CN104682417A - 判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法，对变电站的主变台数及短路电流和接入方案中的百万千瓦机组的机组台数及线路等效长度进行了约束条件研究，判定接入方案中的百万千瓦机组是否适合接入220kV电网。本发明的判定方法对常规的电厂接入设计方法中所用到的判定模型进行了大幅度简化，提高了设计工作效率，减轻了设计工作量。

Description

判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法

技术领域

本发明涉及一种判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法。

背景技术

近年来我国沿海经济发达的地区电力负荷增长较快，负荷密度不断增大，相应地，电厂供电范围不断缩小，同时，随着国家“上大压小”能源政策的逐步落实，部分地区220kV装机反而逐步减少，500kV/220kV降压容量需求不断扩大。

另一方面，电力系统正常运行过程中，发生短路故障，流经故障点的电流瞬态值可达到额定电流的数十倍。若短路电流超过了断路器的遮断能力，则断路器不能在规定时间内切除故障，将导致事故范围扩大甚至系统失稳。因此一般需采取各种措施限制短路电流水平，随着电网发展、网架结构逐渐加强，500kV电网短路电流水平较高。若新增1000MW机组全部接入500kV电网，将会使500kV电网短路电流快速攀升。与此同时，我国华东等地区部分220kV分区电网负荷规模大、网架坚强，已初步具备1000MW机组的接入条件，而且短路电流控制也相对容易。

目前我国1000MW火电机组均以500kV及以上电压等级接入电网。日本等发达国家已有1000MW机组接入380kV以下电网的先例。在本领域，单机容量在1000MW及以上的发电机组被称为百万千瓦机组。在满足电网安全稳定的前提下，将百万千瓦机组接入220kV电网，可减少电网500kV主变压器投资，降低500kV和220kV电网的短路电流水平。从提高地区供电能力和控制短路电流水平的角度，开展百万千瓦机组接入220kV电网实用化研究，符合社会发展实际需要，能够产生一定的经济效益。

百万千瓦机组接入220kV电网的适用范围受到短路电流水平、电压波动要求、送出通道能力等多方面条件的限制。本发明提出了一种快速、直观、可靠的百万千瓦机组接入220kV电网适用范围判定方法，能够迅速直观的分析比较不同的百万千瓦机组220kV接入方案的可行性和优缺点，为电力规划设计人员提供了一种有效的电厂接入系统设计工具。

目前我国尚没有开展百万千瓦火电机组接入220kV电网设计的先例。按照常规的电厂接入设计方法，需要在搭建地区220kV电网计算数据的基础上，对各种接入系统方案进行短路电流计算、潮流计算、电压灵敏度计算等电气计算，以验证接入方案是否可行。这样一来，计算量巨大且容易出现差错，设计效率低且工作量大，同时在判定是否适用时也无法简单而直观地进行判定。

因此，为了满足简单快速进行适用判定的要求，需要提供一种对常规接入判定模型进行简化之后的新的判定方法。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取变电站的主变台数和接入方案中的百万千瓦机组的机组台数；

根据所述变电站的主变台数和所述接入方案中的百万千瓦机组的机组台数计算第一至第四约束条件计算式；

获取所述变电站的短路电流和所述接入方案中的线路等效长度；

将所述线路等效长度代入所述第一至第四约束条件计算式，得到第一至第四约束值；以及

进行可行性判定，在该可行性判定中当所述短路电流的值小于所述第一约束值且小于所述第二约束值且小于所述第三约束值且大于所述第四约束值时，判定为所述接入方案可行，否则判定为不可行，

所述第一约束条件计算式是变电站500kV侧短路电流约束条件计算式，

所述第二约束条件计算式是变电站220kV侧短路电流约束条件计算式，

所述第三约束条件计算式是电厂220kV侧短路电流约束条件计算式，

所述第四约束条件计算式是电厂接入点电压波动约束条件计算式。

本发明的第二方面提供了另一种判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取变电站的主变台数和接入方案中的百万千瓦机组的机组台数；

根据所述变电站的主变台数和所述接入方案中的百万千瓦机组的机组台数计算第一至第四约束曲线；

获取所述变电站的短路电流和所述接入方案中的线路等效长度；

以线路等效长度为横坐标，短路电流为纵坐标，在同一个坐标系内绘制所述第一至第四约束曲线；

将位于所述第一约束曲线的下方且位于所述第二约束曲线的下方且位于所述第三约束曲线的下方且位于所述第四约束曲线的上方的区域设为适用区域；以及

进行可行性判定，在该可行性判定中将横坐标为所述接入方案中的线路等效长度且纵坐标为所述变电站的短路电流的方案对应位置点绘制于所述坐标系上，当所述方案对应位置点位于所述适用区域之内时，判定为所述接入方案可行，否则判定为不可行，

