CN112583049B - 基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，第一步，研究适用于石化企业电网安全稳定分析的通用模型，解决目前电力系统分析方法在石化行业应用针对性不强、建模困难的问题；第二步，分析石化电网安全稳定性，提出电网安全稳定控制策略，指导电网安全稳定装置的改造实施，预防孤网事故发生；第三步，建立独具石化特色的孤网安全稳定防御策略，保障石化企业电网孤网稳定运行。本发明针对目前石化企业普遍存在系统动态元件和控制系统模型参数难以准确获取的问题，提出适用于石化企业电网安全稳定分析的通用模型，解决目前电力系统分析方法在石化行业应用针对性不强、建模困难、对电网安全稳定分析结果有较大影响的问题。

Description

基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法
技术领域
本发明涉及一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法。属于电网技术领域。
背景技术
石化企业处理的多为高温高压、有毒有害、易燃易爆的危险物质，就供电而言，停电事故如果处理不当很可能造成全厂装置停车甚至更严重事件，造成巨大的经济损失；严重的甚至会导致人员伤亡、环境污染、危及社会公共安全等严重后果。因此，对电网安全稳定运行要求极高。
然而，石化企业用户电压等级一般在220kV及以下，在大规模电网中常常以一个负荷节点代替。而实际上，石化企业电力系统同大规模电网一样，具有发电机、传输线路、变压器等供配电设备，以及各种用电设施，其电力系统可以看作一个微缩的电网。同时石化企业存在大量的电动机等敏感负荷，受到外电网短时波动影响，不可避免的造成由电压波动导致的大面积停电现象，甚至会被动的形成孤网运行。
近期国内已经逐步开始采用ETAP、BPA、PSASP等软件开展石化企业电网安全稳定分析工作，但目前石化企业普遍存在系统动态元件和控制系统模型参数难以准确获取的问题，对安全稳定分析结果有较大影响。此外，石化企业进行强迫电网时与大电网不同，需要保证企业电网在脱离外部电网时仍然安全稳定运行，需要研究电网安全稳定极限或者稳定裕度问题，确保安全稳定策略的科学性与准确性。因此，在石化企业在系统动态模型参数不完整下，如何保障孤网安全稳定分析及预防控制策略制定的科学性和准确性问题，是一道难题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供了一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，其特点是：包括以下步骤：
S1、建立石化企业电网安全稳定分析的通用模型；
S1.1、建立发电机通用模型；
发电机通用模型包括建立发电机转子运动方程、发电机励磁参数模型、发电机调速系统等通用模型；
发电机转子运动方程：
Figure BDA0002870081650000021
ΔM＝MT-ME-MD
其中，Ω为转子机械角速度，J为转子的转动惯量，ΔM为作用在转子轴上的不平衡转矩，MT为原动机机械转矩，ME为发电机电磁转矩；
发电机励磁参数模型：在系统正常运行情况下提供发电机所要求的励磁功率，在不同的负荷情况下维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平；
发电机调速系统模型：通过改变发电机组原动机输出机械功率改变发电机转子转速进而改变系统的频率；
S1.2、负荷通用模型；
感应电动机负荷模型：
电动机常用的动态模型分为三类：计及定、转子的电磁暂态及转子的机械动态过程为感应电动机五阶模型；只计及转子的电磁暂态及机械暂态过程为感应电动机的三阶模型；只计及转子的机械暂态过程为感应电动机的一阶模型；
综合负荷动态模型：
根据石化企业电网特征，建立负荷通用模型库；
S2、电网安全稳定分析及控制策略；
结合S1中的石化电网安全稳定分析通用模型，首先确定石化企业安全稳定事故集，然后进行安全稳定分析结果，并根据安全稳定分析结果提出控制策略。
S3、石化企业孤网安全稳定防御策略；
S3.1、低周减载负荷量计算原理；
Figure BDA0002870081650000031
