CN109599869B - 基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法及稳定控制方法 - Google Patents

基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法及稳定控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法及稳定控制方法，步骤1、确定组成各安全岛的母线、负荷和机组；步骤2、假设通过步骤1一共构建了n个安全岛，确定各安全岛与区域电网联络断面及断面功率，形成安全岛系统。在区域电网中合理的构建由单台大机组、单个大负荷和单条母线组成的安全岛系统；进一步的，通过科学有效的稳定控制保证区域电网中形成的各安全岛系统在故障情况或正常情况下的安全稳定运行。在区域电网故障导致低频或高频时，及时解列各安全岛，保证安全岛内的负荷和机组的继续安全稳定运行。

Description

基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法及稳定控制方法
技术领域
本发明涉及基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法及稳定控制方法。
背景技术
随着国内外越来越多的区域电网的运行和发展，受国家宏观政策导向以及追求高经济效益等因素影响，660MW及以上大容量机组、570MW及以上大容量负荷接入区域电网越发普遍，然而大机组和大负荷的接入易形成“大机组大负荷小网”，往往会引发机网协调和安全稳定控制等方面的一系列问题，对于单台大容量机组跳闸，为维持系统稳定往往在全网选取同等容量负荷切除，因对象不确定、动作范围广，严重影响系统各处平衡；而对于单个大容量负荷丢失，为维持系统稳定往往在全网选取同等容量机组切除，易造成非故障区域的机组被切除，且小容量机组往往会优先被切除，不利于系统后续不平衡量的匹配。同时区域电网发生黑网事故损失极大以及事后黑启动对外部电网依赖大，亟需一种科学有效的手段在区域电网即将崩溃时至少解列出并保证单个重要大容量负荷和单台大机组的安全稳定运行，以及区域电网即使在严重故障后还有可靠的黑启动电源。
发明内容
针对上述问题，本发明提供基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法及稳定控制方法，在区域电网中合理的构建由单台大机组、单个大负荷和单条母线组成的安全岛系统；进一步的，通过科学有效的稳定控制保证区域电网中形成的各安全岛系统在故障情况或正常情况下的安全稳定运行。
名词解释：
1、大机组：大机组只是一个相对概念，一般定义为单台机组装机容量大于或等于整个区域电网总容量的一定比例(目前没有一定的标准明确给出，一般最大容量单机跳闸能导致系统频率低到49.5Hz以下，一般为6％)，该大机组跳闸往往引起系统低频问题，即该机组相对区域电网为大机组。
2、大负荷：大负荷只是一个相对概念，一般定义为单个负荷容量大于或等于整个区域电网总容量的一定比例(目前没有一定的标准明确给出，一般最大容量单机跳闸能导致系统频率低到50.5Hz以上，一般为6％)，该大负荷跳闸往往引起系统高频问题，即该负荷相对区域电网为大负荷。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法，包括如下步骤：
步骤1、确定组成各安全岛的母线、负荷和机组：
在区域电网中选定母线Busi作为第i个安全岛的母线，在区域电网中选定连接母线Busi的单个大容量负荷作为第i个安全岛的负荷，匹配同等容量连接母线Busi的单台大容量机组作为第i个安全岛的机组，其中，单个大容量负荷和单台大容量机组仅与一条母线相连，母线Busi不与其他负荷或机组连接，母线Busi与区域电网保持电气连接且与区域电网连接通道不超过三个；
步骤2、假设通过步骤1一共构建了n个安全岛，确定各安全岛与区域电网联络断面及断面功率，形成安全岛系统。
优选，母线Busi通过线路、变压器、母联间隔的一种或组合与区域电网连接。