所述第一约束曲线是变电站500kV侧短路电流约束曲线，

所述第二约束曲线是变电站220kV侧短路电流约束曲线，

所述第三约束曲线是电厂220kV侧短路电流约束曲线，

所述第四约束曲线是电厂接入点电压波动约束曲线。

在另一优选例中，同时对所述接入方案的本期方案和远景方案进行可行性判定，只有在本期方案和远景方案的判定结果都是接入方案可行的情况下，才将该接入方案作为推荐接入方案。

用常规的电厂接入设计方法分析百万千瓦机组接入220kV电网的适用范围需要进行大量的电气计算，工作量很大，并且不能直观地揭示百万千瓦机组接入对系统的影响，以及接入方案的比较。本发明提供了一种新的判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法，对常规的电厂接入设计方法中所用到的判定模型进行了大幅度简化，提高了设计工作效率，减轻了设计工作量。

附图说明

图1为百万千瓦机组接入220kV电网的简化示意图。

图2为应用图表的方法来实现本发明的判定方法的示意图。

图3为应用图表的方法来实现本发明的判定方法的另一个示意图。

图4为应用图表的方法来实现本发明的判定方法的另一个示意图。

图5为应用图4来同时判定接入方案的本期方案和远景方案的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

图1为百万千瓦机组接入220kV电网的简化示意图。如图1所示，本发明针对百万千瓦机组接入220kV电网的适用范围的研究变量如下：

1）主变500kV侧系统提供的短路电流

2）电厂220kV侧至500kV变电站220kV侧的线路等效长度

3）主变并列运行台数

4）接入机组台数

其中线路等效长度是将电厂220kV侧母线至变电站220kV侧母线之间的电网回路通过电路原理中的变换公式简化为一个阻值，并换算为2×400mm²导线的等效长度。

适用范围考虑的约束条件如下：

1）机组接入后系统各点短路电流水平在允许范围内（一般而言，500kV系统开关遮蔽能力为63kA、220kV系统开关遮蔽能力为50kA）。

2）单台机组切机时220kV系统电压波动满足要求（根据GB12326-2008《电能质量电压波动和闪变》，对于220kV系统，每小时≤1次的电压波动限值为3%。暂认为考察点为电厂高压侧母线）。

考虑短路电流水平限制的点包括：变电站500kV侧母线、变电站220kV侧母线、电厂220kV侧母线。变电站与电厂之前的其他220kV母线短路电流一般小于变电站220kV侧母线和电厂220kV侧母线短路电流的最大值，因此不作要求。

接入点的电压波动要求实际也与接入点得短路容量有关，接入点短路容量越大，机组启停引起电压波动越小。

本发明提出了一种判定方法，对常规的电厂接入设计方法中所用到的判定模型进行了大幅度简化，将各点的短路电流限制要求和电压波动要求都统一转换为对变电站500kV侧母线系统提供短路电流的要求，以便于仅仅需要通过四个约束条件就能对接入方案进行分析，该分析方法如下所述。

首先，对下述计算式中的符号说明如下：

L——电厂220kV母线至500kV主变220kV侧的等效长度（单位长度电抗0.3Ω/km）

I_500，S——主变500kV侧短路电流系统贡献的分量

I_500，G——主变500kV侧短路电流百万机组贡献的分量

I_200，S——主变220kV侧短路电流系统贡献的分量

I_200，G——主变220kV侧短路电流百万机组贡献的分量

I_200P，S——电厂220kV侧短路电流系统贡献的分量

I_200P，G——电厂220kV侧短路电流百万机组贡献的分量

U_d——主变高中阻抗百分比

S_T——主变并列总额定容量(MVA)

X_d″——机组超瞬电抗

S_G——机组总额定容量(MVA)

U_dG——升压变阻抗百分比

S_TG——升压变总额定容量(MVA)。

1、首先，对变电站500kV侧短路电流约束进行计算：

机组提供的分量

$\begin{array}{c}{I}_{500,G}=\frac{\frac{100}{\sqrt{3}\×525}}{{X_d}^{\′\′}\frac{100}{S_G}+U_{\mathrm{dG}}\frac{100}{S_{\mathrm{TG}}}+0.3L\frac{100}{{230}^2}{+U}_d\frac{100}{S_T}}\\ =\frac{1}{\sqrt{3}\×525(\frac{{X_d}^{\′\′}}{S_G}+\frac{U_{\mathrm{dG}}}{S_{\mathrm{TG}}}+\frac{0.3L}{{230}^2}+\frac{U_d}{S_T})},\end{array}$

需满足I_500，G+I_500，S≤63kA，

因此I_500，S≤63-I_500，G。

2、然后，对变电站220kV侧短路电流约束进行计算：

系统提供的分量

$I_{220,S}-\frac{\frac{100}{\sqrt{3}\×230}}{\frac{100}{\sqrt{3}\×525I_{500,S}}+U_d\frac{100}{S_T}}=\frac{1}{\frac{230}{{525I}_{500,S}}+\sqrt{3}\frac{{230U}_d}{S_T}},$

