CN103390899B - 一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，包括如下步骤：A、确定电力系统的典型运行方式；B、获取待研究电网的振荡模式及其特性；C、分别找出对发电机组本身、局部电网和互联电网影响最严重的强迫振荡对应的机组及其扰动信号特性；D、总结强迫振荡影响的共性规律。本发明的评估方法克服了现有评估方法仅考虑区间低频振荡频率、仅针对强迫振荡对大电网的影响的局限性，结合实际录波数据能够对发电机组的稳定参数进行校核，具有通用性强、适应性强、考虑因素全面、方案合理、便于快速决策等优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明属于电力系统动态稳定分析领域，具体涉及小干扰稳定分析中的一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法。
背景技术
随着电网的发展，远距离、重负荷输电线路不断出现，互联电网之间也会出现通过弱联络线联系的情况，快速响应高放大倍数励磁系统的应用也逐渐增多，导致低频振荡更容易出现，系统动态稳定性降低。在电力系统动态稳定分析领域，采用Prony算法分析系统的小干扰稳定性的方法已得到了广泛认可。Prony算法能够有效地发现系统的负阻尼和弱阻尼模式，基于负阻尼原理设计的PSS也已经广泛应用于工程实践，是目前防止低频振荡最有效的手段。
一般认为，当扰动的频率与系统固有频率相同或相近时，系统可能产生共振型的欠阻尼低频振荡，即一般所说的强迫振荡，此时PSS的抑制效果并不理想。强迫功率振荡发生的关键是由于扰动源的存在，如果能够及时发现扰动源所在位置，则对于消除振荡具有重要的指导意义。如何准确评估互联大电网中强迫振荡的影响，及时发现扰动源所在位置，以便采取相应的措施，是值得关注和需要深入研究的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种准确性高、能够普遍适用于各种运行方式和各种类型发电机的强迫振荡影响评估方法。大量研究发现，互联大电网中强迫振荡的影响不仅和扰动源点的频率有关，还和扰动源点的开机方式、出力情况、扰动时间长度等因素有关。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、确定电力系统的典型运行方式；
B、获取待研究电网的振荡模式及其特性；
C、分别找出对发电机组本身、局部电网和互联电网影响最严重的强迫振荡对应的机组及其扰动信号特性；
D、总结强迫振荡影响的共性规律。
优选地，所述步骤A包括：建立包含待研究电网的大电网数据模型，配置稳定计算相关参数，依据使得系统区间振荡模式阻尼比较小的开机方式、负荷水平、联络线交换功率水平确定所述典型运行方式；所述稳定计算相关参数包括：发电机组的原动机、调速器、励磁系统和PSS等模型的参数。
优选地，所述步骤B通过Prony算法计算与待研究电网相关性较强的所述振荡模式及其特性，所述特性包括振荡频率、参与机组及其参与因子、模式特征值和相关因子。
优选地，所述振荡模式的频率大于0.1Hz，小于2.0Hz；其中频率小于0.3的振荡模式为区间振荡模式，频率大于0.3且小于0.7的振荡模式为区内振荡模式，频率大于0.7的振荡模式为局部振荡模式；所述振荡模式的相关因子大于0.8；所述机组的参与因子大于0.1。
优选地，所述步骤C结合如下因素完成：发电机类型、位置、开机数量、发电机出力、扰动信号时间长度和频率变化。
优选地，所述步骤C包括：对于参与振荡程度和容量较大的发电机组，计算该机组强迫振荡特性包括如下步骤：
C1）通过调整电网发电分布的手段，选择合适的运行方式，激发该发电机组的局部振荡模式，得到该机组的特征频率；