其中，R为调速器的调差参数，ΔPL为发电负荷不平衡量；Ks称为系统的自然频率特性系数，Ks由两部分组成：一是系统负荷的频率特性系数KL；二是系统中有旋转备用容量机组的频率特性系数KG；
低周减载整定方案包括对基本轮和特殊轮各轮频率定值、延时、功率切除量的确定；基本轮的任务就是在不过切的情况下尽快制止频率下降，尽可能的使频率恢复到接近正常频率。特殊轮的任务是在基本轮动作后，避免频率长时间悬停在某一不允许的较低值或防止频率缓慢降低。
进一步的，石化企业电网中的发电机采用定功率控制模式时，Ks＝KL，低周减载的负荷量计算过程如下：
确定低周减载动作频率值fd；
计算额定频率时在电网总负荷为PLoad，发电量为PGen时的电网功率缺额；
PGap＝PLoad-PGen
计算频率从额定频率发fe下降到fd的负荷功率补偿；
PFL＝KL*PLoad*(fe-fd)
实际低周减载应该切除的负荷量如下式；
Pd＝PGap-PFL。
进一步的，根据石化企业电网各个孤网区域安全校核计算结果，由电网最低点频率以及计算得出的系统的自然频率特性系数(单位调节功率)Ks＝△P/△f值，即1个周波频率变化对应的负荷功率变化情况，由此可计算出要想使电网频率恢复至正常状态则需要切除的负荷量。
进一步的，电网安全稳定分析内容包括石化电网安全校核和电网安全防御。
进一步的，通过安全校核、安全防御闭环计算得到的电网安全防御情况。孤网安全防御需要针对电压和频率两个方面：频率方面通过低周减载进行安全防御；低压方面通过低压减载进行安全防御。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，提出石化企业电网安全稳定分析的通用模型，解决目前电力系统分析方法在石化行业应用针对性不强、建模困难的问题，满足石化企业电网安全稳定分析需求，相比传统电力系统模型更加符合石化电网实际需求。
(2)本发明一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，石化电网安全稳定分析方法及控制策略，完成石化电网安全稳定分析，结合电网实际情况制定安全稳定控制策略，指导电网安全稳定装置的改造实施，预防孤网事故发生。
(3)本发明一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，石化企业孤网安全稳定防御策略，结合石化企业负荷分级特征，进行合理的孤网区域，通过低周减载、低周解列整定方案，保障石化企业孤网运行，保障关键装置和重要负荷安全稳定运行。
附图说明
图1为发电机励磁参数模型的示意图。
图2为发电机调速系统模型的示意图。
图3为感应电动机稳态等值电路的示意图。
图4为负荷通用模型库的示意图。
图5为电网安全稳定分析研究思路的示意图。
图6为石化电网与主网关系示意图。
图7为石化企业电网故障孤网稳定方案整定技术路线图。
图8为石化企业外电网故障孤网稳定方案整定技术路线图。
图9为孤网系统结构框图。
图10为石化企业电网孤网低周减载方案整定技术路线示意图。
图11为石化电网结构图及安全稳定分析模型。
图12为以汽定电控制模式发电机电磁功率曲线。
图13为以电定汽控制模式发电机电磁功率曲线。
图14为以汽定电控制模式大电机出口母线频率曲线。
图15为以电定汽控制模式大电机出口母线频率曲线。
图16为大1#和大3#发电机失磁后，失磁发电机机端电压曲线。
图17为大1#和大3#发电机失磁后，失磁发电机机无功曲线。
图18为大1#和大3#发电机失磁后，岛内其他发电机和母线电压。
图19为大1#和大3#发电机失磁后，岛内其他发电机无功曲线。
图20为大2#发电机失磁后，失磁发电机机端电压曲线。
图21为大2#发电机失磁后，失磁发电机机无功曲线。
图22为大2#发电机失磁后，岛内其他发电机和母线电压。
图23为大2#发电机失磁后，岛内其他发电机无功曲线。
图24为5#发电机失磁后，失磁发电机机端电压曲线。
图25为5#发电机失磁后，失磁发电机机无功曲线。
图26为5#发电机失磁后，岛内其他发电机和母线电压曲线。
图27为石化电网孤网运行方式结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制发明的保护范围。
为了保障关键装置和重要负荷安全稳定运行，本发明分四步走：
