CN106505569B - 一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,建立电网异步运行的仿真分析模型;分析异步送端电网在不同故障下所面临的频率稳定问题;分析异步送端电网在不同故障下的电网频率特性并筛选影响频率特性的因素;多项异步送端主网高频切机策略定制;校验各种异步送端主网高频切机策略的鲁棒性并选定最优的异步送端主网高频切机策略;基于选定的最优的异步送端主网高频切机策略与各地方电网高频切机策略相互配合,形成分层分区的省级电网高频切机策略;本发明方法合理搭建异步联网频率稳定的第三道防线,解决大电网异步运行后所带来的频率稳定难题。
Description
技术领域
本发明属于电网安全稳定分析技术领域,具体是涉及一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法。
背景技术
异步送端省级电网是省级电网与跨省级区域电网不通过交流线路连接,仅通过多回直流线路相互连接的物理结构,电力大规模通过直流送出、省内消纳的负荷远小于外送电。异步联网后,电网网架结构的巨变使得系统运行特性、主要稳定问题、电网运行风险均随之发生较大变化,送端电网主要的安全运行风险来自直流多极闭锁或换相失败、多回直流同时或相继闭锁后,大量功率富余,频率大幅上升存在高频率稳定问题。解决高频率稳定问题需要直流频率限制控制器(FLC)、直流稳控系统、高频切机策略、低频低压减载策略、发电机组一次调频、发电机组AGC共同作用、相互配合。
大电网同步联网的运行方式下,高频切机策略的制定仅需要与火电厂过速保护(OPC)和低频低压减载相互配合,制定上难度不大;大电网异步联网后,高频切机策略的制定除了与火电厂过速保护(OPC)和低频低压减载相互配合外,还要与直流频率限制控制器(FLC)、直流稳控系统、发电机组一次调频、发电机组AGC相互配合,难度巨幅增大,一旦策略制定不当,可能出现解决频率稳定的诸多措施之间配合不当、无序动作,导致电网频率失稳。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,合理搭建异步联网频率稳定的第三道防线,解决大电网异步运行后所带来的频率稳定难题。
技术方案:为实现上述目的,本发明的一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,所述方法包括以下步骤:
S1建立电网异步运行的仿真分析模型:所述仿真分析模型包括直流系统模型、交流系统模型、直流频率限制控制器模型、发电机组调速系统模型和发电机组AGC模型;
S2分析异步送端电网在不同故障下所面临的频率稳定问题:以直流单极闭锁、直流双极闭锁稳控系统动作以及直流双极闭锁稳控系统拒动故障触发,根据直流频率限制控制器的投/退、直流稳控系统的动作/拒动,结合发电机组一次调频备用容量、发电机组AGC备用容量的大小分成若干种不同的运行方式,在不同的运行方式下分析频率稳定问题;
S3分析异步送端电网在不同故障下的电网频率特性并筛选影响频率特性的因素:影响频率特性的因素包括调速器参数和电网负荷模型,所述调速器参数包括调查系数和调频死区。
S4多项异步送端主网高频切机策略定制;
S5校验各种异步送端主网高频切机策略的鲁棒性并选定最优的异步送端主网高频切机策略;
S6基于选定的最优的异步送端主网高频切机策略与各地方电网高频切机策略相互配合,形成分层分区的省级电网高频切机策略。
进一步的,所述步骤S3中,通过分析大、小方式下异步送端电网在面临大扰动时异步送端电网的动态过程、物理机理以及频率响应情况来分析异步送端电网在不同故障下的电网频率特性:
1)发生扰瞬间:由于发电机功角无法突变,发电机的输出功率的变化量通过公式(1)计算得到:
其中,Ksik是指发电机i与扰动点k之间的同步转矩系数;ΔPL是指扰动点k时刻受到的功率扰动量,n为发电机的数量;
2)扰动发生后至发电机调速器响应前,发电机的输出功率的变化量通过公式(2)计算得到:
其中,Mi为第i个发电机的转动惯量,ΔPL是指扰动点k时刻受到的功率扰动量,n为发电机的数量。
进一步的,所述步骤S4中异步送端主网高频切机策略包括四种,分别为:
1)第1类:以频率变化值设置轮级,延时以装置不发生误动的最快速度为依据;
2)第2类:启动频率保持第一轮频率变化值不变,以装置不误动的最小延时设置轮级;
3)第3类:前3轮以频率变化值设置轮级,延时以装置不发生误动的最快速度为依据,后3轮的频率变化值不变,延时以避免装置误动的最小延时设置轮级;
4)第4类:以2轮为1组,分3组,每组内部2轮频率变化值不变,延时以避免装置误动的最小延时设置轮级,3组之间以频率变化值设置轮级。
进一步的,所述步骤S5包括以下步骤:
