CN106451420B - 一种电网并列过程的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供一种电网并列过程的分析方法，涉及电力系统安全稳定分析的技术领域，能够简单、快捷地计算确定冲击电流。具体方案包括：在并列点对电网进行分隔，确定所述并列点两侧的短路阻抗，所述短路阻抗包括孤岛侧短路阻抗以及主网侧短路阻抗；设定并列条件，所述并列条件包括孤岛侧电压与主网侧电压幅值的差以及功角的相位差；根据所述并列点两侧的短路阻抗以及所述并列条件求取所述并列点两侧的戴维南等值电路；根据所述戴维南等值电路计算所述并列点在并列时的冲击电流。本发明用于为设定并列条件提供数据依据，或为非同期并列事故事件追溯提供参考等。

Description

一种电网并列过程的分析方法

技术领域

本发明的实施例涉及电力系统安全稳定分析的技术领域，尤其涉及一种电网并列过程的分析方法。

背景技术

现代电力系统为了提高供电可靠性，多个机组、多个地区电网相互连接，构建成为了一个大型电力系统。当系统中某局部设备故障或某部分线路检修时，可以通过变更电力网的运行方式，对用户连续供电，以减少由于停电造成的损失。但同时，不可避免地会出现某台发电机、某个地区电网甚至某个省级网络在特定的条件下将与主网进行分离，而后又进行并列操作的情形。并列操作时需要满足若干条件：相序完全一致是前提，功角(相位)、电压(幅值)、频率基本一致。不同场合下对“基本一致”的定义不完全一致，若不满足条件则称为非同期并列，此时将产生极大的冲击电流，冲击电流过大会损害电力系统设备、影响系统运行的安全稳定性，同时也极有可能导致并列点附近设备的保护动作，造成并列不成功。

因此，对于每个并列点的并列条件都需要做详细的规定。若条件比较严格，则满足条件的时刻难以捕捉，可能导致等待并列时间过长，对于亟需进行并列的情形造成不利的影响；若条件过于宽松，则并列时会产生较大的冲击电流，危及设备的安全。二者之间需要达到一个平衡，一般需要做仿真计算进行定值设定。常规的做法是，在电力系统暂态稳定仿真中，断开需要并列的部分成为孤岛，孤岛和主网同时独立运行，待二者达到需要考核的条件时再进行并列。为了能够达到“需要考核的条件”，一般需要对电网进行多次微调，进行多次仿真才能获得结果。若需要考核的条件较多，则需要多次重复的工作。且上述工作需要熟悉电力系统方式调整的工程师操作，费时费力效率低下。

发明内容

本发明的实施例提供一种电网并列过程的分析方法，能够简单、快捷地计算确定冲击电流。

为了达成上述目的，本发明提供一种电网并列过程的分析方法，包括：

在并列点对电网进行分隔，确定所述并列点两侧的短路阻抗，所述短路阻抗包括孤岛侧短路阻抗以及主网侧短路阻抗；

设定并列条件，所述并列条件包括孤岛侧电压与主网侧电压幅值的差以及功角的相位差；

根据所述并列点两侧的短路阻抗以及所述并列条件求取所述并列点两侧的戴维南等值电路；

根据所述戴维南等值电路计算所述并列点在并列时的冲击电流。

为了设定合适的并列条件，现有技术中利用电力系统断开并列点后重新并列的方法进行仿真测算，需要工程师手动地逐个并列条件手动调整，且反复进行了多次仿真，费时又费力。本发明的实施例所提供的电网并列过程的分析方法，只需要进行阻抗分析，根据并列点两侧的戴维南等值电路，按照设定的并列条件计算得到并列点在并列时的冲击电流，并列条件调整时可快捷地重新计算冲击电流，相比现有技术中反复仿真的方式，可以更快速地确定冲击电流，从而缩短最终确定合适并列条件的时间周期。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施例所提供的电网并列过程的分析方法流程示意图；

图2为并列点两侧的短路阻抗以及并列条件求取并列点两侧的戴维南等值电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明的实施例提供一种电网并列过程的分析方法，结合图1所示，包括以下步骤：

101、确定并列点两侧的短路阻抗。

在需要考核的并列点，对电网进行分隔，形成一个孤岛电网和一个主网，该并列点孤岛侧记为节点i，主网侧记为节点j。利用电力系统短路计算软件对并列点两侧的阻抗进行计算，获得两侧的短路阻抗，包括孤岛侧短路阻抗Z_i以及主网侧短路阻抗Z_j。

102、设定并列条件。

由于相序一致的条件是并列的前提条件不得违反，本实施例中假设相序一致已经满足。频率偏差可能对并列后的电流产生振荡，但不是造成并列瞬间的冲击电流的主要因素，本实施例中也不予考虑。