第一步，研究适用于石化企业电网安全稳定分析的通用模型，解决目前电力系统分析方法在石化行业应用针对性不强、建模困难的问题；
第二步，分析石化电网安全稳定性，提出电网安全稳定控制策略，指导电网安全稳定装置的改造实施，预防孤网事故发生；
第三步，建立独具石化特色的孤网安全稳定防御策略，保障石化企业电网孤网稳定运行；
第四步，通过算例仿真，完成石化电网暂态安全校核、制定孤网安全防御方案，保障关键装置和重要负荷安全稳定运行。
本发明涉及一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，包括以下步骤：
S1、石化企业电网安全稳定分析的通用模型；
强迫孤网分析重点要研究孤网的安全稳定控制策略，除了发电机、励磁、调速系统外，电动机及负载转矩特性等同样对安全稳定分析结果影响较大，所以要求有十分准确的模型和参数，尤其是电动机负荷模型，包括电动机本身和负载转矩特性，这点在石化企业中重视程度不够。本发明提出了简洁可行的适用于石化企业运行分析的动态元件模型参数、通用建模理论及方法；
S1.1、发电机通用模型；
发电机通用模型，包括建立发电机转子运动方程、发电机励磁参数模型、发电机调速系统等通用模型。如下：
(1)发电机转子运动方程
根据旋转物体的力学定律，同步发电机转子机械角加速度与作用在转子轴上的不平衡转矩之间的关系可以用如下方程描述，即发电机的转子运动方程：
Figure BDA0002870081650000071
ΔM＝MT-ME-MD (2)
其中，Ω为转子机械角速度，J为转子的转动惯量，ΔM为作用在转子轴上的不平衡转矩，MT为原动机机械转矩，ME为发电机电磁转矩，
(2)发电机励磁参数模型
参见图1，发电机励磁参数模型：在系统正常运行情况下提供发电机所要求的励磁功率，在不同的负荷情况下维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平；保证并联运行发电机组的无功功率得到合理的分配；在系统动态过程中通过对励磁电流的调节提供有利的阻尼作用，改善电压的动态品质，提高发电机组和系统的稳定运行能力。
(3)发电机调速系统
参见图2，通过改变发电机组原动机输出机械功率改变发电机转子转速进而改变系统的频率。当转子转速变化时，原动机的自动调速装置将发生作用，从而调节汽轮机汽门或水轮机导向叶片的开度，以改变机组输出的机械功率。当汽轮机调节汽门的开度变化时，由于汽门与蒸汽喷嘴之间具有一定的空间，即蒸汽容积，该空间的蒸汽压力不可能立即变化，汽轮机输出的功率也就不能立即变化。这就形成了机械功率的变化滞后于汽门开度变化的现象，这种现象导致发电机很难实现快速调频。
S1.2、负荷通用模型；
负荷不平衡量对孤网运行的影响：孤网是否能存活，主要是看孤网内负荷不平衡量的大小。孤网内负荷不平衡量作用于汽轮机转子，强迫改变转子转速，进而在电磁力的拖动下，迫使电网频率发生变化。
负荷特性对孤网运行的影响：
负荷静态模型，反应了负荷有功功率、无功功率随频率和电压缓慢变化而变化的规律，静态负荷模型表示任意瞬时的负荷特性是该瞬时的母线电压和频率的代数函数；
动态负荷模型主要成分是感应电动机，因此通常用感应电动机模型作为负荷的动态模型，动态负荷模型指的是在系统电压和频率快速变化时,考虑负荷的动态特性，并用微分方程描写的负荷模型。
无论是静态负荷模型，还是动态负荷模型，其负荷模型的精确程度对系统暂态分析结论的影响都很大。
(1)感应电动机负荷模型
参见图3，电动机常用的动态模型分为三类：计及定、转子的电磁暂态及转子的机械动态过程为感应电动机五阶模型；只计及转子的电磁暂态及机械暂态过程为感应电动机的三阶模型；只计及转子的机械暂态过程为感应电动机的一阶模型。
(2)综合负荷动态模型
电网分析中常用的动态负荷模型为综合负荷动态模型，通过感应电动机模型和静态负荷模型的组合表达。国内电网规划部门一般的负荷综合模型：60％恒功率+40％恒阻抗；运行部门一般的负荷综合模型：60％静态负荷模型+40％感应电动机模型。
但目前综合负荷模型无法满足石化电网孤网安全稳定分析需求。因此，论文研究根据石化企业电网特征，建立负荷通用模型库，如图4所示。
