CN112003320A - 一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法 - Google Patents

一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，包括：S1：监测电网中各电压薄弱点之间的线路电压情况，当发生故障异常时，执行步骤S2；S2：采取预设措施，恢复电网电压水平，保持电压稳定；S3：判断系统电压稳定性和电压稳定裕度是否达到设定要求值，若是，则返回执行步骤S1，否则返回执行步骤S2；所述的预设措施包括设置发电机组旋转备用、在并网点处接入无功补偿、提高煤电机组励磁系统参数值和在110kV变电站内装设电抗器，与现有技术相比，本发明具有提高电网安全性和稳定性等优点。

Description

一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法
技术领域
本发明涉及电网电压平衡控制，尤其是涉及一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法。
背景技术
随着城市的现代化程度越来越高，超大型城市在社会经济发展过程中产生了更多的负荷需求，同时也对土地资源、自然环境、供电可靠性等提出更高要求。随着城市中心城区的发电厂陆续退役或外迁以及城区架空线入地工程的陆续实施，外来电比例持续提高、本地电源开机比例减少。城市电网“空心化”趋势愈发明显，带来了电缆化率逐年攀升、核心区域动态无功支撑能力下降等问题，电网安全稳定运行存在隐患。
针对当前大城市电网存在的无功倒送电压偏高、电网可能出现的部分严重故障下的电压稳定等问题，有必要研究稳定无功电压平衡方法、暂态电压稳定措施，为城市电网安全稳定运行提供保障。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高电网安全性和稳定性的城市电网空心化趋势下的电压稳定方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，包括：
S1：监测电网中各电压薄弱点之间的线路电压情况，当发生故障异常时，执行步骤S2；
S2：采取预设措施，恢复电网电压水平，保持电压稳定；
S3：判断系统电压稳定性和电压稳定裕度是否达到设定要求值，若是，则返回执行步骤S1，否则返回执行步骤S2；
所述的预设措施包括设置发电机组旋转备用、在并网点处接入无功补偿、提高煤电机组励磁系统参数值和在110kV变电站内装设电抗器。
进一步地，所述的设置发电机组的旋转备用具体包括：
获取故障点附近分区内的发电机组，并将该分区内发电机组的实际出力预留设定余量。发动机组在降低出力运行时，可迅速在故障后增加无功功率支撑，有利于系统电压恢复，避免系统失稳。
更进一步地，所述的设定余量为发电机组额定容量的15％。
进一步地，所述的无功电流为感性无功补偿或容性无功补偿。
进一步地，所述的电压薄弱点为各变电站的母线处。
进一步地，所述的在并网点处接入无功补偿具体包括：向故障点线路的变电站母线处注入无功电流。
更进一步地，所述的注入无功电流Is的表达式为：
Figure BDA0002611815390000021
其中，VP为接入点电压有效值，V1为故障线路无功补偿接入侧电压幅值，X1为故障线路无功补偿接入侧阻抗，V2为故障线路另一侧电压幅值，X2为故障线路另一侧阻抗，XLine为故障线路两侧母线间的阻抗，δ1为故障线路无功补偿接入侧幅角，δ2为故障线路另一侧幅角。通过控制无功补偿注入的无功电流，可对并网点电压幅值进行有效控制。
进一步地，所述的煤电机组励磁系统参数值包括煤电机组的最大输出电压，所述的提高煤电机组励磁系统参数值具体为：将煤电机组励磁系统参数值增大一倍。励磁输出电压抬高后机组无功出力增多，有利于系统电压恢复和保持系统稳定。
进一步地，所述的在110kV变电站内装设电抗器具体为：在每台主变处安装5MVar的电抗器。安装电抗器可增加无功负荷，实现无功就地平衡，减少无功倒送，改善电压稳定性。
更进一步地，所述的电抗器包括并联的高压电抗器和低压电抗器，所述的并联的高压电抗器和低压电抗器的总容量大于等于线路充电功率的90％。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)本发明通过监测电网中各电压薄弱点之间的线路电压情况，可以实时获取线路的故障情况，当发生故障，电网系统失去无功平衡点，缺乏把系统拉回到事故后短期稳定平衡点的能力而导致电压不稳时，及时采取相应措施，加快电网系统故障后电压恢复速度，保持系统稳定性和安全性；
2)本发明通过对无功电压相关性和稳定问题的分析，确定四个措施对故障后电网系统的电压稳定进行控制，并利用系统电压稳定性和电压稳定裕度对稳定结果进行判断，根据结果可选用不同组合的电压稳定措施，提高电网系统电压稳定效果；
3)本发明提供四种提高电压稳定性的措施，可以防止故障点近区的电压大幅下降、马达负荷的功率需求短期内突然增大、局部无功不平衡导致系统电压恢复困难，并由此引起机组功角振荡失稳以及附近的HX直流连续换相失败等问题，加快故障后电压恢复、保持系统稳定性。
附图说明
图1为发电机组旋转备用下，故障后发电机组无功出力曲线；
图2为发电机组旋转备用下，故障后母线电压曲线；
图3为无功补偿示意图；
图4为无功补偿下，故障后无功电流接入点无功输出；
图5为无功补偿下，故障后母线电压曲线；
图6为不同煤电机组最大输出电压下故障后机组励磁电压；
图7为不同煤电机组最大输出电压下故障后机组无功出力；
图8为不同煤电机组最大输出电压下故障后机组功角曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明提供一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，包括：
S1：监测电网中各电压薄弱点之间的线路电压情况，即各变电站的母线之间的线路电压情况，当发生故障异常时，执行步骤S2；
S2：采取预设措施，恢复电网电压水平，保持电压稳定；
S3：判断系统电压稳定性和电压稳定裕度是否达到设定要求值，若是，则返回执行步骤S1，否则返回执行步骤S2。
故障后引发系统失稳的情况，经分析认为是短路接地故障导致故障点近区的电压大幅下降、马达负荷的功率需求短期内突然增大、局部无功不平衡导致系统电压恢复困难，并由此引起机组功角振荡失稳，以及附近的HX直流连续换相失败。
本发明给出四种能够加快故障后电压恢复、保持系统稳定性的预设措施，分别包括设置发电机组旋转备用、在并网点处接入无功补偿、提高煤电机组励磁系统参数值和在110kV变电站内装设电抗器。
1、设置发电机组的旋转备用
具体为：获取故障点附近分区内的发电机组，并将该分区内发电机组的实际出力预留发电机组额定容量的15％。
发动机组在降低出力运行时，可迅速在故障后增加无功功率支撑，如图1所示，有利于系统电压恢复，如图2所示，并避免系统失稳。
2、在并网点处接入无功补偿
通过在系统并网点中注入无功电流，改变系统无功功率分布，进而改变系统电压水平。如图3所示的两端网络中，无功电流接入故障点线路的变电站母线处，并根据需要选择感性无功补偿或容性无功补偿。
注入无功电流Is的表达式为：
Figure BDA0002611815390000041
其中，VP为接入点电压有效值，V1为故障线路无功补偿接入侧电压幅值，X1为故障线路无功补偿接入侧阻抗，V2为故障线路另一侧电压幅值，X2为故障线路另一侧阻抗，XLine为故障线路两侧母线间的阻抗，δ1为故障线路无功补偿接入侧幅角，δ2为故障线路另一侧幅角。无功补偿注入的无功电流Is与并网点电压有效值VP成线性关系，通过控制无功补偿注入的无功电流，可对并网点电压幅值进行有效控制，故障后注入电流可迅速增加无功功率支撑，如图4所示，有利于系统电压恢复，如图5所示，并保持系统稳定性。
3、提高煤电机组励磁系统参数值
煤电机组励磁系统参数值包括煤电机组的最大输出电压，提高煤电机组励磁系统参数值具体为：将煤电机组励磁系统参数值增大一倍。励磁输出电压抬高后机组无功出力增多，有利于系统电压恢复和保持系统稳定。故障后系统未失稳时，励磁输出电压抬高后机组无功出力增多，有利于系统电压恢复，如图6-图8所示，并保持系统稳定。
4、在110kV变电站内装设电抗器
对于低谷无功倒送问题，可从两个方面来找寻解决无功倒送的方法：减少无功电源；增加无功负荷。拉停部分线路，可以减少线路充电功率，但不适用于辐射状、终端供电的电网；根据无功就地平衡的原则，比较可行的方案是在110kV变电站内装设电抗器来补偿线路充电功率，据测算建议每台主变安装5Mvar左右。一般来说，高、低压并联电抗器的总容量不宜低于线路充电功率的90％。目前相关措施已逐步实施，可减少无功倒送，改善电压稳定效果。
以上所述，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工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改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 (10)

