频差Δω_IJ、电压最低节点和线路功率，划分同调机群和初步判断失步断面的位置或者区域；

b、加入振荡解列装置模型，通过调整装置安装地点和装置动作区Z_A和Z_B、振荡周期次数N、透镜内角α和振荡中心穿越透镜时间等定值参数，以及通过反复计算，观察振荡解列装置的动作情况，确定振荡中心位置，总结振荡中心的迁移规律和振荡解列装置的响应特性，提出振荡解列装置的配置方案，包括对装置安装地点，以及对装置定值参数的要求。

采用上述步骤经过研究，明确了福建电网有2个主要的网间失步断面：省间联络线断面和网内南北电网中间断面；其中省间断面振荡中心位置在联络线上，网内中间断面振荡中心在中部电网区域内并有向南或者向北迁移情况。对于配置振荡解列装置提出建议如下：省间断面配置振荡解列装置，动作区为联络线全长、1个振荡周期内解列；中间断面振荡解列装置配置在相关断面上，动作区延伸到装置两侧的线路上、1个振荡周期内解列。

步骤F和步骤G中：根据电力系统第二道防线中连锁切机和集中切负荷稳控措施的影响修正振荡解列配置方案；

根据第三道防线中低频/低压减载和高频切机措施与振荡解列措施之间的相互影响修正解列、高频切机、低频减载、低压减载等控制措施；首先保证可靠解列失步电网。通过研究发现，福建电网各稳定控制措施对振荡解列措施没有明显影响，不需要对振荡解列方案进行修正。最后通过总结规律，提出了福建电网振荡解列装置的配置原则和配置方案。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本发明后依然可对发明的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，这些变更、修改或者等同替换，其均在其申请待批的权利要求范围之内。

Claims

1.一种电力系统振荡解列装置的仿真配置方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

A、建立仿真数据模型；

B、建立研究故障集；

C、确定失步振荡中心位置和振荡中心迁移规律；

E、提出所述振荡解列装置初步配置方案；

F、确定稳定控制措施之间的协调配合关系；

G、提出所述振荡解列装置的最终配置方案。

2.如权利要求1所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤A中包括，建立反映电网运行特征及运行方式下的仿真数据模型，其中采用牛顿-拉夫逊法进行潮流计算，并选择电网大负荷条件下极端的正常运行工况为研究的运行方式；

3.如权利要求1所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤B中，所述故障集包括电网中已经发生过的严重故障、电网发生可能性较大的严重故障以及具有内在联系和发展规律的连锁故障；所述严重故障的关键技术指标包括故障类型和故障清除时间t。

4.如权利要求1所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤C中，在建立的运行方式下，采用隐式梯形数值积分算法，仿真计算发生故障集中的故障后电网的稳定表现，获取电网失步特征，确定失步振荡中心位置和振荡中心的迁移规律；

电网失步的特征指标包括：同调机群功角δ及频差Δω；

判断电网失步振荡中心位置及振荡中心迁移规律的特征指标包括：电压最低节点U、线路功率P以及振荡解列装置的测量参数。

5.如权利要求1所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤D中，采用隐式梯形数值积分算法，仿真计算所建立运行方式下发生所述故障集中的故障后振荡解列装置的动作特性；

6.如权利要求1所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤E中，总结所述运行方式和所述故障条件下电网失步特征及振荡解列装置的动作特性，提出振荡解列装置初步配置方案；所述初步配置方案包括对所述振荡解列装置安装地点，对振荡解列装置动作范围Z_A及Z_B、振荡周期次数N以及判定时两侧发电机功角差δ_IJ定值参数的要求。

7.如权利要求5-6任一项所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤F中，根据电网第二道防线中联锁切机和集中切负荷稳控措施对振荡解列配置方案的影响，确定修正振荡解列装置配置方案；

8.如权利要求1所述的仿真配置方法，其特征在于，所述步骤G中，确定电网稳定特性、失步特征、失步振荡中心及振荡中心迁移规律、合适的振荡解列装置类型、安装地点、动作范围和振荡周期的定值参数，提出振荡解列装置的完善配置方案。