电网失步解列装置配置研究

肖友强

(云南电网规划研究中心,昆明 650011)

电网失步解列装置配置研究

肖友强

(云南电网规划研究中心,昆明 650011)

本文针对失步解列Ucosφ原理,研究了滇东北电网的振荡中心,论证了失步解列装置的配置方案,提出了失步解列的控制策略,仿真了牛从直流多极闭锁、甘永故障跳双回、永多故障跳双回的控制效果。研究成果于2014年6月得到现场应用。

失步解列；振荡中心；失步原理；配置方案

0 前言

失步解列装置是通过接入电气量判别失步振荡,当超过规定振荡次数后,解列相关线路或发电机,防止事故进一步扩大,确保主网安全稳定运行。它与频率及电压紧急控制装置共同组成第三道防线。

至2014年5月,滇东北电网失步解列装置只在永丰变500 kV侧安装。牛从直流输电工程于2014年6月全部投产,同时溪洛渡电站机组全部并网发电,如果直流多极闭锁、稳控拒动时,滇东北电网发生失步振荡,影响到云南交流出口线路、两广交流线路失步振荡。如何配置该区域的失步解列装置,如何制定其控制策略,是本文研究内容。

1 失步解列Ucosφ原理

云南电网管辖的失步解列装置全部为RCS993B装置,其工作原理是Ucosφ原理。

1.1 振荡中心的电压

电力系统失步振荡期间,可把所有机组分成两个机群,如图1示。

图1 两个机群的等值系统

假设条件：

1)两个等值机群电势分别为EM和EN,且幅值相等 (均为1)。

2)两等值机之间元件的阻抗角为90度。

图2所示为两机等值系统的向量图。设振荡中心点为C点,根据振荡中心的电压幅值最小(振幅最大),得到振荡中心C点在MN线的中点,且振荡中心电压向量与MN垂直。又两系统之间的元件纯感性,则元件的电压降与电流相位差90度,即电流向量与MN垂直。可见,振荡中心电压与电流是同相位的。

失步解列装置安装处的母线电压为U、电流为I、电压U与电流I的相位差为φ,则振荡中心的电压为

可知：利用失步解列装置安装处采集的电压、电流和相位差角度,计算Ucosφ的数值,就得到振荡中心的电压。

实际元件的阻抗角小于90度,Ucosφ的计算值将大于振荡中心的实际电压,在失步解列装置安装调试时进行角度补偿,仍用式 (1)计算振荡中心的电压。

图2 两机系统相量图

1.2 振荡中心电压的振荡周期

取EN为参考向量 (相位角为0,角频率为ω)；EM相位角为α,角频率为ω+Δω,其中Δω为两系统的角频率差。则两系统相位差δ为

振荡中心电压为：

根据式 (3)得出C点电压的特点为：

1)当系统同步运行时,角频率差Δω=0,则C点电压不变。

2)当系统失步振荡时,角频率差Δω≠0,根据式 (3)可知振荡中心C点电压UC为周期性变化,振荡周期为180度。论证过程如下：

设Δω＞0,即M侧系统加速失步,测量δ变化为0°→360°(0°)→360°,振荡中心电压变化为图3所示；假设Δω＜0,即M侧系统减速失步,测量δ变化为360°→0°(360°)→0°,振荡中心电压变化为图4所示。

图3 振荡中心电压曲线 (Δω＞0)

图4 振荡中心电压曲线 (Δω＜0)

可见：振荡中心电压为连续变化,且过零,振荡周期为180度。

2 电网的结构和特点

2.1 滇东北电网的结构

主要网架结构为图5所示,有500 kV甘顶～永丰～多乐～曲靖双回线路,500 kV曲靖变联接云南主网,500 kV甘顶变与永丰变之间为500/ 220 kV电磁环网,500 kV永丰变与多乐变之间有500/220 kV电磁环网,500 kV多乐变与曲靖变之间有500/220 kV电磁环网。

图5 滇东北电网主要网架结构

2.2 滇东北电网的特点

1)500/220 kV电磁环网的220 kV线路导线细(400 mm2),在故障期间的动稳和热稳非常差。

2)大机小网。机组容量差别极大 (几百千瓦～770 MW),溪洛渡电站7×770 MW、威信电厂2×600 MW、镇雄电厂2×600 MW,而昭通电网最大用电负荷1 050 MW左右。

3)直流输电功率大。牛从直流输送功率6 400 MW,直流闭锁对滇东北电网影响极大。

4)水、火、风电机组繁多,运行特性差别大。

3 电网振荡中心研究

3.1 牛从直流双极闭锁

1)牛从直流双极闭锁且稳控拒动,永多单回有功曲线为：

图6 永丰～多乐有功曲线

分析可知：

1)牛从直流双极闭锁振荡不明显,动态阻尼不足,需要切机。

2)甘顶～永丰～多乐的潮流方向对振荡特性影响很小。

3.2 牛从直流三极闭锁

牛从直流三极闭锁且稳控拒动,振荡中心、甘顶、永丰、多乐电压曲线：

图7 振荡中心电压曲线

图8 甘顶变电压曲线

图9 永丰变电压曲线

图10 多乐变电压曲线

牛从直流三极闭锁且稳控拒动,出现失步振荡。由振荡中心电压、甘顶、永丰、多乐变电压曲线得知：振荡中心在永丰～多乐断面上。多乐～永丰～甘顶的潮流方向对振荡特性影响很小。第1次振荡完成时间在1.65 s左右。