本实施例仅对并列条件包括孤岛侧电压与主网侧电压幅值的差以及功角的相位差的情况进行讨论。本实施例中假设孤岛侧、主网侧电压幅值差为ΔU，所在电压等级为U_B，功角相位差为Δδ。

103、求取并列点两侧的戴维南等值电路。

结合图2所示，根据并列点两侧的短路阻抗以及并列条件求取并列点两侧的戴维南等值电路。图2中的“±”表示主网侧的电压超前或滞后于孤岛侧。

104、计算并列点在并列时的冲击电流。

结合图2的戴维南等值电路，根据以下公式计算并列时冲击电流的大小：

其中，I_ij表示冲击电流。

计算确定并列点在并列时的冲击电流之后，可执行后续的可选步骤。具体的，步骤104之后包括两个分支，分别为分支105-107，分支108-109。两个分支可以只执行其一，或者都执行。

分支105-107，用于考察特定的并列条件是否能够满足系统运行要求。

105、计算第一支路在并列时最恶劣情况下的冲击电流。

其中，第一支路为电网内任一支路。具体计算过程说明如下：

利用电力系统潮流计算软件计算并列前全网的潮流分布，确定支路的初始潮流。本实施例中以第一支路为支路gh的情况为例进行说明，节点g到节点h的潮流记作I_gh,ori。

进一步地，对全网进行阻抗分析，计算并列前的阻抗网络，具体可以利用电力系统短路计算软件计算得到整个网络的阻抗矩阵，如下式所示：

其中i，j为并列点两侧，上述矩阵为并列前所计算，支路gh的原始阻抗值为

确定阻抗网络结果后，计算并列时引起的冲击电流大小以及初始潮流叠加冲击电流后，支路gh上可能出现的最大冲击电流。

具体的，若支路gh位于并列点i侧，则节点g到节点h支路的冲击电流为：

若支路gh位于并列点j侧，则节点g到节点h支路的冲击电流为：

上述电流应按照向量的形式叠加到原始潮流中，若按照最严重的情况考核，则支路gh在并列瞬间的最大冲击电流为：

I_gh,new＝I_gh+I_gh,ori (5)

106、判定当前设定的并列条件是否满足系统运行要求。

根据式(5)计算确定每条支路对应的I_gh,new，如果均小于或者等于各支路所允许的最大冲击电流，说明步骤102中设定的并列条件满足系统运行要求。如果有任一支路对应的I_gh,new大于该支路允许的最大冲击电流，说明步骤102中设定的并列条件不满足系统运行要求。

以支路gh为例，式(5)的结果与允许的最大冲击电流进行对比，如果I_gh,new小于等于支路gh所允许的最大冲击电流，则输出第一提示信息，第一提示信息用于指示更新并列条件。

107、更新并列条件。

可以向用户提供一个显示操作界面，向用户输出一提示信息，并根据用户指示更新并列条件。跳转至步骤102，更新并列条件，并计算在更新后的并列条件下，并列点在并列时的冲击电流，以及第一支路在并列时最恶劣情况下的冲击电流值。

如果设定的并列条件仍旧不满足系统运行要求，则循环更新并列条件，计算得到新的第一支路的冲击电流值。直到计算得到的第一支路的冲击电流值，不大于第一支路所允许的最大冲击电流时，输出第二提示信息，第而提示信息用于指示设定的并列条件能够使得孤岛侧和主网侧在并列时满足运行要求。

步骤106中，如果初次设定的并列条件已经满足系统运行要求，则无需更新并列条件，直接输出第二提示信息即可。

输出第二提示信息之后，分支105-107执行完毕。

步骤104之后可以执行分支108-109，用于根据各支路允许的冲击电流最大值，推导出推荐的并列条件，以使得系统并列时满足运行要求。

108、计算并列点在并列时所允许的最大电流值。

根据并列前的网络，计算全网潮流分布，确定支路的初始潮流；然后对全网进行阻抗分析，计算并列前的阻抗网络；最后分别根据各支路所允许的最大冲击电流，计算得到对应的并列点的冲击电流。

若各支路中有允许的冲击电流最大值，即I_gh,new已知，则可根据式(5)求得I_gh，并根据式(3)或式(4)求得I_ij。

根据不同支路求取的结果不一样，gh的不同取值，获得I_ij的取值不同，取其中的最小值作为并列点在并列时所允许的最大电流值。如果允许的最大电流值大于或者等于步骤104中计算所得的冲击电流，说明步骤102中设定的并列条件满足系统运行要求，小于，则不满足。

可选的，步骤104中计算冲击电流时，在计算精度要求不高的情况下，且ΔU、Δδ不太大的情况下(ΔU/U_B＜10％，Δδ＜5°)，式(1)可简化为：

109、确定推荐的并列条件。

根据所允许的最大电流值以及戴维南等值电路计算得到推荐的并列条件并输出。推荐的并列条件是指允许的Δδ与ΔU的组合值，这种组合下可以让各支路在并列时所承受的冲击电流在允许值内。

