CN106099979A - 一种考虑电网稳定限制的机组进相能力分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，包括以下步骤：1)取实际电网运行状况恶劣的运行方式，获取检验机组进相运行能力的离线数据；2)得到电网的静态稳定限制的机组进相运行能力和暂态稳定限制的机组进相运行能力；3)结合静态稳定限制的机组进相运行能力和暂态稳定限制的机组进相运行能力，对发电厂限制因素进行试验；4)在每个测量点电网稳定限制、发电厂限制中最低的一个为机组的实际进相能力。研究电网安全稳定对发电机进相运行的限制，计算考虑静态稳定、暂态稳定限制的机组进相能力，与现场试验得到的机组进相能力进行对比，为机组进相试验和调度方案制定提供建议，对特高压联网后的无功调整具有积极意义。

Description

一种考虑电网稳定限制的机组进相能力分析方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法。

背景技术

随着大容量远距离输送的特高压电网的建设和发展，电力系统低谷运行时电压偏高的问题日益突出，严重影响着设备和电网安全，利用发电机进相运行能力进行电压调整的方式因具有易于实现、调节平滑和无需额外投资的优势而得到了广泛应用。随着特高压输电工程的投运，电力输送线路的充电无功功率将日益增大，在负荷低谷时，线路充电功率将使系统的电压上升以至接近或超过系统运行电压的上限。华北电网执行逆调压方式，对电压的调整能力要求更为严格，核定省网调度发电机的进相运行能力，为调度机构提供可供电压调整参考的量化依据是重要且迫切的任务。

现阶段关于机组进相运行能力的研究已较多，但均未联系实际电网考虑机组的进相能力，得到研究成果为方向性或结论性内容，实际工程中研究机组进相能力时，往往只考虑发电机组的物理限制得到机组进相运行的能力，然而发电机的静态稳定、动态稳定也是限制发电进相运行能力的限制因素之一。未考虑这些因素得到的机组进相能力，在量化指导调度进行电压调整方面依据不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法。

本发明采用如下技术方案：

一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，其包括以下步骤：

1)选取实际电网可能出现的运行方式中运行状况恶劣的一种以上运行方式，获取检验机组进相运行能力的离线数据；

2)利用步骤1）获得的离线数据，得到电网的静态稳定限制的机组进相运行能力和暂态稳定限制的机组进相运行能力；

3)结合步骤2）得到的静态稳定限制的机组进相运行能力和暂态稳定限制的机组进相运行能力，对发电厂限制因素进行试验；若试验中还未达到发电厂运行限制，而首先达到对于运行方式的电网稳定限制，则认为受到电网稳定限制而不能继续增加进相深度；

4)利用步骤3）得到数据，在每个测量点电网稳定限制、发电厂限制中最低的一个为机组的实际进相能力。

进一步的，所述步骤1）中恶劣的运行方式包括夏季大负荷、三相短路和线路检修。

进一步的，所述步骤2）中静态稳定限制的机组进相运行能力通过如下步骤获得：

A)利用电力系统短路计算程序计算步骤1）方式下发电厂并网点系统等值阻抗；

B)利用实际电网中已知的发电机直轴电抗、变压器电抗、及步骤A）计算获得的等值阻抗，估算进相运行受限时发电机内电势的大小，判断是否具有静态稳定裕度。

进一步的，所述静态稳定裕度通过如下步骤判断：

I、不考虑励磁调节的隐极发电机的电磁功率为：

(1)

式（1）中δ 为发电机内电势E _q和系统电压U的夹角，X _d为直轴电抗。

II、采用实际电网离线数据，选择基准容量（S _B），应用PSD-SCCP短路电流程序计算得到发电厂高压母线处系统等值阻抗X _s，从发电厂升压变压器漏抗X _T，发电机直轴暂态电抗为X _d ^’。

考虑发电机额定功率进相运行且静态稳定不受限，则需要

(2)

即

(3)

根据常规工程经验中E _q常规运行区间，判断E _q是否满足式(3)要求。即E _q需满足发电机欠励电压在5%以内，可知发电机满足静态稳定要求，且具有充足裕度。如不满足要求，则静态稳定对机组进相运行能力的限制即为无功吸收能力小于时机组吸收的无功功率。

进一步的，所述步骤2）中暂态稳定限制的机组进相运行能力通过如下步骤获得：

a)考虑电网稳定的要求，需满足运行中出现暂态稳定故障线路N-1时系统保持稳定；应用暂态稳定分析软件对该电厂发电机进相运行时发生暂态故障进行仿真；在各种暂态故障中，选择对暂态稳定影响最为严重的方式作为进相运行能力受暂态稳定限制的校核故障形式。

b)考虑发电厂的机组投运、退出的组合方式，确定可能出现的机组进相运行方式。

c)针对步骤b）确定的发电厂机组可能出现的运行方式，和步骤1)的电网运行方式，应用暂态稳定仿真软件计算此时机组能够吸收的最大无功功率；若在最大无功功率下，发生步骤b）所述最严重的故障形式时机组不失稳，则此时机组的吸收的无功功率，即为其受到暂态稳定限制的机组进相运行能力。