3.3 牛从直流四极闭锁

牛从直流四极闭锁且稳控拒动,振荡中心、甘顶、永丰、多乐的电压曲线：

图11 振荡中心电压曲线

图12 甘顶变电压曲线

图13 永丰变电压曲线

图14 多乐变电压曲线

牛从直流四极闭锁且稳控拒动,出现失步振荡。由振荡中心电压、甘顶、永丰、多乐变电压曲线得知：振荡中心在永丰～多乐断面上。甘顶～永丰～多乐的潮流方向对振荡特性影响很小。第1次振荡完成时间在1.1 s左右。

3.4 牛从直流闭锁的云南交流出口断面

牛从直流四极闭锁且稳控拒动,罗百线路的振荡中心电压曲线为下图所示。

图15 罗白线振荡中心电压曲线

可见：云南交流出口线路也出现失步振荡,第1次振荡完成时间在2.2 s左右。

3.5 牛从直流闭锁的两广交流断面

牛从直流四极闭锁且稳控拒动,两广交流线路的振荡中心电压曲线为下图所示。

图16 茂蝶线振荡中心电压曲线

图17 来梧线振荡中心电压曲线

图18 桂贤线振荡中心电压曲线

可见：两广交流断面也出现失步振荡,第1次振荡完成时间在2.3 s左右。

4 失步解列装置的配置

失步解列装置的配置主要由振荡中心决定,并采用就地控制方式。

牛从直流多极闭锁将引起整个南方电网发生失步振荡。永多断面、云南交流出口断面、两广交流断面的振荡最严重,振荡中心分别在该三个断面上,但各振荡的第1次振荡时间不同,永多断面的时间最短。为此,在永多断面安装失步解列装置。

1)500 kV永丰变500 kV侧配置失步解列装置,采集永丰～多乐的电压和电流,控制策略为解列500 kV永丰～多乐双回线路。

2)500 kV永丰变220 kV侧配置失步解列装置,采集220 kV永丰～迤车的电压和电流,控制策略为解列220 kV永丰～迤车双回线路。

5 失步解列装置的配置效果

5.1 牛从直流多极闭锁

永丰变的500 kV、220 kV分别安装失步解列装置后,当牛从直流四极闭锁且稳控拒动时,靠失步装置动作,甘顶～永丰线路的有功曲线为下图所示。表明控制效果明显。

图19 永丰失步装置动作后的永甘有功曲线

5.2 永甘故障N-2

甘顶～永丰故障N-2且稳控拒动时,振荡中心在220 kV大关～西衙门线路上,但永多断面Ucosφ曲线典型,见下图。若永丰变500 kV、220 kV失步装置动作,系统保持稳定。

图20 永多线的电压曲线

3)永多故障N-2

永丰～多乐故障N-2且稳控拒动时,振荡中心在220 kV永丰～迤车线路上,见下图。若永丰变220 kV失步装置动作,系统保持稳定。

图21 永迤线的电压曲线

6 结束语

1)牛从直流多极闭锁且稳控拒动时,振荡中心位于永多断面、云南交流出口断面、两广交流断面。但各振荡的第1次振荡时间不同,永多断面的时间最短,在永丰变安装失步解列装置最合理。

2)滇东北电网的失步解列装置的配置论证详细,控制策略简单,运行安全。

3)甘顶～永丰故障N-2(或永丰～多乐故障N-2)且稳控拒动时,永丰变失步装置也能得到控制,确保电网安全稳定运行。

4)研究成果已在滇东北电网得到应用。

[1] 肖友强,等.云南 “十二五”期间失步解列装置配置研究[Z].2012年云南电网公司专题项目.

[2] 肖友强,等.2014年云南电网稳控策略研究 [Z].

[3] 南瑞继保有限公司.RCS-993B型失步解列装置技术和使用说明书 [Z].2012,5.

Configuration Scheme of Out-of-step Device in Yunnan Northeast Power Grid

XIAO Youqiang
(Yunnan Power Grid Planning＆Research Center,Kunming 650011,China)

Based on the out-of-step principle,this paper studies the oscillation center of Yunnan northeast power grid,discusses the configuration scheme of the out-of-step device,proposes a control strategy of the out-of-step,and simulation analysis the control effect of HVDC pole blocking or Ganding-Yongfeng N-2 or Yongfeng-duole fault N-2.It was applied on site in June 2014.

out-of-step；oscillation center；principle；configuration scheme

TM73

B

1006-7345(2015)01-0120-04

2014-10-28

肖友强 (1962),男,博士,高级工程师,长期从事电力系统分析、安全稳定控制策略、PSS参数优化等研究工作 (e-mail) xiaoyouqiang＠163.com。