机组提供的分量

$I_{220,G}=\frac{\frac{100}{\sqrt{3}\×230}}{{X_d}^{\′\′}\frac{100}{S_G}+U_{\mathrm{dG}}\frac{100}{S_{\mathrm{TG}}}+0.3L\frac{100}{{230}^2}}=\frac{1}{\sqrt{3}\×230(\frac{{X_d}^{\′\′}}{S_G}+\frac{U_{\mathrm{dG}}}{S_{\mathrm{TG}}}+\frac{0.3L}{{230}^2})},$

需满足I_220，S+I_220，G≤50kA，

因此I_220，S≤50-I_220，G，

$I_{500,S}\≤\frac{230/525}{\frac{1}{50-I_{220,G}}-\sqrt{3}\frac{{230U}_d}{S_T}}.$

3、接着，对电厂220kV侧短路电流约束进行计算：

系统提供的分量

$\begin{array}{c}{I}_{220P,S}=\frac{\frac{100}{\sqrt{3}\×230}}{\frac{100}{\sqrt{3}\×525I_{500,S}}+U_d\frac{100}{S_T}+0.3L\frac{100}{{230}^2}}\\ =\frac{1}{\sqrt{3}\×230(\frac{1}{525\sqrt{3}{I}_{500,S}}+\frac{U_d}{S_T}+\frac{0.3L}{{230}^2})},\end{array}$

机组提供的分量

$I_{220P,G}=\frac{\frac{100}{\sqrt{3}\×230}}{{X_d}^{\′\′}\frac{100}{S_G}+U_{\mathrm{dG}}\frac{100}{S_{\mathrm{TG}}}}=\frac{1}{\sqrt{3}\×230(\frac{{X_{\mathrm{dG}}}^{\′\′}}{S_G}+\frac{U_{\mathrm{dG}}}{S_{\mathrm{TG}}})},$

需满足I_220P，S+I_220P，G≤50kA，

$I_{500,S}\≤\frac{1}{525\sqrt{3}(\frac{1}{230\sqrt{3}(50-I_{220P,G})}-\frac{U_d}{S_T}-\frac{0.3L}{{230}^2})}.$

4、最后，对电厂接入点电压波动约束进行计算：

根据GB12326-2008《电能质量电压波动和闪变》，对于220kV系统，每小时≤1次的电压波动限值为3%。暂认为考察点为电厂高压侧母线。

机组切机引起的电压波动按下式近似

$\mathrm{\ΔU}\%=\frac{Q_G}{S_d}\≤0.03,$

其中，Q_G是机组切除引起高压侧无功变化量，S_d是机组切除后高压侧短路容量。

其中，S_G1、S_TG1、分别为单台百万机容量、单台升压变容量、功率因数。

$S_d=230\sqrt{3}(I_{220P,S}+I_{220P,\mathrm{GRest}}),$

其中，I_220P，GRest为切除一台机组后剩余机组向电厂高压侧提供的短路电流。

电厂220kV侧系统提供短路电流满足

令以上不定式右端电厂220kV侧系统提供短路电流最小允许值为I_220P，SMIN。当2×1000MW机组接入时，I_220P，SMIN≈18kA当3×1000MW机组接入时，I_220P，SMIN≈10kA需满足

$I_{500,S}\≥\frac{1}{525\sqrt{3}(\frac{1}{230\sqrt{3}\×I_{220P,\mathrm{SMIN}}}-\frac{U_d}{S_T}-\frac{0.3L}{{230}^2})}.$

在结束上述四个约束条件的计算之后，将电厂至变电站线路等效长度代入这四个约束条件公式，得到主变500kV侧短路电流约束值、主变220kV侧短路电流约束值、电厂220kV侧短路电流约束值、接入点电压波动约束值，再进行可行性判定。在该可行性判定中，当主变500kV侧系统提供短路电流的值小于主变500kV侧短路电流约束值且小于主变220kV侧短路电流约束值且小于电厂220kV侧短路电流约束值且大于接入点电压波动约束值时，判定为所述接入方案可行，否则判定为不可行。

另外要特别说明的是，尽管在上述记载中列举了四个约束条件的计算方式，但实际上只要是对简化后的判定模型，即主变500kV侧短路电流约束、主变220kV侧短路电流约束、电厂220kV侧短路电流约束、接入点电压波动约束这四个约束条件进行计算，哪怕计算公式和上述示例并不完全一样，也同样适用于本发明，本发明中对约束条件的计算公式并不限于上述实施例中的公式。