优选，步骤2中，选取母线Busi与区域电网连接的线路或变压器或母联间隔作为第i个安全岛与区域电网的联络断面，则第i个安全岛与区域电网联络断面的功率Paqddmi＝Pgeni-Ploadi，其中，Pgeni为第i个安全岛的机组功率，Ploadi为第i个安全岛的负荷功率。
一种安全岛系统的稳定控制方法，根据上述任意一项所述的方法构建基于大机组大负荷的安全岛系统，其稳定控制方法包括如下步骤：
步骤01、判断第i个安全岛的机组是否跳闸，若是，则切除第i个安全岛的负荷并进入步骤03，若否，则进入步骤02；
步骤02、判断第i个安全岛的负荷是否跳闸，若是，则切除第i个安全岛的机组并进入步骤03；
步骤03、判断第i个安全岛是否孤立运行，若是，则结束，若否，则进入步骤04；
步骤04、上送第i个安全岛的对外联络断面的功率Paqddmi至区域电网控制主站。
优选，步骤02中，若第i个安全岛的负荷没有跳闸，则进入步骤05：
步骤05、设置第i个安全岛的解列门槛值[-Pseti1，Pseti2]，采集第i个安全岛的母线频率fi并进入步骤06，其中，Pseti1为正值，表示第i个安全岛能承受的最大功率缺额；Pseti2为正值，表示第i个安全岛能承受的最大功率超额；
步骤06、判断母线频率fi是否大于等于高频解列定值fi1且延时大于等于设定值Δti1，若否，则进入步骤07，若是，则进入步骤08；
步骤07、判断母线频率fi是否小于等于低频解列定值fi2且延时大于等于设定值Δti2，若是，则进入步骤08；
步骤08、判断事故前第i个安全岛的对外联络断面功率Paqddmi是否满足-Pseti1＝<Paqddmi1<＝0或0<Paqddmi1<＝Pseti2，若是，则进入步骤09；
步骤09、断开第i个安全岛与区域电网的联络断面，从区域电网中解列出第i个安全岛。
优选，步骤07中，若判断结果为否，则重新确定第i个安全岛与区域电网联络断面及断面功率，并进入步骤01。
优选，步骤08中，若判断结果为否，则重新确定第i个安全岛与区域电网联络断面及断面功率，并进入步骤01。
优选，第i个安全岛的高频解列定值fi1取值在高周切机基本轮i轮和高周切机基本轮i+1轮动作频率值之间，第i个安全岛的低频解列定值fi2取值在低频减载基本轮i轮和低频减载基本轮i+1轮动作频率值之间。
本发明的有益效果是：
采用单个重要大负荷匹配单台大机组且连接单条母线构建安全岛，在稳定控制上采取独立控制，安全岛系统内故障只切除岛内机组或负荷，有效避免在岛外大范围措施动作导致的损失认定及责任纠纷；安全岛系统外故障不切除岛内机组和负荷，有效保障安全岛系统内重要大容量负荷和大机组的安全稳定运行，提高了电网运行的稳定性和经济效益；在区域电网故障导致低频或高频时，及时解列各安全岛，保证安全岛内的负荷和机组的继续安全稳定运行，在系统高频基本轮动作后，可避免大机组OPC(机组超速保护)动作对系统的进一步冲击引发的系统崩溃，在系统黑网后，可通过安全岛作为区域电网黑启动电源。
附图说明
图1是本发明基于大机组大负荷构建的安全岛系统的结构示意图；
图2是本发明基于大机组大负荷构建安全岛系统的稳定控制的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1、确定组成各安全岛的母线、负荷和机组：
在区域电网中选定母线Busi作为第i个(i＝1,2,3...n，下同)安全岛的母线，在区域电网中选定连接母线Busi的单个大容量负荷作为第i个安全岛的负荷，匹配同等容量连接母线Busi的单台大容量机组作为第i个安全岛的机组，其中，单个大容量负荷和单台大容量机组仅与一条母线相连，母线Busi不与其他负荷或机组连接，母线Busi与区域电网保持电气连接且与区域电网连接通道不超过三个。
安全岛系统主要由单条母线、单个负荷和单台机组组成，负荷和机组功率大小匹配，安全岛与区域电网保持电气连接，在稳定控制上采取独立控制，实现安全岛内故障联切安全岛内机组或负荷，区域电网故障时高频或低频时从区域电网中解列出来。
步骤2、假设通过步骤1一共构建了n个安全岛，确定各安全岛与区域电网联络断面及断面功率，形成安全岛系统。一般的，母线Busi通过线路、变压器、母联间隔的一种或组合与区域电网连接，但是连接通道不超过三个，则：选取母线Busi与区域电网连接的线路或变压器或母联间隔作为第i个安全岛与区域电网的联络断面，则第i个安全岛与区域电网联络断面的功率Paqddmi＝Pgeni-Ploadi，其中，Pgeni为第i个安全岛的机组功率，Ploadi为第i个安全岛的负荷功率，Paqddmi(功率从安全岛流向区域电网方向为正方向，下同)。