进一步的，所述步骤3）中发电厂限制因素包括：发电机机端和厂用母线电压降低、定子过流、定子端部过热以及边端铁心片绝缘安全。

本发明的有益效果在于：可以更加全面的考虑所有限制发电机组进相运行的限制因素，得到更为可靠的、贴近实际的机组进相能力。可有效的规避传统技术方案分析得到的机组进相能力用于指导调度运行时，可能产生的电网稳定风险，亦可规避机组进相运行试验时，可能存在的电网的安全稳定风险。分析所得的进组进相能力可指导调度电压调整。研究电网安全稳定对发电机进相运行的限制，计算考虑静态稳定、暂态稳定限制的机组进相能力，并通过与现场试验得到的机组进相能力进行对比，为机组进相试验和调度方案制定提供建议，对特高压联网后的无功调整具有积极意义。

附图说明

图1本发明方法的流程图。

图2隐极发电机向量图。

图3不考虑励磁调节作用的功率特性曲线。

图4 简化等效系统图。

图5某电厂联网区域图。

图6 暂态限制进相能力与现场试验进相能力对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。

本发明的技术方案流程图如图1所示，其中实线框为现有技术方案的线路，整个图为本发明提出的计算流程图。

式（1）的对应向量图如图2所示。稳态运行时发电机输出的电磁功率P _e与原动机输入功率P _m相等。功率特性如图3所示，正常运行时发电机运行于P _e ⁽¹⁾曲线上的a点，发电机进相运行时E _q因机组吸收无功功率而减小，此时机组运行于P _e ⁽²⁾曲线上的b点，机组的静态稳定裕度由ge变为ce。当机组进相深度继续增加，使P _e ⁽³⁾曲线上的最高点d仍然小于或等于机组原动机出力P _m时，机组进相深度受到静态稳定的限制。

采用实际电网离线数据，选择基准容量（S _B），应用PSD-SCCP短路电流程序计算得到发电厂高压母线处系统等值阻抗X _s，从发电厂升压变压器漏抗X _T，发电机直轴暂态电抗为X _d ^’。略去电阻的简化等效系统如图4所示。

考虑发电厂的机组投运、退出的组合方式，确定可能出现的机组进相运行方式。以发电厂具有两台机组为例，考虑的组合方式为：两台机组同时运行同时进相；只有一台机组运行且运行机组进相运行；两台机组运行，只有一台机组进相运行。

实施例1

以河北某热电厂作为实时实例进行进一步的说明,其2*350MW机组通过220kV变电站A接入电网，其结构如图5所示。两隐极发电机组参数相同，均采用单元接线方式。应用现有工程方法进行试验测得的发电机进相运行能力如表1所示。

表1现场试验进相能力

机组有功（MW）	350	262	175
				进组进相能力（Mvar）	-30	-40	-50

1）针对所选择算例的具体情况，夏季大负荷方式运行方式对电网稳定最为不利，故选取当年度的夏季大负荷方式作为校核电网稳定限制的运行方式。

2）利用步骤1）获得的夏季大负荷方式的离线数据，分两个方面考虑电网稳定限制，一个为静态稳定限制（步骤3)开始），另一为暂态稳定限制（步骤5)开始）。

3）以额定容量S _B =1000MW，利用电力系统短路计算程序（如PSD—SCCP）计算夏季大方式下发电厂高压母线处系统等值阻抗为0.0290+j 0.1614。

4）考虑发电机额定功率运行P _e =0.35S _B，利用实际电网中已知的发电机直轴暂态电抗=0.6841、变压器漏抗X _T =0.4286、及步骤3）计算获得的等值电抗X _s =0.1614，估算进相运行受限时E _q 大小，判断是否具有静态稳定裕度。具体实施方式为将上述结果代入式(3),计算得到应满足的约束为E _q >0.4459，考虑到到现有技术标准要求应将发电机欠励电压限制在5%以内，可知发电机满足静态稳定要求，且具有充足裕度。

5）考虑电网稳定的要求，需满足运行中出现暂态稳定故障线路N-1时系统保持稳定。经计算，在各种暂态故障中，发电厂出线电厂侧发生三相短路的故障形式最为严重，将其作为进相运行能力受暂态稳定限制的校核故障形式。

6）考虑发电厂的机组投运、退出的组合方式，确定可能出现的机组进相运行方式。组合方式为：两台机组同时运行同时进相；只有一台机组运行且运行机组进相运行；两台机组运行，只有一台机组进相运行。