在发生直流双极闭锁稳控系统动作、直流双极闭锁稳控系统拒动、多回直流闭锁稳控系统动作、多回直流闭锁稳控系统拒动等复杂故障下,主网最低频率不能低于低频低压减载装置动作第一轮频率限值,主网最高频率不得高于火电厂过速保护动作定值,在机组一次调频动作下主网频率应恢复至一次调频死区定值范围内,在发电机组AGC和一次调频共同作用下,主网频率应恢复至发电机组AGC死区定值范围内。
有益效果:本发明与现有技术比较,具有的优点是:通过本发明方法提供的分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,合理搭建异步联网频率稳定的第三道防线,解决大电网异步运行后所带来的频率稳定难题。
附图说明
图1是本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
参照图1,本发明的一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,包括以下步骤:
建立电网异步运行的仿真分析模型;建立的电网异步运行的仿真分析模型,模型中除常规的直流系统模型、交流系统模型外,还包括直流频率限制控制器(FLC)模型、发电机组调速系统模型、发电机组AGC模型,模型建立的电网结构和数据能够真实反映省级电网与跨省级区域电网仅通过多回直流线路相互连接的物理结构。
分析异步送端电网的在不同故障下所面临的频率稳定问题;分析异步送端电网的在不同故障下所面临的频率稳定问题时,需要根据直流频率限制控制器(FLC)的投/退、直流稳控系统的动作/拒动,结合发电机组一次调频备用容量、AGC备用容量的大小分成多种不同的运行方式,在不同的运行方式下分析频率稳定问题;
分析异步送端电网在不同故障下的电网频率特性并筛选影响频率特性的因素;分析异步送端电网的在不同故障下的电网频率特性时,主要侧重分析大、小方式下异步电网在面临大扰动时送端电网的动态过程、机理、以及频率响应情况。
1)发生扰瞬间。由于发电机功角无法突变,发电机的输出功率的变化量按公式(1)计算得到:
其中,Ksik是指发电机i与扰动点k之间的同步转矩系数;ΔPL是指扰动点k时刻受到的功率扰动量,n为发电机的数量;发电机输出功率的变化量与发电机i与扰动点k之间的同步转矩系数相关。初始角度差越小,扰动点的电气距离越近,则发电机i对扰动功率的分担量就越大。
2)扰动发生后至发电机调速器响应前,发电机的输出功率的变化量按公式(2)计算得到:
其中,Mi为第i个发电机的转动惯量,ΔPL是指扰动点k时刻受到的功率扰动量,n为发电机的数量。该公式表明发电机按惯性常数分担不平衡功率。
3)发电机调速器开始响应后。调速器开始动作,改变原动机输出功率,进而改变发电机的电气输出功率;
筛选影响频率特性的各种因素时,主要考虑调速器参数和电网负荷模型,调速器参数中又以调差系数和调频死区为核心;
1)调速器参数。异步电网在发生大扰动时,一般在2~3s后发电机组调速系统开始参与一次调频,其性能与频率的恢复特性密切相关,调速器参数中对机组一次调频性能影响较大的因素包括调差系数和调频死区。异步电网对发电机调速器参数的运行规定为:水电机组调差系数bp=4%,20MW以下水电机组的调频死区为0.1Hz,20MW以上水电机组的调频死区为0.05HZz;火电机组调差系数bp=5%,调频死区0.033Hz。机组调差系数与一次调频的调节深度成反比,调差系数越大,机组分担的一次调频功率越小,频率恢复速率越慢。水电机组的调差系数bp由4%增大为6%时,仅会导致调速器对频率的响应速度降低,而对暂态过程中最高频率影响不大。当调速器调频死区逐渐增大时,机组一次调频的调节深度会相应减弱,频率恢复过程变慢,暂态过程中最高频率增大。20MW以上水电机组的调频死区由0.01Hz增大为0.2Hz,暂态过程中最高频率相差不超过0.06Hz。
2)负荷模型。不同负荷模型对应不同频率响应特性。负荷采用南方电网常用的两种模型,即“30%恒阻抗+40%恒电流+30%恒功率”模型和“50%电动机+50%恒阻抗”模型。同一直流闭锁故障下,“50%电动机+50%恒阻抗”模型比“30%恒阻抗+40%恒电流+30%恒功率”的负荷模型,暂态过程中频率响应幅度有所减小。
制定几种异步送端主网高频切机策略;制定的高频切机策略要适应大电网异步运行,方法与直流频率限制控制器(FLC)、直流稳控系统、发电机组一次调频功能、发电机组自动发电控制(AGC)协调配合。
在不同的运行方式下,利用直流组合故障,校验几种高频切机策略在高频切机动作对象、动作频率、切机容量和动作延时的适应性,选定一种最优的主网高频切机策略;
基于选定的主网高频切机策略,与各地方电网高频切机策略相互配合,形成分层分区的省级电网高频切机策略:
制定的几种异步送端主网高频切机策略在直流双极及以上闭锁且稳控措施失效、云南频率大幅度上升的情况下,应在有效防止误动的前提下,尽快完成策略的启动。主要的几种高频切机策略可分为4类:
1)第1类:以频率变化值设置轮级,延时以装置不发生误动的最快速度为依据。如各轮频率动作定值分别为50.8Hz、50.9Hz、51.0Hz、51.1Hz、51.2Hz、51.3Hz,各轮级延时均为0.2秒。