如图2所示，一种安全岛系统的稳定控制方法，安全岛系统是根据上述任意一项所述的方法构建基于大机组大负荷的安全岛系统，其稳定控制方法包括如下步骤：
步骤01、判断第i个安全岛的机组是否跳闸，若是，则切除第i个安全岛的负荷并进入步骤03，若否，则进入步骤02；
步骤02、判断第i个安全岛的负荷是否跳闸，若是，则切除第i个安全岛的机组并进入步骤03；
步骤03、判断第i个安全岛是否孤立运行，若是，则结束，若否，则进入步骤04；
步骤04、上送第i个安全岛的对外联络断面的功率Paqddmi至区域电网控制主站。
优选，步骤02中，若第i个安全岛的负荷没有跳闸，则进入步骤05：
步骤05、设置第i个安全岛的解列门槛值[-Pseti1，Pseti2]，采集第i个安全岛的母线频率fi并进入步骤06，其中，Pseti1为正值，表示第i个安全岛能承受的最大功率缺额；Pseti2为正值，表示第i个安全岛能承受的最大功率超额。
各安全岛解列门槛值、高频解列及低频解列定值的确定，其方法是设置第i个安全岛的解列门槛值[-Pseti1，Pseti2]，根据第i个安全岛的机组的向上调频能力来确定第i个安全岛的解列门槛值Pseti1，根据第i个安全岛的机组的向下调频能力来确定第i个安全岛的解列门槛值Pseti2；结合区域电网高周切机方案及低频减载方案，第i个安全岛的高频解列定值fi1取值在高周切机基本轮i轮和高周切机基本轮i+1轮动作频率值之间。
高周切机基本轮：当系统因故发生突然的有功功率缺额造成系统高频，须按照计划分轮次切除相应容量的机组，使系统频率能迅速恢复到50.5Hz以下，不发生频率崩溃；也不使得事故后系统频率长期悬浮在一定频率上；当因过切机组引起恢复得系统频率过调时，频率最小值不应低于49.0Hz。系统的高周切机一般分为基本轮和特殊轮，而高周切机基本轮推荐设置不大于6轮，各轮次的频率动作定值按照一定频差来设置(如若按照频差0.2Hz来整定，高周切机基本轮可设置第一轮51.0Hz、第二轮51.2Hz、第三轮51.4Hz...)，同时各轮动作延时不宜超过0.3s。
第i个安全岛的低频解列定值fi2取值在低频减载基本轮i轮和低频减载基本轮i+1轮动作频率值之间。低频减载基本轮：当系统因故发生突然的有功功率缺额造成系统低频，须按照计划分轮次切除相应容量的部分负荷，使系统频率能迅速恢复到49.5Hz以上，不发生频率崩溃；也不使得事故后系统频率长期悬浮在一定频率上；当因过切负荷引起恢复得系统频率过调时，频率最大值不应超过51.0Hz。系统的低频减载一般分为基本轮和特殊轮，而低频减载基本轮推荐设置不大于6轮，各轮次的频率动作定值按照一定频差来设置(如若按照频差0.2Hz来整定，低频减载基本轮可设置第一轮49.0Hz、第二轮48.8Hz、第三轮48.6Hz...)，同时各轮动作延时不宜超过0.3s。根据区域电网故障引起的系统高频或低频，只对机组和负荷均未跳闸的第i个安全岛采取解列措施。
步骤06、判断母线频率fi是否大于等于高频解列定值fi1且延时大于等于设定值Δti1。根据采集的第i个安全岛的母线频率fi，若判断fi大于或等于高频解列定值fi1并满足一定延时Δti1，则进入步骤08，否则进入步骤07。
步骤07、判断母线频率fi是否小于等于低频解列定值fi2且延时大于等于设定值Δti2。若fi小于或等于低频解列定值fi2并满足一定延时Δti2，则进入步骤08。
步骤08、判断事故前第i个安全岛的对外联络断面功率Paqddmi是否满足-Pseti1＝<Paqddmi1<＝0或0<Paqddmi1<＝Pseti2，若是，则进入步骤09；
步骤09、断开第i个安全岛与区域电网的联络断面，从区域电网中解列出第i个安全岛。
优选，步骤07或步骤08中，若判断结果为否，则重新确定第i个安全岛与区域电网联络断面及断面功率，并进入步骤01。