C2）选择频率步长，于该机组满发时在不同频率的强迫振荡情况下计算该机组机端电磁功率和重要线路功率的波动参数，分别得到对机组自身和对电网重要线路影响最严重的强迫振荡对应的频率；
C3）选择机组出力步长，计算每个电厂发电机组在不同开机组合和典型出力情况下，发生步骤C2计算所得的最严重频率的强迫振荡时，机端电磁功率和重要线路功率的波动参数；
C4）计算每台发电机组在不同开机组合和典型出力情况下的强迫振荡参数，该参数包括对机组本身和对电网重要线路影响最严重的强迫振荡频率，及其对电网重要线路和机组本身的影响参数；所述影响参数包括功率和电压的变化。
优选地，所述机端电磁功率和重要线路功率的波动参数包括波动峰值和稳态波动值；所述波动峰值为功率瞬时最大值和瞬时最小值分别与功率初始值做差所得差值中绝对值大的数值，所述稳态波动值为振荡期间功率稳态值与功率初始值的差值；所述重要线路包括：系统调度的区域间联络线、重载线路和主要电厂送出线路。
优选地，所述步骤D包括：
D1）扫描系统中的重要线路；对于接近输电能力的线路，检查强迫振荡引起的功率波动是否导致其超过输电能力；所述功率不超过输电能力的判断公式为：PL+PZ<PJ；其中：PL是线路正常运行时的有功功率，PZ是强迫振荡引起的功率波动峰值，PJ是线路的输电能力，取其热稳极限和暂稳极限二者中的最小值；
D2）扫描系统间联络线，检查强迫振荡是否导致联络线功率超过输电能力，判断标准同步骤D1；
D3）根据计算得到强迫振荡影响最严重的情况对应的机组及其扰动信号特点，决定是否需要调整运行方式，所述调整运行方式包括调整发电机组出力、调整相关线路功率。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
1、本发明提供的评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，解决了目前在强迫振荡扰动源的定位方面过分依赖调度运行人员的个人经验、扰动频率拘泥于区间振荡模式频率、考虑强迫振荡的影响只限于对系统的影响等缺陷；本发明通过对扰动源要素变化的仿真分析，给出了强迫振荡影响的变化规律，为评估互联大电网中强迫振荡影响，准确进行强迫振荡扰动源的定位，提供有力的依据。
2、本发明提供的评估互联大电网中强迫振荡影响的方法具有可操作性强、考虑因素全面、方案合理、计算结果有实际物理意义、能够用于指导生产运行等优点，具有较高的实用价值和良好的市场前景。
附图说明
图1是本发明评估互联大电网中强迫振荡影响方法的流程图；
图2是本发明实施例中不同扰动信号频率下长南线功率波动幅度示意图；
图3是本发明实施例中不同扰动信号频率下白鹤机组机端电磁功率示意图；
图4是本发明实施例中不同扰动信号频率下盘龙线功率波动幅度示意图；
图5是本发明实施例中不同机组机械功率下相同扰动对应的机端电磁功率放大倍数示意图；
图6是本发明实施例中不同开机台数下相同扰动对应的机端电磁功率示意图；
图7是本发明实施例中PSS投运与不投运时相同扰动对应的机端电磁功率示意图；
图8是本发明实施例中不同扰动源位置对应的长南线功率波动幅度示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明在重庆电网具体实施做进一步的详细说明。
图1是本发明评估互联大电网中强迫振荡影响方法实施例的流程图，本发明提供的评估互联大电网中强迫振荡影响的方法包括下述步骤：
A、以华中-华北大电网中的重庆电网为研究对象电网，建立华中-华北大电网2013年夏季典型平大运行方式。华中-华北系统的总装机3.17亿千瓦，旋转备用560万千瓦，系统联络线功率情况：华中送华北500万千瓦（长南线1000kV单回），四川送重庆400万千瓦（洪板500kV双回+黄万500kV双回），重庆送湖北260万千瓦（盘龙500kV双回+张恩500kV双回），湖北送河南180万千瓦（樊白500kV双回+孝浉500kV双回）；