当分支105-107和分支108-109都执行时，推荐的并列条件可以作为用户更新并列条件的依据。

110、根据ΔU、Δδ其中之一的实测值计算另一个的取值。

步骤110为可选步骤，在步骤101后如果电力系统发生实际的非同期并列事故，可以执行步骤110根据测量的数据快速地追溯并列时的并列条件，为事故追溯提供参考。

具体的，若在实际电网中进行了并列操作，已经由测量装置测得了冲击电流的大小，Z_i、Z_j可通过步骤101计算得到，U_B为已知，测得ΔU、Δδ其中之一后，可根据步骤104中的式(1)，计算确定另一个的取值。

一般情况下，ΔU在并列前的稳态情况下是基本不变的比较容易测得，Δδ涉及到设备元件的操作延时比较难以准确测定，因此可利用ΔU的实测值来计算Δδ。即在进行并列操作时，测量并列时并列点两侧的电压差，以及并列点的冲击电流，然后根据戴维南等值电路，以及测量得到的电压差和冲击电流，计算得到并列时的功角相位差。

通过步骤110的计算推导，可追溯并列时的角度差，为追溯事故事件提供依据。

为了设定合适的并列条件，现有技术中的方法是利用电力系统断开并列点后重新并列的方法进行仿真测算，需要工程师手动地逐个并列条件手动调整，且反复进行了多次仿真，费时又费力。本发明的实施例所提供的电网并列过程的分析方法，只需要进行潮流计算和阻抗分析，即可通过公式计算各种并列条件下冲击电流的大小；或通过实测冲击电流的大小，推导并列时的角度差；或通过校核各支路的冲击电流，推导所允许的并列条件，为同期装置的定值设置提供依据。本方法目的明确，工程实现方便，可以用于电力系统非同期并列冲击电流计算及同期装置定值设置，大大提高确定合适并列条件的效率，以及对非同期并列事故处理效率。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种电网并列过程的分析方法，其特征在于，包括：

在并列点对电网进行分隔，确定所述并列点两侧的短路阻抗，所述短路阻抗包括孤岛侧短路阻抗以及主网侧短路阻抗；

设定并列条件，所述并列条件包括孤岛侧电压与主网侧电压幅值的差以及功角的相位差；

根据所述并列点两侧的短路阻抗以及所述并列条件求取所述并列点两侧的戴维南等值电路；

根据所述戴维南等值电路计算所述并列点在并列时的冲击电流。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述确定所述并列点两侧的短路阻抗之后，所述分析方法还包括：

在进行并列操作时，测量并列时所述并列点两侧的电压差，以及所述并列点的冲击电流；

根据所述戴维南等值电路，以及测量得到的电压差和冲击电流，计算得到并列时的功角相位差。

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述戴维南等值电路计算所述并列点在并列时的冲击电流之后，所述分析方法还包括：

计算第一支路在并列时最恶劣情况下的冲击电流；所述第一支路为所述电网内任一支路；

当计算得到的所述第一支路的冲击电流值，大于所述第一支路所允许的最大冲击电流时，输出第一提示信息，所述第一提示信息用于指示更新并列条件。

4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于，所述输出第一提示信息之后，所述分析方法还包括：

根据用户指示更新并列条件，计算在更新后的并列条件下，所述并列点在并列时的冲击电流，以及所述第一支路在并列时最恶劣情况下的冲击电流值；

循环更新并列条件，直到计算得到的所述第一支路的冲击电流值，不大于所述第一支路所允许的最大冲击电流时，输出第二提示信息，所述第二提示信息用于指示设定的并列条件能够使得孤岛侧和主网侧在并列时满足运行要求。

5.根据权利要求3或4所述的分析方法，其特征在于，所述计算第一支路在并列时最恶劣情况下的冲击电流，包括：

根据并列前的网络，计算全网潮流分布，确定支路的初始潮流；

对全网进行阻抗分析，计算并列前的阻抗网络；

根据计算得到的所述并列点在并列时的冲击电流，以及阻抗网络结果，计算并列时引起的冲击电流大小以及初始潮流叠加冲击电流后，所述第一支路上可能出现的最大冲击电流。

6.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述根据所述戴维南等值电路计算所述并列点在并列时的冲击电流之后，所述分析方法还包括：

计算所述并列点在并列时所允许的最大电流值；

根据所允许的最大电流值以及所述戴维南等值电路计算得到推荐的并列条件并输出。

7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于，所述计算所述并列点在并列时所允许的最大电流值，包括：

根据并列前的网络，计算全网潮流分布，确定支路的初始潮流；

对全网进行阻抗分析，计算并列前的阻抗网络；

分别根据各支路所允许的最大冲击电流，计算得到对应的所述并列点的冲击电流，取其中的最小值作为所述并列点在并列时所允许的最大电流值。