合理准确地预测新能源的出力是解决其接入微电网规划问题的基础。同时，在规划时还需要考虑到新能源的接入对不同种类的负荷的影响。因此，在进行微电网规划时，需要对各类新能源进行建模。
S2、电网安全稳定分析及控制策略研究
根据适用于电网安全稳定分析的通用模型，利用分析工具适用于石化企业的电网安全稳定分析工具，开展电网安全稳定分析及安全稳定防御系统研究，预防孤网事故发生。主要研究技术方案时：
(1)首先，针对石化企业电网动态电力系统建模：建立石化电网动态分析模型，包括电网模型、发电机及其控制系统模型、保护及自动装置模型和负荷模型，建立石化企业电网模型；
(2)其次，进行电力系统动态安全校核：基于石化企业孤网安全稳定分析软件，电网正常、检修运行方式集合，对石化企业电网进行孤网动态仿真分析；
(3)最后，电力系统动态安全防御方案：基于动态仿真结果，石化企业电网孤网运行的频率特性，以石化企业电网孤网稳定为目标，建立石化企业低周减载策略和电网解列方案，确定石化企业电网安全稳定运行边界条件，指导电网安全稳定装置的改造实施。
电网安全稳定分析研究思路如图5所示。
S3、石化企业孤网安全稳定防御策略；
参见图6，石化电网不具备对主网的支持能力。针对电网安全稳定校核的结果，对电网存在安全稳定问题的电网故障进线安全稳定防御。
S3.1、安全稳定整定目标；
石化企业电网低周解列和低周减载策略整定目标如下：
石化企业电网一般及严重故障下，主网石化企业电网，低周减载不应动作。
石化企业电网严重故障并伴随内部解列，通过低周减载保石化企业电网。
主网严重故障下，通过低周解列和低周减载石化企业电网。
主网一般故障下，低周解列和低周减载不应恶化石化企业电网安全水平。
S3.2、安全稳定整定策略；
(1)石化企业电网故障
石化企业电网故障表如下：
Figure BDA0002870081650000111
孤网稳定策略整定，整定技术路线如图7所示。
(2)石化企业电网外网故障
石化企业电网外网故障表如下：
Figure BDA0002870081650000112
孤网稳定策略整定，整定技术路线如图8所示。：
S3.3、低周减载负荷量计算原理；
参见图9所示的孤网系统结构框图，其中GnT(S)汽轮机及调速器传递函数，GP(S)为计及负荷效应和转动惯量的传递函数，R为调速器的调差参数，ΔPL为发电负荷不平衡量。
得到：
Figure BDA0002870081650000113
Ks称为系统的自然频率特性系数。它标志了当系统负荷增加或减少时，在原动机调速器调节特性和系统负荷调节效应共同作用下，系统频率下降或上升的调节能力。它由两部分组成：一是系统负荷的频率特性系数KL；二是系统中有旋转备用容量机组的频率特性系数KG。
石化企业电网中的发电机是抽汽凝汽式或背压式汽轮发电机组，因生产要求往往取消转速反馈环节，采用定功率控制模式，导致发电机不具备一次调频能力。这种情况下企业孤网的频率控制只能依靠负荷的自然频率特性。这种情况下：系统的自然频率特性系数Ks＝KL。
在此背景下计算低周减载的负荷量计算过程如下：
(1)确定低周减载动作频率值fd；
(2)计算额定频率时在电网总负荷为PLoad，发电量为PGen时的电网功率缺额；
PGap＝PLoad-PGen (4)
(3)计算频率从额定频率发fe下降到fd的负荷功率补偿量(即负荷的频率特性所带来的负荷减少量)；
PFL＝KL*PLoad*(fe-fd) (5)
(4)实际低周减载应该切除的负荷量如下式；
Pd＝PGap-PFL (6)
S3.4、低周解列和低周减载整定方案；
低周减载整定方案包括对基本轮和特殊轮各轮频率定值、延时、功率切除量的确定。基本轮的任务就是在不过切的情况下尽快制止频率下降，尽可能的使频率恢复到接近正常频率。基本轮应快速动作，为了防止在系统振荡或是电压急剧下降时误动作，一般可带0.2～0.5秒的时限。基本轮一般按频率等距分级，每级切负荷量分别确定；特殊轮的任务是在基本轮动作后，避免频率长时间悬停在某一不允许的较低值或防止频率缓慢降低，特殊轮经一定时延动作，使频率值尽快恢复至48Hz及以上，特殊轮延时一般设定10～20秒。
石化企业电网在进行孤网稳控策略研究时，石化企业负荷不参与主网的安全防御，主网低周减载第一轮为49Hz，一般第六轮为48Hz，石化企业电网的低周减载应躲避主网低周情况动作；为防止外网孤网将石化企业电网拖垮，建议整定低周方向解列，但需要与低周减载配合。
