CN103390081B - 一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，依据弱联系电网严重故障导致孤网运行后频率变化速度快且幅度大的特点，从孤网频率降低和升高两个方面，综合考虑了汽轮发电机组一次调频控制装置、水轮发电机组一次调频控制装置、汽轮机超速保护控制装置、高频切机安全自动装置、低频减载安全自动装置和低压减载安全自动装置等频率控制装置的动作特性，制定出科学、合理的弱联系电网频率控制装置定值的仿真配置方法，具有适应性强、考虑因素全面、方案合理等优点。

Description

一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法
技术领域
本发明属于电力系统频率控制装置，具体涉及一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法。
背景技术
弱联系电网自身容量小，最大单机容量占电网总容量的比例较大，在局部电网严重故障、自然灾害或人为操作失误等偶然事故下，易出现电网联络线解列形成孤网运行。孤网发生的瞬间，孤网内所有机组出力和负荷功率之间存在一定的功率差额。较大的功率差额将导致地区孤网频率产生大幅度波动，系统中的一些控制元件将响应频率的变化进行调节或者动作，主要包括：汽轮机和水轮机的一次调频控制系统、汽轮机的超速保护控制装置、高频切机与低频减载装置。如果控制策略不当，将引发系统频率振荡，严重时甚至发生频率崩溃，导致区域电网发生大面积停电事故。
当弱联系电网解列成孤网后，原以保护设备自身为主的保护方式和以直接控制发电机功率的控制方式已不再适应孤网运行，需要切换为发电机组同步运行和系统中能量平衡的速度控制方式。孤网运行特点与大型互联电网有较大不同，而且孤网自身的复杂性，尤其是针对存在大机小网问题的地区电网，其系统容量小与主网联系薄弱，孤岛方式下的频率控制技术问题远大于经验丰富的大型互联电网。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，依据弱联系电网严重故障导致孤网运行后频率变化速度快且幅度大的特点，从孤网频率降低和升高两个方面，综合考虑了汽轮发电机组一次调频控制装置、水轮发电机组一次调频控制装置、汽轮机超速保护控制装置、高频切机安全自动装置、低频减载安全自动装置和低压减载安全自动装置等频率控制装置的动作特性，制定出科学、合理的弱联系电网频率控制装置定值的仿真配置方法，具有适应性强、考虑因素全面、方案合理等优点。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：建立电网数据模型；
步骤2：建立弱联系电网出现孤网运行方式的故障集；
步骤3：仿真分析严重故障下频率控制装置的动作行为和孤网频率的变化情况，判断发生引起孤网频率变化的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为频率控制装置配置方案的效果良好，若不满足，则对频率控制装置定值参数进行调整；
步骤4：分析调整定值参数后的频率控制装置对弱联系电网不同的运行工况和故障形式的适应性，并确定频率控制装置的最终配置方案。
所述步骤1中的电网数据模型包括含频率控制装置的弱联系电网仿真数据模型和外部电网数据模型，所述弱联系电网仿真数据模型通过弱联系通道与外部电网数据模型连接。
所述频率控制装置包括汽轮发电机组一次调频控制装置、水轮发电机组一次调频控制装置、汽轮机超速保护控制装置、高频切机安全自动装置、低频减载安全自动装置和低压减载安全自动装置。
采用牛顿—拉夫逊法对所述电网数据模型进行潮流计算以获得初始运行工况。
所述步骤2中，故障集包括引起孤网频率升高的严重故障和引起孤网频率降低的严重故障。
所述严重故障为导致弱联系电网与外部电网的联络断面失步解列，解列后出现高频低频现象的故障；所述严重故障包括电网中曾发生过的严重故障、发生可能性较大的严重故障和考虑继电保护拒动的严重故障。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：仿真分析严重故障下频率控制装置的动作行为和孤网频率的变化情况，得到弱联系电网的仿真结果；
步骤3-2：判断发生引起孤网频率降低的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为低频减载安全自动装置配置方案的效果良好，且与其他频率控制装置间的协调配合关系良好；若不满足，则对低频减载安全自动装置的定值参数进行调整，使低频减载安全自动装置满足定值功率缺额下孤网频率可恢复至正常水平；
步骤3-3：判断发生引起孤网频率升高的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为汽轮机超速保护控制装置和高频切机安全自动装置的配置方案分别效果良好，且两者之间的协调配合关系良好；若不满足，则对汽轮机超速保护控制装置和高频切机安全自动装置的定值参数分别进行调整，使两者协调配合，有效控制孤网频率升高和频率振荡。