B、此方式下与重庆电网强相关的振荡模式主要有三种，分别是：区间振荡模式华北对华中，频率0.1618Hz，阻尼比0.0590；区内振荡模式川渝对华中东部，频率0.3601Hz，阻尼比0.0584；局部模式合川电厂对主网，频率1.2231Hz，阻尼比0.0612；其他次要相关的模式如下表1所示（仅以白鹤电厂为例）：
表1重庆电网次要相关的振荡模式
| 模式 | 实部 | 虚部 | 振荡频率 | 阻尼比 | 相关因子 |
| 白鹤对主网 | -0.4469 | 7.7098 | 1.2271 | 0.0579 | 8.5145 |
C、扰动信号幅度为30MW，扰动时间为40秒，考虑发电机类型、位置、开机数量、发电机出力、扰动时间长度和频率变化等多方面因素，得到的结果部分列举如下表2和表3所示：
表2白鹤电厂强迫振荡模式与影响因素的关系
表3电厂发生0.16Hz强迫振荡时联络线响应情况（单位：MW）
| 扰动位置 | 长治～南阳 | 九盘～龙泉 | 张家坝～恩施 |
| 珞璜二期 | 126 | 21 | 16 |
| 珞璜一期 | 121 | 20 | 15.5 |
| 松溉 | 113 | 19 | 14 |
| 重庆 | 107 | 17.5 | 13.5 |
| 双槐 | 99 | 16 | 12 |
| 珞璜三期 | 91 | 14.5 | 11 |
| 九龙 | 90 | 14.5 | 11 |
| 恒泰 | 87 | 13.5 | 11 |
| 合川 | 86 | 14 | 10.5 |
| 草街 | 86 | 14 | 10.5 |
| 盖下坝 | 84 | 15 | 8.5 |
| 江口 | 84 | 13 | 11 |
| 彭水 | 82 | 12 | 10.5 |
| 银盘 | 82 | 12.5 | 11 |
| 冉家坝 | 82 | 15 | 8.5 |
| 白鹤 | 80 | 15 | 8 |
| 渡口坝 | 77 | 15.5 | 6 |
| 中梁一级 | 60.5 | 14 | 4.9 |
| 蹇家湾 | 37.5 | 7.5 | 4 |
| 柳树坝 | 36 | 7.5 | 3.7 |
| 门坎滩 | 36 | 7.5 | 3.6 |
| 鱼桥洞 | 22.5 | 2 | 3 |
| 红花 | 22 | 4 | 2 |
| 白果坪 | 21.5 | 3.2 | 1.6 |
| 小寨 | 21.5 | 4.5 | 2 |
| 小石峡 | 21.5 | 2.3 | 2.7 |
注：对于容量小于30MW的机组，扰动信号幅度为机组额定出力。
仿真计算中的部分功率曲线图如图2～8所示。
由附图2～8以及上表2和表3可以得到如下关于白鹤电厂的结论，这些结论可以类推到其他电厂：
（1）扰动频率约为0.16Hz时，长南线功率波动幅度最大，其他地方波动幅度相对较小，说明此时白鹤机组强迫振荡对主网的影响较大，对局部电网和机组本身的影响较小；
（2）扰动频率为1～1.1Hz时，长南线功率波动幅度虽然不大，但白鹤电厂机组的机端电磁功率波动幅度较大，约为扰动幅度的1.8倍，即放大倍数约为1.8，说明该扰动模式下强迫振荡对发电机组本身的影响较大；
（3）白鹤电厂开机台数增加，电磁功率波动幅度的最大放大倍数减小；机组出力减少，电磁功率波动幅度略有减小，但放大倍数增大；
（4）扰动频率约为0.16Hz时，扰动时间长度小于约22秒时，长南线功率波动幅度随着扰动时间的增长而增长；扰动时间长度大于约22秒时，长南线功率波动幅度不再增长；
（5）扰动频率大于0.6Hz时，长南线功率波动幅度都是在波动的第一摆较大，然后随着扰动时间的增长而减小；
（6）一般来说，对于同频率同强度的强迫振荡，火电机组对电网的影响比水电机组的影响大。
D、根据计算得到强迫振荡影响最严重的情况对应的机组及其扰动信号特点，提出