2)第2类:启动频率保持第一轮频率变化值不变,以装置不误动的最小延时设置轮级。如高周动作频率定值为50.8Hz、延时分别为:0.2秒、0.4秒、0.6秒、0.8秒、1.0秒、1.2秒。
3)第3类:前3轮以频率变化值设置轮级,延时以装置不发生误动的最快速度为依据,后3轮的频率变化值不变,延时以避免装置误动的最小延时设置轮级。如:前3轮50.8Hz、50.9Hz、51.0Hz各轮级延时均为0.2秒,后3轮动作频率仍为51Hz,延时分别为0.4秒、0.6秒、0.8秒。
4)第4类:以2轮为1组,分3组,每组内部2轮频率变化值不变,延时以避免装置误动的最小延时设置轮级,3组之间以频率变化值设置轮级。如第1、2轮动作频率50.8Hz,2轮延时为0.2秒、0.4秒,第3、4轮动作频率50.9Hz,2轮延时为0.2秒、0.4秒,最后2轮动作频率为51Hz,2轮延时为0.2秒、0.4秒。
选定的最优的主网高频切机策略:
在发生直流双极闭锁稳控系统动作、直流双极闭锁稳控系统拒动、多回直流闭锁稳控系统动作、多回直流闭锁稳控系统拒动等复杂故障下,主网最低频率不能低于低频低压减载装置动作第一轮频率限值,主网最高频率不得高于火电厂过速保护动作定值,在机组一次调频动作下主网频率应恢复至一次调频死区定值范围内,在机组AGC和一次调频共同作用下,主网频率应恢复至AGC死区定值范围内。
最终形成的分层分区省级电网高频切机策略应确保地方电网高频切机策略和主网高频切机策略层次分明。地方电网高频切机策略侧重解决地区电网的频率稳定问题,主网高频切机策略侧重解决主网频率稳定问题,在面临同一故障导致的同一种频率稳定问题时,纳入主网高频切机策略的机组和纳入地方电网高频切机策略的机组不能无序重复动作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:
S1建立电网异步运行的仿真分析模型:所述仿真分析模型包括直流系统模型、交流系统模型、直流频率限制控制器模型、发电机组调速系统模型和发电机组AGC模型;
S2分析异步送端电网在不同故障下所面临的频率稳定问题:以直流单极闭锁、直流双极闭锁稳控系统动作以及直流双极闭锁稳控系统拒动故障触发,根据直流频率限制控制器的投/退、直流稳控系统的动作/拒动,结合发电机组一次调频备用容量、发电机组AGC备用容量的大小分成若干种不同的运行方式,在不同的运行方式下分析频率稳定问题;
S3分析异步送端电网在不同故障下的电网频率特性并筛选影响频率特性的因素:影响频率特性的因素包括调速器参数和电网负荷模型,所述调速器参数包括调查系数和调频死区;其中通过分析大、小方式下异步送端电网在面临大扰动时异步送端电网的动态过程、物理机理以及频率响应情况来分析异步送端电网在不同故障下的电网频率特性:
1)发生扰动瞬间:由于发电机功角无法突变,发电机的输出功率的变化量通过公式(1)计算得到:
其中,Ksik是指发电机i与扰动点k之间的同步转矩系数;ΔPL是指扰动点k时刻受到的功率扰动量,n为发电机的数量;
2)扰动发生后至发电机调速器响应前,发电机的输出功率的变化量通过公式(2)计算得到:
其中,Mi为第i个发电机的转动惯量,ΔPL是指扰动点k时刻受到的功率扰动量,n为发电机的数量;
S4多项异步送端主网高频切机策略定制;
S5校验各种异步送端主网高频切机策略的鲁棒性并选定最优的异步送端主网高频切机策略;
S6基于选定的最优的异步送端主网高频切机策略与各地方电网高频切机策略相互配合,形成分层分区的省级电网高频切机策略。
2.根据权利要求1所述的分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,其特征在于:所述步骤S4中异步送端主网高频切机策略包括四种,分别为:
1)第1类:以频率变化值设置轮级,延时以装置不发生误动的最快速度为依据;
2)第2类:启动频率保持第一轮频率变化值不变,以装置不误动的最小延时设置轮级;
3)第3类:前3轮以频率变化值设置轮级,延时以装置不发生误动的最快速度为依据,后3轮的频率变化值不变,延时以避免装置误动的最小延时设置轮级;
4)第4类:以2轮为1组,分3组,每组内部2轮频率变化值不变,延时以避免装置误动的最小延时设置轮级,3组之间以频率变化值设置轮级。
3.根据权利要求1所述的分析制定异步送端省级电网高频切机策略的方法,其特征在于:所述步骤S5包括以下步骤:
在发生直流双极闭锁稳控系统动作、直流双极闭锁稳控系统拒动、多回直流闭锁稳控系统动作、多回直流闭锁稳控系统拒动复杂故障下,主网最低频率不能低于低频低压减载装置动作第一轮频率限值,主网最高频率不得高于火电厂过速保护动作定值,在机组一次调频动作下主网频率应恢复至一次调频死区定值范围内,在发电机组AGC和一次调频共同作用下,主网频率应恢复至发电机组AGC死区定值范围内。
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