所述步骤3-1中的弱联系电网的仿真结果包括：
1）低频减载安全自动装置动作轮次K1；
2）高频切机安全自动装置动作轮次K2，汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…，Gk及动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数NG1，NG2，…，NGk；
3）低压减载安全自动装置动作轮次K3；
4）弱联系电网的频率在动态变化过程中的最高频率fMax；
5）弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs。
所述步骤3-2中，发生引起孤网频率降低的严重故障时的仿真结果满足的相应条件包括：
1）弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs满足：49.5Hz＜fs＜50.5Hz；
2）高频切机安全自动装置动作轮次、汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数满足：K2＝NG1＝…=NGk＝0；
3）低压减载安全自动装置动作轮次K3＝0。
低频减载安全自动装置的定值参数包括动作轮次、各轮次动作频率值、动作延时、各轮次切负荷量。
所述步骤3-3中，发生引起孤网频率升高的严重故障时的仿真结果满足的相应条件包括：
1）汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数满足：NG1，NG2，…，NGk＜4；
2）低频减载安全自动装置动作次数满足：K1＝0；
3）低压减载安全自动装置动作次数满足：K3＝0；
4）弱联系电网的频率在动态变化过程中的最高频率fMax满足：fMax＜53Hz；
5）弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs满足：49.5Hz＜fs＜50.5Hz。
汽轮机超速保护控制装置的定值参数包括动作频率值、动作延时、关闭时间间隔、高压阀门关闭与否；所述高频切机安全自动装置的定值参数包括高频切机机组的选择、动作延时和动作频率值。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明充分考虑到事故状态下孤立电网的异常动态频率行为，解决汽轮发电机组一次调频控制装置、水轮发电机组一次调频控制装置、汽轮机超速保护控制装置、高频切机安全自动装置、低频减载安全自动装置和低压减载安全自动装置相互协调配合关系欠佳导致的频率无法恢复和频率振荡问题；
2.本发明考虑因素全面、方案合理、对电网不同的运行工况和故障形式具有良好的适应性。该仿真方法有利于指导配置合理的频率控制装置定值方案，保证弱联系电网在孤网运行时的频率稳定性；
3.深入分析事故状态下孤立电网的异常动态频率行为，研究弱联系电网多个频率控制装置定值配置的仿真方法，提高了弱联系电网在严重故障下的频率恢复能力，避免及减少发生大面积停电事故造成的巨大经济损失。
附图说明
图1是弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，提供一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：建立电网数据模型；
步骤2：建立弱联系电网出现孤网运行方式的故障集；
步骤3：仿真分析严重故障下频率控制装置的动作行为和孤网频率的变化情况，判断发生引起孤网频率变化的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为频率控制装置配置方案的效果良好，若不满足，则对频率控制装置定值参数进行调整；
步骤4：分析调整定值参数后的频率控制装置对弱联系电网不同的运行工况和故障形式的适应性，并确定频率控制装置的最终配置方案。
所述步骤1中的电网数据模型包括含频率控制装置的弱联系电网仿真数据模型和外部电网数据模型，所述弱联系电网仿真数据模型通过弱联系通道与外部电网数据模型连接。
所述频率控制装置包括汽轮发电机组一次调频控制装置、水轮发电机组一次调频控制装置、汽轮机超速保护控制装置、高频切机安全自动装置、低频减载安全自动装置和低压减载安全自动装置。
采用牛顿—拉夫逊法对所述电网数据模型进行潮流计算以获得初始运行工况。
所述步骤2中，故障集包括引起孤网频率升高的严重故障和引起孤网频率降低的严重故障。
所述严重故障为导致弱联系电网与外部电网的联络断面失步解列，解列后出现高频低频现象的故障；所述严重故障包括电网中曾发生过的严重故障、发生可能性较大的严重故障和考虑继电保护拒动的严重故障。
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：仿真分析严重故障下频率控制装置的动作行为和孤网频率的变化情况，得到弱联系电网的仿真结果；
