CN104868469A - 一种火电机组开机优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种火电机组开机优化方法，本发明针对电力系统火电机组开机优化方法现状及问题，提出了一种火电机组开机优化方法，通过全过程仿真模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程，分析风功率波动对于风光等新能源运行的影响，提出合理的火电机组开机优化方案。本发明可以降低大规模风电接入系统的运行风险，同时提高了电网抵抗电压失稳风险的能力，提高了电网安全稳定高效经济运行水平。

Description

一种火电机组开机优化方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种火电机组开机优化方法。
背景技术
中国部分地区的风能和光能资源较为丰富，而当地负荷水平一般较低，系统规模小，风光电消纳能力十分有限，大规模风光电(风电、光伏和火电，简称风光电)必须远距离输送到其他区域消纳。风光电年利用小时数低，单独远距离传输经济性很差；同时，传输线路上风光电功率的频繁波动极不利于系统的安全稳定运行。采取风电、光电、火电打捆外送策略不仅能有效减小线路功率的波动，而且还有利于系统的安全稳定，同时明显降低受端电力系统的供电成本。
但是随着越来越多大容量风光火打捆能源基地的建成投运，在带来巨大经济效益的同时，其动态行为变得越来越复杂，电力系统的安全稳定特性也因此发生很大变化。
受经济、能源以及环境变化等问题的影响，近年来各国对新能源的开发和利用较多。然而由于自然条件和电力系统环境的不一样,国内外的新能源利用方式也不一样。国外的新能源多半分散开发、就近接入，电力系统联系紧密技术成熟，且与其他电源协调发展；国内则受自然资源分布的影响,新能源发电呈现高集中、远距离输电,调峰能力不足且联网较弱的特点。
西欧一些国家，如德国、丹麦等国新能源与负荷中心地理距离相对较短，大多分散就近接入、就地消纳,因此开发成本也较低。欧美国家在发展新能源发电的同时也大力发展燃油、燃气等调节能力强的机组,以满足风电大规模并网的需要。同时其电力系统联系紧密,功率交换能力强,为新能源发电跨区、跨国消纳提供了坚实的基础。国外新装风机都具备有功/无功调节能力及低电压穿越能力,新的光伏发电并网导则也提出了类似的要求。
中国风电、光伏发电等新能源大多分布在西北、内蒙以及东北等地方，远离负荷中心，电能必须远距离大容量输送，因此开发成本相对较高；我国的电源以火电为主，目前约占总装机容量的76％，系统调峰调频能力有限、峰谷差大；而且地域宽广，各区域电力系统跨度大，区域电力系统之间联系较弱,功率交换能力不强。另外，风电、光伏发电等起步相对国外来说比较晚，技术相对不成熟，风电机组和光伏电站有功/无功调节能力差，很多都不具备低电压穿越能力。
在风电大发方式下，风功率波动将引起系统潮流及电压波动，届时为适应风电功率随机波动对系统的冲击，平抑近电气距离多个换流站母线电压波动，保证多条直流稳定运行，确保电网不发生电压失稳事故，网内火电机组起到重要的作用。
因此，有必要深入研究考虑风光火等多种能源复杂环境下火电开机方式优化的方法，以最小的代价保证系统稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于针对电力系统运行方式优化方法现状及问题，提出了一种火电机组开机优化方法，通过全过程仿真模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程和暂态电压稳定校核的综合优化，提出合理的火电机组开机优化方案。
本发明提供了一种火电机组开机优化方法，该方法包括如下步骤：
(1)搭建研究水平年最大、最小负荷方式数据，作为研究的基础；
(2)对最大、最小负荷方式进行无功分层分区平衡分析，通过控制变电站无功补偿投切，逐步控制220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95，最小负载情况下下注功率因数不高于0.95，同时应控制各电压等级母线电压在规定范围内，从而确定火电机组开机初步方案；
(3)对最大、最小负荷方式进行单一元件故障暂态稳定校核，模拟故障冲击条件下发生失稳事故的风险，评估火电机组开机方案的有效性，研究的故障形式包括线路和变压器三永N-1故障；若在上述故障集下，系统不发生系统失稳事故，则认可此火电机组开机方案；若发生电压失稳事故，则调整火电机组开机配置后，重新校核其暂态稳定水平，直到不发生电压失稳事故为止；