石化企业电网孤网低周减载方案整定技术路线如图10所示。
具体整定方案如下：
(1)低周方向解列整定方案
对于方向解列装置：
整定频率：48Hz；
整定时间：0.1(秒)；
(2)低周减载整定方案
对石化企业电网各个孤网区域进行低周减载方案整定，根据整定后电网频率恢复值不同制定了的不同的低周减载方案，并进行安全防御计算，通过对电网恢复频率以及低频自动切负荷量，得到满足石化企业电网孤网稳定运行且切负荷量较小的低周减载整定方案。
根据石化企业电网各个孤网区域安全校核计算结果，由电网最低点频率以及计算得出的系统的自然频率特性系数(单位调节功率)Ks＝△P/△f值，即1个周波频率变化对应的负荷功率变化情况，由此可计算出要想使电网频率恢复至正常状态则需要切除的负荷量。低周减载方案整定中，对于每轮切负荷量，可考虑均匀分配，可也考虑适当增大最高一两轮的切负荷比例，以快速抑制严重有功缺额时的频率下降率。
需要根据各个孤网区域安全校核计算结果，得到低频减载装置整定方案，分为基本轮和特殊轮。低周减载整定方案需要石化企业电网孤网稳定运行且切负荷量较小为目标。一般情况下低周减载装置整定策略如下表所示。
Figure BDA0002870081650000141
整定方案计及负荷等级、电网安全标准和电网中各种安全自动装置比如备自投、快切的影响。
具体实施例：
S1、石化电网安全稳定分析通用模型
第一步以某石化电网为例结合S1.1节和S1.2，建立包含发电机和负荷在内的通用模型，包括：2座110kV变电站；15座35kV变电所；24座6kV用户配电站。
某石化电网结构图及安全稳定分析模型如图11所示。
S2、石化电网安全稳定分析结果及控制策略
根据图5的流程，结合石化电网安全稳定分析通用模型，首先确定石化企业安全稳定事故集，然后进行安全稳定分析结果，并根据安全稳定分析结果提出控制策，预防孤网事件发生。
(1)安全稳定事故集方案
某石化电网安全稳定分析内容包括：某石化电网安全校核，电网安全防御。其中：
1)电网安全校核确保石化电网满足第一级安全标准；
2)电网安全防御使石化电网能够通过自动装置和安全稳定措施满足第二级和第三级安全标准。
电网安全校核中的事故集包括：厂内任一线路或变压器开断后的电网稳定校核，厂内任一发电机跳闸后的电网稳定校核，厂内任一发电机失磁后的电网稳定校核，厂与电网任一联络线开断后的电网稳定校核；
电网安全防御中的事故集包括：厂内任一线路或变压器三相短路故障，厂内任一母线三相短路故障，厂与电网任一联络线三相短路故障。
电网安全防御确保石化电网通过自动装置能够保障电网在承受以上各类故障下的电网安全稳定。
结合某石化电网实际情况，根据不同的保护动作时间，按最恶劣情况整定本课题中的故障和保护时间如下表所示。
Figure BDA0002870081650000151
Figure BDA0002870081650000161
(2)安全稳定分析结果及控制措施
1)参见图12-15，发电机以电定汽模式和以汽定电模式下，母线三相短路、线路三相短路和变压器三相短路故障下，电网隔离故障后均可保持非故障电网的安全稳定运行。该石化电网无需安措情况下满足第一、二级安全标准。
2)发电机失磁：
参见图16-19，大1#和大3#发电机失磁后，大1#和大3#发电机机端电压跌落到0.73p.u.，发电机无功进相最高能达到58Mvar，在网内其他发电机AVR动作后，电网内不与失磁发电机连接的母线电压可维持在0.92p.u.以上。这表明该石化电网有足够的无功电压调节能力。励磁复归后，电网可能造成低电压问题，所以大1#和大3#发电机失磁后需要通过切除发电机确保电网安全运行。
参见图20-23，大2#发电机失磁后，大2#发电机机端电压跌落到0.87p.u.，发电机无功进相最高能达到20Mvar，在网内其他发电机AVR动作后，电网内不与失磁发电机连接的母线电压可维持在0.94p.u.以上(基本无明显电压跌落)。大2#发电机失磁对电网影响很小。
参见图24-26，5#发电机失磁后，5#发电机机端电压跌落到0.8p.u.以下，发电机无功进相最高能达到15Mvar，电网内不与失磁发电机连接的母线电压可维持在0.9p.u.以上。因炼化站内无其他发电机，5#发电机失磁后对电网电压影响较大。
S3、石化电网孤网安全稳定防御策略；