1.一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，包括：
S1：监测电网中各电压薄弱点之间的线路电压情况，当发生故障异常时，执行步骤S2；
S2：采取预设措施，恢复电网电压水平，保持电压稳定；
S3：判断系统电压稳定性和电压稳定裕度是否达到设定要求值，若是，则返回执行步骤S1，否则返回执行步骤S2；
所述的预设措施包括设置发电机组旋转备用、在并网点处接入无功补偿、提高煤电机组励磁系统参数值和在110kV变电站内装设电抗器。
2.根据权利要求1所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的设置发电机组的旋转备用具体包括：
获取故障点附近分区内的发电机组，并将该分区内发电机组的实际出力预留设定余量。
3.根据权利要求2所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的设定余量为发电机组额定容量的15％。
4.根据权利要求1所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的无功电流为感性无功补偿或容性无功补偿。
5.根据权利要求1所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的电压薄弱点为各变电站的母线处。
6.根据权利要求5所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的在并网点处接入无功补偿具体包括：向故障点线路的变电站母线处注入无功电流。
7.根据权利要求6所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的注入无功电流Is的表达式为：
Figure FDA0002611815380000011
其中，VP为接入点电压有效值，V1为故障线路无功补偿接入侧电压幅值，X1为故障线路无功补偿接入侧阻抗，V2为故障线路另一侧电压幅值，X2为故障线路另一侧阻抗，XLine为故障线路两侧母线间的阻抗，δ1为故障线路无功补偿接入侧幅角，δ2为故障线路另一侧幅角。
8.根据权利要求1所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的煤电机组励磁系统参数值包括煤电机组的最大输出电压，所述的提高煤电机组励磁系统参数值具体为：将煤电机组励磁系统参数值增大一倍。
9.根据权利要求1所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的在110kV变电站内装设电抗器具体为：在每台主变处安装5MVar的电抗器。
10.根据权利要求9所述的一种城市电网空心化趋势下的电压稳定方法，其特征在于，所述的电抗器包括并联的高压电抗器和低压电抗器，所述的并联的高压电抗器和低压电抗器的总容量大于等于线路充电功率的90％。
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