(4)在火电机组开机方案的基础上，对最大、最小负荷方式进行全过程仿真模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程，模拟风功率波动冲击条件下发生极端故障是否影响风电甚至光伏的稳定运行，进而造成连锁故障，评估火电机组开机配置方案的有效性；
(5)整理同时满足步骤(2)、(3)、(4)要求的火电机组开机方案配置，作为推荐火电机组开机方案。
本发明的一个优选技术方案为：所述一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述步骤(2)中引入如下约束：以“220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95，最小负载情况下下注功率因数不高于0.95”为目标，配置变压器无功补偿容量；
本发明的另一个优选技术方案为：所述一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述步骤(3)引入评估单一元件是否满足电力系统安全稳定约束标准为：电力系统运行方式满足《电力系统稳定导则》的要求，即正常运行方式下的电力系统发生单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，保持电力系统稳定运行和电力系统的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连续跳闸；
本发明的另一个优选技术方案为：所述一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述步骤(4)中引入全过程仿真模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程，模拟风功率波动冲击条件下系统发生极端故障是否影响风电甚至光伏的稳定运行的约束；
本发明的另一个优选技术方案为：所述全过程仿真需考虑机电暂态过程、中长期过程，计算模型包括广泛的电力系统动态元件、保护和控制系统，它们的最小最大时间常数从毫秒到数十秒相差上千倍，使得描述动态系统的微分方程的刚性显著增大。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
与现有技术比，本发明提供一种火电机组开机优化方法，针对风光火打捆外送能源基地方式安排的问题，通过对风光火新能源外送电网的特性分析，引入全过程仿真模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程，模拟风功率波动冲击条件下是否影响风电甚至光伏的稳定运行的约束，在确保系统故障后满足N-1的要求的条件下，使得系统运行方式的安排更为合理。
附图说明
图1为本发明一种火电机组开机优化方法的流程图；
图2为本发明实施例计算中的宁夏电网某水平年结构示意图；
图3为本发明实施例计算中的风速仿真曲线；
图4为本发明实施例计算中的随着风速波动，风电机组有功功率波动仿真曲线；
图5为本发明实施例计算中的随着风速波动，风电机组无功功率波动仿真曲线；
图6为本发明实施例计算中得到的原方式下太阳山直流闭锁后滤波器延迟退出对系统电压波动的影响；
图7为本发明实施例计算中得到的采用一种火电机组开机优化方法后的方式下太阳山直流闭锁后滤波器延迟退出对系统电压波动的影响；
具体实施方式
以宁夏电网某水平年火电机组开机方案为实施例对本发明做详细说明。
本发明提供一种火电机组开机优化方法，具体步骤如下：
(1)搭建宁夏电网研究水平年最大、最小负荷方式数据，作为研究的基础；典型方式结构示意图如图2所示；
(2)以无功分层分区平衡为目标，依据“220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95，最小负载情况下下注功率因数不高于0.95”的要求，配置火电机组初步开机方案；
(3)在(2)确定的火电机组开机方案基础上，进行暂态电压稳定校核，评估火电机组开机方案的合理性并进行修正完善；
(4)在(2)、(3)确定的火电机组开机方案基础上，进行全过程仿真模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程，模拟风功率波动冲击条件下是否影响风电甚至光伏的稳定运行的约束，评估火电机组开机方案的合理性并进行修正完善；计算结果表明，绝大多数故障情况下系统保持稳定，不发生电压失稳事故，个别故障下存在故障后导致风机脱网问题，需要调整火电机组开机方案，具体调整措施见表1。
表1原方式和采用一种火电机组开机优化方法调整后方式的调整对比表
