孤网运行安全稳定控制策略研究

吴　桐，刘　畅，王　刚，刘　莉

(沈阳工程学院 a.电力学院；b.研究生部，辽宁 沈阳 110136)



孤网运行安全稳定控制策略研究

吴桐a，刘畅b，王刚a，刘莉a

(沈阳工程学院 a.电力学院；b.研究生部，辽宁 沈阳 110136)

摘要：孤网是我国电网目前存在的一种特殊运行方式，它是孤立运行的最大单机容量大于电网总容量8%的电网，根据孤网由负荷控制转变为频率控制的特点着手确立应在频率稳定和电压稳定两方面分析其安全稳定控制的适应能力，通过在PSASP搭建发电机、负荷模型，计算孤网一次系统的短路计算、潮流计算能全面的了解孤网运行时线路及设备承受高电压、大电流的能力和潮流分布特点，最终提出安全稳定判据条件，有助于进一步优化孤网，减少其尚存的潜在风险。

关键词：孤网运行；频率稳定；电压稳定；稳定判据条件

当今，作为现代社会主要能源的电能，以与国民经济建设和人民生活有着密不可分的关系。而作为电力系统组成的电力网来说，对电能的发出、输送、分配到使用的每个环节都有着或多或少的影响。电力网的供电不稳定，特别是大面积停电事故所造成的经济损失和社会影响是十分严重的，例如2003年发生的纽约、伦敦和东京大停电事故[1]。因此，对现代电力网的运行提出了更高的要求，既要保证安全、可靠和经济地发电供能，又要求保证合格的供电质量。

通常情况下，电力网发生事故致使系统全部解列的后果是十分严重的，但系统解列并不一定代表着整个系统都会处于瘫痪状态。根据科研和实际运行经验可知，如果系统中部分电力网在保证本身构架足够坚强的同时，也能持续承受小规模的供电，那么这个小的电力系统也具有很重要的实际分析意义，所以将这样对象的研究称为孤网运行分析。孤网运行有如下几种类型[2]：①孤网依靠数台并列的机组运行供电，单机与电网容量比超过8%；②仅有一台机组孤网供电，我们将它称为单机带负荷；③甩负荷带厂用电，称为小岛运行工况，是单机带负荷的一种特例。

孤网发生的瞬间，孤网存在不平衡功率f/P，电网的有功与f有关，无功与v有关[3]。当电网处于电力过剩状态时，即电源送出系统被解列为孤网后，有功功率的过剩将导致发电机转子加速，系统频率也随之升高；无功功率过剩时，系统电压也随之升高。而电网电力不足时恰恰相反[4]。因此研究孤网的安全稳定应从频率稳定和电压稳定两方面着手。

1电网安全稳定常规控制方法

低频减载是一种最常见又最有效的用来防止电网出现频率崩溃的安全控制措施，即当电力系统因发电和用电负荷的需求之间出现缺额而引起频率下降时，按照事先整定的动作频率值，依次将系统中预先安排好的一部分次要负荷切除，从而使电网有功功率重新趋于平衡，频率得到回升。迄今为止，这是防止电网因频率下降导致频率崩溃事故的最主要的一种安全措施。因此研究的安全稳定控制措施将考虑低频减载。

低频减载装置是实现这一措施的自动装置。它由频率测量和减载两个环节组成。为尽量减小切除负荷及尽快恢复频率，要根据系统功率缺额大小和频率下降的速度与绝对值把要切除的负荷分为若干轮，在频率下降的过程中顺次切除[5]。一般分为5～6轮，第一轮的起动频率整定在48.0～48.5 Hz，最后一轮为46.0～46.5 Hz。

2孤网运行安全稳定分析仿真模型

2.1PSASP简介

电力系统分析尤其是电力孤网安全稳定分析模型的搭建通常选用中国电力科学院研制的PSASP仿真程序，它是基于电网基础数据库、固定模型库以及用户自定义模型库支持从而进行电力系统(输电、供电和配电系统)的各种计算分析。其计算分析可以分为稳态分析、故障分析和暂态分析3个部分。

2.2PSASP孤网仿真模型

在PSASP仿真程序中供选用的模型有发电机和综合负荷2种模型。针对发电机来说通常选用PSS模型、调速器模型、调压器模型。而综合负荷模型就是通常所说的ZIP等值模型。