步骤3-2：判断发生引起孤网频率降低的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为低频减载安全自动装置配置方案的效果良好，且与其他频率控制装置间的协调配合关系良好；若不满足，则对低频减载安全自动装置的定值参数进行调整，使低频减载安全自动装置满足定值功率缺额下孤网频率可恢复至正常水平；
步骤3-3：判断发生引起孤网频率升高的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为汽轮机超速保护控制装置和高频切机安全自动装置的配置方案分别效果良好，且两者之间的协调配合关系良好；若不满足，则对汽轮机超速保护控制装置和高频切机安全自动装置的定值参数分别进行调整，使两者协调配合，有效控制孤网频率升高和频率振荡。
所述步骤3-1中的弱联系电网的仿真结果包括：
1）低频减载安全自动装置动作轮次K1；
2）高频切机安全自动装置动作轮次K2，汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…，Gk及动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数NG1，NG2，…，NGk；
3）低压减载安全自动装置动作轮次K3；
4）弱联系电网的频率在动态变化过程中的最高频率fMax；
5）弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs。
所述步骤3-2中，发生引起孤网频率降低的严重故障时的仿真结果满足的相应条件包括：
1）弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs满足：49.5Hz＜fs＜50.5Hz；
2）高频切机安全自动装置动作轮次、汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数满足：K2＝NG1＝…=NGk＝0；
3）低压减载安全自动装置动作轮次K3＝0。
低频减载安全自动装置的定值参数包括动作轮次、各轮次动作频率值、动作延时、各轮次切负荷量。
所述步骤3-3中，发生引起孤网频率升高的严重故障时的仿真结果满足的相应条件包括：
1）汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数满足：NG1，NG2，…，NGk＜4；
2）低频减载安全自动装置动作次数满足：K1＝0；
3）低压减载安全自动装置动作次数满足：K3＝0；
4）弱联系电网的频率在动态变化过程中的最高频率fMax满足：fMax＜53Hz；
5）弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs满足：49.5Hz＜fs＜50.5Hz。
汽轮机超速保护控制装置的定值参数包括动作频率值、动作延时、关闭时间间隔、高压阀门关闭与否；所述高频切机安全自动装置的定值参数包括高频切机机组的选择、动作延时和动作频率值。高频切机安全自动装置应与汽轮机超速保护控制装置协调配合，有效控制孤网频率升高和频率振荡的问题，应从以下三个方面进行考虑：
1）各火电机组超速保护控制传统103%保护可进行优化，考虑分轮次启停，且110%保护必须投入；
2）大容量机组超速保护控制保护配置原则为无延时动作关闭汽门，关闭后实时监测系统频率，一旦恢复为额定频率可再次打开汽门，另外尽量采取不关闭高压阀门，只关中低压阀门的措施，降低功率波动量；
3）火电机组超速保护控制保护和高频切机分轮次的协调配合，通过超速保护控制定值优化避免出现反复动作情况。
仿真分析结果表明，本专利所提出的弱联系电网频率控制装置定值的仿真配置方法能全面计及严重故障导致孤网有功盈余和缺额较大时各个频率控制装置的动作行为，准确评估这些动作行为的有效性和相互协调与否，并提出相应的调整方案，有利于保证弱联系电网孤网运行时的频率稳定性。
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：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (11)

1.一种弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：建立电网数据模型；
步骤2：建立弱联系电网出现孤网运行方式的故障集；
步骤3：仿真分析严重故障下频率控制装置的动作行为和孤网频率的变化情况，判断发生引起孤网频率变化的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为频率控制装置配置方案的效果良好，若不满足，则对频率控制装置定值参数进行调整；
步骤4：分析调整定值参数后的频率控制装置对弱联系电网不同的运行工况和故障形式的适应性，并确定频率控制装置的最终配置方案；
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3-1：仿真分析严重故障下频率控制装置的动作行为和孤网频率的变化情况，得到弱联系电网的仿真结果；