风速仿真过程如下：
1)风速0s-300s从9.8m/s波动到11.3m/s；
2)风速300s-720s从11.3m/s波动到7.99m/s；
3)风速720s-1080s从7.99m/s波动到3.1m/s。
风速仿真曲线如图5所示。
随着风速波动，风功率波动情况如下：
1)0s-300s风功率从1MW波动到1.5MW；
2)300s-720s风功率从1.5MW波动到0.6MW；
3)720s-1080s风功率从0.6MW波动到0.01MW。
风功率从300s-1080s经历了从最大出力波动到最小出力的过程。风电机组有功功率及无功功率波动曲线如图6-7所示。
采用全过程动态仿真程序校核太阳山直流闭锁后滤波器延迟退出故障，原方式下计算结果如图6所示，星能风电机端电压在故障后9秒左右达到1.1p.u.，麻黄山风电机端电压在故障后12秒左右达到1.1p.u.，古峰风电机端电压在故障后16秒左右达到1.1p.u.，随即导致风机脱网。
采用一种火电机组开机优化方法后，调整了大武口电厂、大武口扩建电厂、吴忠电厂、六盘山电厂的出力，再次采用全过程动态仿真程序校核太阳山直流闭锁后滤波器延迟退出故障，计算结果如图7所示，星能、麻黄山、古峰等风电机端电压稳态值在1.04p.u.～1.08p.u.之间，低于1.1p.u.，满足风电运行要求。
通过上述无功平衡分析、暂态电压仿真和全过程动态仿真稳定校核，提出了适应宁夏电网某水平年的火电机组开机方案，可以满足电网电压灵活控制要求，提高风功率波动冲击下电压无功控制能力，减少投资，提升电网抵御电压失稳风险的能力。
以上所述的具体实施方式只是对本发明的具体举例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在形式或细节上对其作各种各样的变化或替换，都不影响本发明的实质与精神，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种火电机组开机优化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
(1)搭建研究水平年最大、最小负荷方式数据；
(2)对最大、最小负荷方式进行无功分层分区平衡分析，将220kV及以上主变压器的下注功率因数和各电压等级母线电压控制在规定范围内，确定火电机组开机基本方案；
(3)对火电机组开机基本方案进行暂态稳定校核，以不发生系统失稳事故为目标，进一步调整火电机组开机方案；
(4)对火电机组开机基本方案进行考虑风功率波动影响的全过程仿真分析进而校核极端故障，模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程，确定是否会影响风电甚至光伏的稳定运行，进一步调整火电机组开机方案；
(5)整理同时满足(2)、(3)、(4)要求的火电机组开机方案配置，作为推荐的火电机组开机方案。
2.根据权利要求1所述的一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述步骤(2)引入无功分层分区平衡约束：通过配置变压器无功补偿容量，使220kV及以上主变压器在最大负载情况下下注功率因数不低于0.95、且在最小负载情况下下注功率因数不高于0.95。
3.根据权利要求1所述的一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述步骤(3)引入评估单一元件是否满足电力系统安全稳定约束标准为：电力系统运行方式满足《电力系统安全稳定导则》的要求，即正常运行方式下的电力系统发生单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，保持电力系统稳定运行和电力系统的正常供电，其他元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连续跳闸。
4.如权利要求1所述的一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述全过程仿真分析需模拟风功率从最大值波动到最小值的动态过程约束，考虑风功率波动影响的校核极端故障，确定是否会影响风电甚至光伏的稳定运行，进而造成更为严重的连锁故障。
5.如权利要求1所述的一种火电机组开机优化方法，其特征在于，所述全过程仿真分析需考虑机电暂态过程、中长期过程，计算模型包括广泛的电力系统动态元件、保护和控制系统。
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