某石化电网孤网运行方式如图27所示。
当系统发生故障形成孤网时，会出现功率不平衡，从而引起一个暂态响应过程。如果发电机组的调节裕量和调节速度足够，则可以在较短时间内达到一个新的稳态；若发电机组的调节能力不足，孤网只能持续较短的时间，并逐渐崩溃。如果预先规划好合理的孤网区域，系统的自动装置及时有效动作，机组调节迅速并具有良好的支撑能力，构造一个功率基本平衡的区域，则孤网可持续运行。通过孤网区域发电负荷情况分析确定可孤网的孤网运行方式。一般考虑源荷差不超过50％可考虑孤网，本案例将通过安全校核确定可孤网运行的电网结构和电网运行方式(主要是开机方式)。
(1)某石化电网形成相应孤网的故障集合
根据S3.2中，石化企业电网故障和石化企业外电网故障，结合电网的电网结构，由于电网解列位置的不同而，形成的不同孤网情况如下：
全厂孤网：110kV系统孤网。110kV1大吉线、110kV1大吉线、110kV1吉炼线、110kV2吉炼线N-4，110kV1#联络线和110kV2#联络线运行；
110kV热电站孤网：110kV热电站系统孤网。110kV1大吉线、110kV1大吉线N-2，110kV1#联络线和110kV2#联络线备用；
110kV热电站35kVI段母线孤网：110kV热电站6kV系统孤网。110kV炼油站1#主变、2#主变N-2。
110kV热电站35kVII段母线孤网母线孤网：110kV炼油站6kV孤网系统孤网。110kV炼油站1#主变、2#主变N-2。
110kV炼油站孤网：110kV炼油站系统孤网。110kV1吉炼线、110kV2吉炼线N-2，110kV1#联络线和110kV2#联络线备用；
110kV炼油站6kV孤网：110kV炼油站6kV孤网系统孤网。110kV炼油站1#主变、2#主变N-2。
(2)孤网安全稳定防御策略计算结果
根据图7石化企业电网故障孤网稳定方案整定技术路线和图8石化企业外电网故障孤网稳定方案整定技术路线，完成孤网安全稳定计算及防御策略制定。其中低周减载负荷量确定方法见S3.3，低周解列和低周减载整定方案见S3.4。
通过计算得到的电网安全防御手段如下：
①方向解列装置
整定频率：48Hz；整定时间：0.1(秒)，开断110kV1安仁和110kV2安仁线；
方向解列装置中的方向判据确保该石化电网在本电网故障情况下与主网不脱网；方向解列装置中的频率判据用于判断主网已经无法维持稳定运行。
导致主网无法维持稳定运行的可能性多在于主网发生解列事件，导致部分主网联某石化电网孤网。这种情况下某石化电网需要主动解列确保本身的安全性。
②低周减载装置
低周减载装置整定方案如下表所示。
Figure BDA0002870081650000181
Figure BDA0002870081650000191
按第一轮47.8整定确保主网故障下某石化电网低周减载可靠不动作。
③低压减载装置
低压减载装置整定方案如下表所示。本专利中低压减载整定是针对孤网情况下电动机堵转可能导致的电网崩溃事件。在正常运行中该装置也对抗晃电等也具备防御功能，具体情况需要针对性的分析，不再本专利范围内。
Figure BDA0002870081650000192
4)通过安全校核、安全防御闭环计算得到的电网安全防御情况。孤网安全防御需要针对电压和频率两个方面：频率方面通过低周减载进行安全防御；低压方面通过低压减载进行安全防御。
5)在实际计算中因电网孤网后某石化电网的无功不足，在正常运行方式下需要确保联络线(变)尽量减少无功受入，防止因无功缺口大，孤网后电压过低导致电动机堵转引起电网电压崩溃。在有条件的情况下可在石化电网中装设快速的有源无功补偿装置(不在本文分析范围)。
6)本专利分析中电容器为未投运状态，因为电容器的低压保护(一般是0.7p.u.速断)和其随电压成平方的无功关系，电容器在电网存在电压稳定问题时往往是起到的是恶性作用。
本发明一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定分析与防御方法，针对目前石化企业普遍存在系统动态元件和控制系统模型参数难以准确获取的问题，提出适用于石化企业电网安全稳定分析的通用模型，解决目前电力系统分析方法在石化行业应用针对性不强、建模困难、对电网安全稳定分析结果有较大影响的问题，提高石化企业电网安全稳定分析能力；针对石化企业孤网安全稳定运行需求，提出电网安全稳定分析及控制策略、预防孤网事故发生，提出石化企业孤网安全稳定防御策略、保证企业电网在脱离外部电网时仍然安全稳定运行，解决石化企业孤网安全稳定运行的问题，