实施例2

在本发明的另一个实施例中，利用了图解法来分析上述实施例1中的四个约束条件，以电厂220kV侧至500kV变电站220kV侧的线路等效长度为横坐标，以主变500kV侧系统提供短路电流为纵坐标，根据不同的主变规模和机组规模组合模式，可以画出一系列的适用范围曲线图，供机组接入方案比选用，其中，对应于上述实施例1中的四个约束条件的计算公式，绘制四条约束曲线。

图2至图4分别示出了三种情况下绘制出的曲线图。其中，图2是某电厂2×1000MW机组拟接入2×1000MVA主变的情况，图3是某电厂2×1000MW机组拟接入3×1000MVA主变的情况，图4是某电厂2×1000MW机组拟接入4×1000MVA主变的情况。

如图所示，将阴影部分，即位于主变500kV侧短路电流约束曲线的下方且位于主变220kV侧短路电流约束曲线的下方且位于电厂220kV侧短路电流约束曲线的下方且位于接入点电压波动约束曲线的上方的区域，设为百万千万机组接入220kV电网的适用区域，超出阴影的区域则不满足要求。

变形例

不管是在上述的实施例1中还是在上述的实施例2中，如果在有多个接入方案且需要从其中挑选出推荐接入方案时，都可以采用如下方法：同时对所述接入方案的本期方案和远景方案进行可行性判定，只有在本期方案和远景方案的判定结果都是接入方案可行的情况下，才将该接入方案作为推荐接入方案。

下面给出在图4（实施例2）中，即一个某电厂2×1000MW拟接入4×1000MVA主变并列运行220kV分区的方案比选的示例。

设电厂接入前分区主变500kV侧本期和远景的三相短路电流分别为44kA和52kA。方案A、方案B和方案C的电厂至变电站线路等效长度分别为4.2km、10.1km和14.0km。将上述值画在4×1000MVA主变+2×1000MW机组对应的适用范围曲线图上。如图5所示，方案A本期满足接入条件要求，远期受变电站220kV侧短路电流限制，不满足要求；方案B本期和远景均满足要求；方案C受接入点电压波动约束要求限制，本期和远景均不满足要求。因此，挑选方案B为推荐方案，下一步可重点针对方案B进行方案论证。

由此可见，本发明提出的判定方法可在对判定模型中的电气计算进行了简化的条件下对各种百万千万机组接入220kV电网的接入系统方案进行快速筛选，为电力规划设计人员提供了一种有效的电厂接入系统设计工具。

此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (3)

1.一种判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取变电站的主变台数和接入方案中的百万千瓦机组的机组台数；

根据所述变电站的主变台数和所述接入方案中的百万千瓦机组的机组台数计算第一至第四约束条件计算式；

获取所述变电站的短路电流和所述接入方案中的线路等效长度；

将所述线路等效长度代入所述第一至第四约束条件计算式，得到第一至第四约束值；以及

进行可行性判定，在该可行性判定中当所述短路电流的值小于所述第一约束值且小于所述第二约束值且小于所述第三约束值且大于所述第四约束值时，判定为所述接入方案可行，否则判定为不可行，

所述第一约束条件计算式是变电站500kV侧短路电流约束条件计算式，

所述第二约束条件计算式是变电站220kV侧短路电流约束条件计算式，

所述第三约束条件计算式是电厂220kV侧短路电流约束条件计算式，

所述第四约束条件计算式是电厂接入点电压波动约束条件计算式。

2.一种判定百万千瓦机组是否适合接入220kV电网的方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取变电站的主变台数和接入方案中的百万千瓦机组的机组台数；

根据所述变电站的主变台数和所述接入方案中的百万千瓦机组的机组台数计算第一至第四约束曲线；

获取所述变电站的短路电流和所述接入方案中的线路等效长度；

以线路等效长度为横坐标，短路电流为纵坐标，在同一个坐标系内绘制所述第一至第四约束曲线；

将位于所述第一约束曲线的下方且位于所述第二约束曲线的下方且位于所述第三约束曲线的下方且位于所述第四约束曲线的上方的区域设为适用区域；以及

进行可行性判定，在该可行性判定中将横坐标为所述接入方案中的线路等效长度且纵坐标为所述变电站的短路电流的方案对应位置点绘制于所述坐标系上，当所述方案对应位置点位于所述适用区域之内时，判定为所述接入方案可行，否则判定为不可行，

所述第一约束曲线是变电站500kV侧短路电流约束曲线，

所述第二约束曲线是变电站220kV侧短路电流约束曲线，

所述第三约束曲线是电厂220kV侧短路电流约束曲线，

所述第四约束曲线是电厂接入点电压波动约束曲线。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

同时对所述接入方案的本期方案和远景方案进行可行性判定，只有在本期方案和远景方案的判定结果都是接入方案可行的情况下，才将该接入方案作为推荐接入方案。