7）针对步骤6）确定的发电厂机组可能出现的运行方式，和步骤1)的电网方式，应用暂态稳定仿真软件（如PSD—BPA）计算此时机组能够吸收的最大无功功率，在这一无功功率下，发生步骤5）所述最严重的故障形式时机组不失稳。此时机组的吸收的无功功率，即为其受到暂态稳定限制的机组进相运行能力。暂态稳定运行能力因电网和发电厂的运行方式不同而具有多个值，需分多钟情况讨论。结果如表2~表4所示

表2 单机组运行受电网稳定限制进相能力

机组有功（MW）	350	262	175
				进组进相能力（Mvar）	-45	-135	-171

表3 双机并网单机受电网稳定限制进相能力

进相机组有功（MW）	350	262	175
				机组进相能力（Mvar）	-47	-141	-180
迟相机组有功（MW）	350	350	350
				迟相机组无功出力（Mvar）	140	138	139

表4双机并网双机进相时受电网稳定限制进相能力

机组有功（MW）	350	262	175
				进组进相能力（Mvar）	7	-88	-146

8）考虑步骤4）和步骤7）的静态稳定限制和暂态稳定限制，按照现有技术要求进行考虑发电厂限制因素（如: 发电机机端和厂用母线电压降低、定子过流、定子端部过热、边端铁心片绝缘安全）的进行试验。试验中如果还未达到发电厂运行限制，而首先达到对于运行方式的电网稳定限制，则认为受到电网稳定限制而不能继续增加进相深度。得到的发电机进相运行能力如表5~表7所示。

表5 单机组运行进相能力

机组有功（MW）	350	262	175
				进组进相能力（Mvar）	-30	-40	-50

表6 双机并网单机进相时进相能力

进相机组有功（MW）	350	262	175
				机组进相能力（Mvar）	-30	-40	-50

表7 双机并网双机进相时进相能力

机组有功（MW）	350	262	175
				进组进相能力（Mvar）	7	-40	-50

如图6所示为受电网暂态稳定限制的机组进相运行能力和受发电厂限制的机组进相运行能力的对比。可见如果不采用本发明的方法，而直接采用发电厂试验方法得到机组进相运行能力，并将其用于指导调度运行，则在双机组运行双机组进相的情况下，不满足电网暂态稳定要求，存在故障后失去同步的风险。这一对比亦证明了本发明的有益之处。

根据上述的实施例对本发明作了详细描述。需说明的是，以上的实施例仅仅为了举例说明发明而已。在不偏离本发明的精神和实质的前提下，本领域技术人员可以设计出本发明的多种替换方案和改进方案，其均应被理解为再本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：

1）选取实际电网可能出现的运行方式中运行状况恶劣的一种以上运行方式，获取检验机组进相运行能力的离线数据；

2）利用步骤1）获得的离线数据，得到电网的静态稳定限制的机组进相运行能力和暂态稳定限制的机组进相运行能力；

3）结合步骤2）得到的静态稳定限制的机组进相运行能力和暂态稳定限制的机组进相运行能力，对发电厂限制因素进行试验；若试验中还未达到发电厂运行限制，而首先达到对于运行方式的电网稳定限制，则认为受到电网稳定限制而不能继续增加进相深度；

4）利用步骤3）得到数据，在每个测量点电网稳定限制、发电厂限制中最低的一个为机组的实际进相能力。

2.根据权利要求1所述的一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，其特征在于，所述步骤1）中恶劣的运行方式包括夏季大负荷、三相短路和线路检修。

3.根据权利要求1所述的一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，其特征在于，所述步骤2）中静态稳定限制的机组进相运行能力通过如下步骤获得：

A)利用电力系统短路计算程序计算步骤1）方式下发电厂并网点系统等值阻抗；

B)利用实际电网中已知的发电机直轴电抗、变压器电抗、及步骤A）计算获得的等值阻抗，估算进相运行受限时发电机内电势的大小，判断是否具有静态稳定裕度。

4.根据权利要求1所述的一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，其特征在于，所述步骤2）中暂态稳定限制的机组进相运行能力通过如下步骤获得：

a）考虑电网稳定的要求，需满足运行中出现暂态稳定故障线路N-1时系统保持稳定；应用暂态稳定分析软件对该电厂发电机进相运行时发生暂态故障进行仿真；在各种暂态故障中，选择对暂态稳定影响最为严重的方式作为进相运行能力受暂态稳定限制的校核故障形式；

b）考虑发电厂的机组投运、退出的组合方式，确定可能出现的机组进相运行方式；

c）针对步骤b）确定的发电厂机组可能出现的运行方式，和步骤1)的电网运行方式，应用暂态稳定仿真软件计算此时机组能够吸收的最大无功功率；若在最大无功功率下，发生步骤b）所述最严重的故障形式时机组不失稳，则此时机组的吸收的无功功率，即为其受到暂态稳定限制的机组进相运行能力。

5.根据权利要求1所述的一种考虑电网稳定限制的机组进相能力的分析方法，其特征在于，所述步骤3）中发电厂限制因素包括：发电机机端和厂用母线电压降低、定子过流、定子端部过热以及边端铁心片绝缘安全。