采用单个重要大负荷匹配单台大机组且连接单条母线构建安全岛，在稳定控制上采取独立控制，安全岛系统内故障只切除岛内机组或负荷，有效避免在岛外大范围措施动作导致的损失认定及责任纠纷；安全岛系统外故障不切除岛内机组和负荷，有效保障安全岛系统内重要大容量负荷和大机组的安全稳定运行，提高了电网运行的稳定性和经济效益；在区域电网故障导致低频或高频时，及时解列各安全岛，保证安全岛内的负荷和机组的继续安全稳定运行，在系统高频基本轮动作后，可避免大机组OPC(机组超速保护)动作对系统的进一步冲击引发的系统崩溃，在系统黑网后，可通过安全岛作为区域电网黑启动电源。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、确定组成各安全岛的母线、负荷和机组：
在区域电网中选定母线Busi作为第i个安全岛的母线，在区域电网中选定连接母线Busi的单个大容量负荷作为第i个安全岛的负荷，匹配同等容量连接母线Busi的单台大容量机组作为第i个安全岛的机组，其中，单个大容量负荷和单台大容量机组仅与一条母线相连，母线Busi不与其他负荷或机组连接，母线Busi与区域电网保持电气连接且与区域电网连接通道不超过三个；
步骤2、假设通过步骤1一共构建了n个安全岛，确定各安全岛与区域电网联络断面及断面功率，形成安全岛系统。
2.根据权利要求1所述的基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法，其特征在于，母线Busi通过线路、变压器、母联间隔的一种或组合与区域电网连接。
3.根据权利要求2所述的基于大机组大负荷构建安全岛系统的方法，其特征在于，步骤2中，选取母线Busi与区域电网连接的线路或变压器或母联间隔作为第i个安全岛与区域电网的联络断面，则第i个安全岛与区域电网联络断面的功率Paqddmi＝Pgeni-Ploadi，其中，Pgeni为第i个安全岛的机组功率，Ploadi为第i个安全岛的负荷功率。
4.一种安全岛系统的稳定控制方法，其特征在于，根据权利要求1-3任意一项所述的方法构建基于大机组大负荷的安全岛系统，其稳定控制方法包括如下步骤：
步骤01、判断第i个安全岛的机组是否跳闸，若是，则切除第i个安全岛的负荷并进入步骤03，若否，则进入步骤02；
步骤02、判断第i个安全岛的负荷是否跳闸，若是，则切除第i个安全岛的机组并进入步骤03；
步骤03、判断第i个安全岛是否孤立运行，若是，则结束，若否，则进入步骤04；
步骤04、上送第i个安全岛的对外联络断面的功率Paqddmi至区域电网控制主站。
5.根据权利要求4所述的一种安全岛系统的稳定控制方法，其特征在于，步骤02中，若第i个安全岛的负荷没有跳闸，则进入步骤05：
步骤05、设置第i个安全岛的解列门槛值[-Pseti1，Pseti2]，采集第i个安全岛的母线频率fi并进入步骤06，其中，Pseti1为正值，表示第i个安全岛能承受的最大功率缺额；Pseti2为正值，表示第i个安全岛能承受的最大功率超额；
步骤06、判断母线频率fi是否大于等于高频解列定值fi1且延时大于等于设定值Δti1，若否，则进入步骤07，若是，则进入步骤08；
步骤07、判断母线频率fi是否小于等于低频解列定值fi2且延时大于等于设定值Δti2，若是，则进入步骤08；
步骤08、判断事故前第i个安全岛的对外联络断面功率Paqddmi是否满足-Pseti1＝<Paqddmi1<＝0或0<Paqddmi1<＝Pseti2，若是，则进入步骤09；
步骤09、断开第i个安全岛与区域电网的联络断面，从区域电网中解列出第i个安全岛；所述事故前指与安全岛连接的区域电网发生事故前。
6.根据权利要求5所述的一种安全岛系统的稳定控制方法，其特征在于，步骤07中，若判断结果为否，则重新确定第i个安全岛与区域电网联络断面及断面功率，并进入步骤01。
7.根据权利要求5所述的一种安全岛系统的稳定控制方法，其特征在于，步骤08中，若判断结果为否，则重新确定第i个安全岛与区域电网联络断面及断面功率，并进入步骤01。
8.根据权利要求5所述的一种安全岛系统的稳定控制方法，其特征在于，第i个安全岛的高频解列定值fi1取值在高周切机基本轮i轮和高周切机基本轮i+1轮动作频率值之间，第i个安全岛的低频解列定值fi2取值在低频减载基本轮i轮和低频减载基本轮i+1轮动作频率值之间。
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