加强对相关机组PSS监测的建议，保证其可靠投入运行。
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 (4)
1.一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
A、确定电力系统的典型运行方式；
B、获取待研究电网的振荡模式及其特性；
C、分别找出对发电机组本身、局部电网和互联电网影响最严重的强迫振荡对应的机组及其扰动信号特性；
D、总结强迫振荡影响的共性规律；
所述步骤C结合如下因素完成：发电机类型、位置、开机数量、发电机出力、扰动信号时间长度和频率变化；
所述步骤C包括：对于参与振荡程度和容量较大的发电机组，计算该机组强迫振荡特性包括如下步骤：
C1)通过调整电网发电分布的手段，选择合适的运行方式，激发该发电机组的局部振荡模式，得到该机组的特征频率；
C2)选择频率步长，于该机组满发时在不同频率的强迫振荡情况下计算该机组机端电磁功率和重要线路功率的波动参数，分别得到对机组自身和对电网重要线路影响最严重的强迫振荡对应的频率；
C3)选择机组出力步长，计算每个电厂发电机组在不同开机组合和典型出力情况下，发生步骤C2计算所得的影响最严重的强迫振荡对应的频率的强迫振荡时，机端电磁功率和重要线路功率的波动参数；
C4)计算每台发电机组在不同开机组合和典型出力情况下的强迫振荡参数，该参数包括对机组本身和对电网重要线路影响最严重的强迫振荡频率，及其对电网重要线路和机组本身的影响参数；所述影响参数包括功率和电压的变化；
所述机端电磁功率和重要线路功率的波动参数包括波动峰值和稳态波动值；所述波动峰值为功率瞬时最大值和瞬时最小值分别与功率初始值做差所得差值中绝对值大的数值，所述稳态波动值为振荡期间功率稳态值与功率初始值的差值；所述重要线路包括：系统调度的区域间联络线、重载线路和主要电厂送出线路；
所述步骤D包括：
D1)扫描系统中的重要线路；对于接近输电能力的线路，检查强迫振荡引起的功率波动是否导致其超过输电能力；所述功率不超过输电能力的判断公式为：PL+PZ<PJ；其中：PL是线路正常运行时的有功功率，PZ是强迫振荡引起的功率波动峰值，PJ是线路的输电能力，取其热稳极限和暂稳极限二者中的最小值；
D2)扫描系统间联络线，检查强迫振荡是否导致联络线功率超过输电能力，判断标准同步骤D1；
D3)根据计算得到强迫振荡影响最严重的情况对应的机组及其扰动信号特点，决定是否需要调整运行方式，所述调整运行方式包括调整发电机组出力、调整相关线路功率。
2.如权利要求1所述的一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，其特征在于，所述步骤A包括：建立包含待研究电网的大电网数据模型，配置稳定计算相关参数，依据使得系统区间振荡模式阻尼比较小的开机方式、负荷水平、联络线交换功率水平确定所述典型运行方式；所述稳定计算相关参数包括：发电机组的原动机、调速器、励磁系统和PSS模型的参数。
3.如权利要求1所述的一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，其特征在于：所述步骤B通过Prony算法计算与待研究电网相关性较强的所述振荡模式及其特性，所述特性包括振荡频率、参与机组及其参与因子、模式特征值和相关因子。
4.如权利要求3所述的一种评估互联大电网中强迫振荡影响的方法，其特征在于：所述振荡模式的频率大于0.1Hz，小于2.0Hz；其中频率小于0.3的振荡模式为区间振荡模式，频率大于0.3且小于0.7的振荡模式为区内振荡模式，频率大于0.7的振荡模式为局部振荡模式；所述振荡模式的相关因子大于0.8；所述机组的参与因子大于0.1。
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