步骤3-2：判断发生引起孤网频率降低的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为低频减载安全自动装置配置方案的效果良好，且与其他频率控制装置间的协调配合关系良好；若不满足，则对低频减载安全自动装置的定值参数进行调整，使低频减载安全自动装置满足定值功率缺额下孤网频率可恢复至正常水平；
步骤3-3：判断发生引起孤网频率升高的严重故障时的仿真结果是否满足相应条件，若满足则认为汽轮机超速保护控制装置和高频切机安全自动装置的配置方案分别效果良好，且两者之间的协调配合关系良好；若不满足，则对汽轮机超速保护控制装置和高频切机安全自动装置的定值参数分别进行调整，使两者协调配合，控制孤网频率升高和频率振荡。
2.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述步骤1中的电网数据模型包括含频率控制装置的弱联系电网仿真数据模型和外部电网数据模型，所述弱联系电网仿真数据模型通过弱联系通道与外部电网数据模型连接。
3.根据权利要求2所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述频率控制装置包括汽轮发电机组一次调频控制装置、水轮发电机组一次调频控制装置、汽轮机超速保护控制装置、高频切机安全自动装置、低频减载安全自动装置和低压减载安全自动装置。
4.根据权利要求2所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：采用牛顿—拉夫逊法对所述电网数据模型进行潮流计算以获得初始运行工况。
5.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述步骤2中，故障集包括引起孤网频率升高的严重故障和引起孤网频率降低的严重故障。
6.根据权利要求5所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述严重故障为导致弱联系电网与外部电网的联络断面失步解列，解列后出现高频低频现象的故障；所述严重故障包括电网中曾发生过的严重故障、发生可能性较大的严重故障和考虑继电保护拒动的严重故障。
7.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-1中的弱联系电网的仿真结果包括：
1)低频减载安全自动装置动作轮次K1；
2)高频切机安全自动装置动作轮次K2，汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…，Gk及动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数NG1，NG2，…，NGk；
3)低压减载安全自动装置动作轮次K3；
4)弱联系电网的频率在动态变化过程中的最高频率fMax；
5)弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs。
8.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-2中，发生引起孤网频率降低的严重故障时的仿真结果满足的相应条件包括：
1)弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs满足：49.5Hz＜fs＜50.5Hz；
2)高频切机安全自动装置动作轮次、汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数满足：K2＝NG1＝…＝NGk＝0；
3)低压减载安全自动装置动作轮次K3＝0。
9.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：低频减载安全自动装置的定值参数包括动作轮次、各轮次动作频率值、动作延时、各轮次切负荷量。
10.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：所述步骤3-3中，发生引起孤网频率升高的严重故障时的仿真结果满足的相应条件包括：
1)汽轮机超速保护控制装置动作机组G1，G2，…,Gk分别对应的动作次数满足：NG1，NG2，…，NGk＜4；
2)低频减载安全自动装置动作次数满足：K1＝0；
3)低压减载安全自动装置动作次数满足：K3＝0；
4)弱联系电网的频率在动态变化过程中的最高频率fMax满足：fMax＜53Hz；
5)弱联系电网的频率最终恢复到的稳态频率fs满足：49.5Hz＜fs＜50.5Hz。
11.根据权利要求1所述的弱联系电网中频率控制装置定值参数的仿真配置方法，其特征在于：汽轮机超速保护控制装置的定值参数包括动作频率值、动作延时、关闭时间间隔、高压阀门关闭与否；所述高频切机安全自动装置的定值参数包括高频切机机组的选择、动作延时和动作频率值。
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