在上述实施例中，仅对本发明进行示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (5)

1.一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，包括以下步骤：
S1、建立石化企业电网安全稳定分析的通用模型；
S1.1、建立发电机通用模型；
发电机通用模型包括建立发电机转子运动方程、发电机励磁参数模型、发电机调速系统通用模型；
发电机转子运动方程：
Figure FDA0003895559350000011
ΔM＝MT-ME-MD
其中，Ω为转子机械角速度，J为转子的转动惯量，ΔM为作用在转子轴上的不平衡转矩，MT为原动机机械转矩，ME为发电机电磁转矩；
发电机励磁参数模型：在系统正常运行情况下提供发电机所要求的励磁功率，在不同的负荷情况下维持机端或系统中某一点的电压在给定的水平；
发电机调速系统模型：通过改变发电机组原动机输出机械功率改变发电机转子转速进而改变系统的频率；
S1.2、负荷通用模型；
感应电动机负荷模型：
电动机常用的动态模型分为三类：计及定、转子的电磁暂态及转子的机械动态过程为感应电动机五阶模型；只计及转子的电磁暂态及机械暂态过程为感应电动机的三阶模型；只计及转子的机械暂态过程为感应电动机的一阶模型；
综合负荷动态模型：
根据石化企业电网特征，建立负荷通用模型库；
S2、电网安全稳定分析及控制策略；
结合S1中的石化电网安全稳定分析通用模型，首先确定石化企业安全稳定事故集，然后进行安全稳定分析结果，并根据安全稳定分析结果提出控制策略；
S3、石化企业孤网安全稳定防御策略；
S3.1、低周减载负荷量计算原理；
Figure FDA0003895559350000021
其中，R为调速器的调差参数，ΔPL为发电负荷不平衡量；Ks称为系统的自然频率特性系数，Ks由两部分组成：一是系统负荷的频率特性系数KL；二是系统中有旋转备用容量机组的频率特性系数KG；
低周减载整定方案包括对基本轮和特殊轮各轮频率定值、延时、功率切除量的确定；基本轮的任务就是在不过切的情况下尽快制止频率下降，尽可能的使频率恢复到接近正常频率；特殊轮的任务是在基本轮动作后，避免频率长时间悬停在某一不允许的较低值或防止频率缓慢降低。
2.根据权利要求1所述的一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，其特征在于：石化企业电网中的发电机采用定功率控制模式时，Ks＝KL，低周减载的负荷量计算过程如下：
确定低周减载动作频率值fd；
计算额定频率时在电网总负荷为PLoad，发电量为PGen时的电网功率缺额；
PGap＝PLoad-PGen
计算频率从额定频率发fe下降到fd的负荷功率补偿；
PFL＝KL*PLoad*(fe-fd)
实际低周减载应该切除的负荷量如下式；
Pd＝PGap-PFL。
3.根据权利要求1所述的一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，其特征在于：根据石化企业电网各个孤网区域安全校核计算结果，由电网最低点频率以及计算得出的系统的自然频率特性系数Ks＝ΔPL/△f值，即1个周波频率变化对应的负荷功率变化情况，由此可计算出要想使电网频率恢复至正常状态则需要切除的负荷量。
4.根据权利要求1所述的一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，其特征在于：电网安全稳定分析内容包括石化电网安全校核和电网安全防御。
5.根据权利要求1所述的一种基于石化电网通用模型的孤网安全稳定控制与防御方法，其特征在于：通过安全校核、安全防御闭环计算得到的电网安全防御情况；孤网安全防御需要针对电压和频率两个方面：频率方面通过低周减载进行安全防御；低压方面通过低压减载进行安全防御。
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