PSS模型惯用的是Ⅱ型PSS，基本项包含了该模型的所有参数组号，在特殊情况下需要标注简要注释，简单注释最多只能包括10个字符。偏差放大系数依次可调节转速、功率和电压3项，其转速WK反映了转速偏差放大的倍数，功率PK反映了功率偏差放大的倍数，电压VK反映了电压偏差放大的倍数。在模型的时间常数上有3种环节常数。量侧环节栏中标明的都是量侧时间常数Tr，隔直环节栏标明的都是隔直环节时间常数Tw1、Tw2，移相环节时间常数栏标明时间常数T1~T6的所有时间。PSS的输出上限Vsmax和PSS输出下限Vsmin都是以标幺值为标准选取。

Ⅱ型PSS发电机模型控制框图如图1所示。

发电机调速器可采用2、3、4、5四种控制模型，模型控制框图如图2所示。

发电机调压器模型控制框图如图3所示。

综合负荷模型分为动态部分和静态部分。其中，动态部分采用T型三阶感应电动机数学模型，静态部分采用负荷静特性ZIP模型结构。2个部分的初始有功功率划分由负荷界面上恒阻抗部分来完成，在这里恒阻抗部分所占比例为静态ZIP模型部分所占初始有功比例。而三阶感应电动机的初始滑差、初始无功、初始功率因子由参数Mlf计算得出。感应电动机初始有功比例参数定义如下：

图1　发电机Ⅱ型PSS模型控制

图2　调速器模型控制

图3　调压器模型控制

综合负荷ZIP等值模型图如图4所示。

图4　综合负荷ZIP等值模型

3孤网运行安全稳定仿真算例分析

3.1暂稳态分析

从功角曲线图和电压曲线图可以看出，当系统发生三永故障时，如果保护能够正确动作，则无需采取稳控措施，系统就能够保持稳定，不存在同步稳定和电压稳定问题。系统仿真算例具有网架结构紧凑，电气距离较短的特点，当系统其中一期线路发生三永故障时，另一期系统母线电压及动力变低压母线电压均约有50%的跌落，保护动作后均能很快恢复到故障前水平。考虑到保护动作前系统电压跌落严重，有必要对系统主要元件的低压保护定值及延时重新核对以确保能够躲过瞬时低电压，避免定值整定不当引起负荷损失，甚至系统全黑的风险。

图5　电铝1#线发生三相短路故障时功角曲线

图6　电铝1#线发生三相短路故障时电压曲线

3.2以功率差额为判据条件的稳定控制分析

当4#机组处于检修方式，发电机功率减少100 MW，此时就要采取切负荷保持功率平衡，由于两期负荷分别为31.5 MW和25 MW，切任何负荷都还要配合切机来完成，因此要切较小负荷使切机较小保证电力正常供应生产受到损失最低，一旦较小负荷(2期负荷)切除，相应的存在功率差额，此时应该切机组来弥补这部分功率差额。对于切机来讲，原则上要求其切

机切机组功率距功率差额较小的发电机。图7反映了4号机组检修方式下不同切机方式对频率的影响。

图7　4号机组检修方式下频率曲线

4结语

1)如果孤网系统网络结构运行方式较为简单，导线截面较大，负载率较低，则正常运行时可满足负荷的需求。但如果孤网系统运行的灵活性较低，则设备检修安排困难，一旦机组带病运行会加重运行风险，机组检修时风险更大。

2)孤网系统是否有必要提出相应的安全稳定控制策略在于电网系统中的继电保护能否在相应故障后正确动作，维持所需的频率和电压稳定。

3)以某自备电厂作为孤网仿真算例分析了切机加切负荷的安全稳定控制措施，该措施是以功率差额为判据条件的，解决了孤网系统的功率不平衡问题，具有一定的实际意义。

参考文献

[1]贾长朱.从美、加停电事故看我国电力系统安全[J].现代电力，2004，21(3)：70-73.

[2]张静.DEH系统孤网运行控制系技术解决方案[J].热力透平,2009，38(1)：65-67.

[3]张健铭.小地区孤网频率稳定控制研究[D].北京：华北电力大学,2011.

[4]刘玮蔚,陈均,肖寒.河南电网孤网运行分析[J].河南电力,2008(3)：32-34.

[5]王葵.自适应型低频减载装置的研究[J].山东电力技术,2000(3):12-14.

(责任编辑佟金锴校对张凯)

Strategies for Isolated Network Operation Security and Stability Control

WU Tonga,LIU Changb,WANG Ganga,LIU Lia

(a.School of Electrical Engineering; b.Graduate Department ,Shenyang Institute of

Engineering,Shenyang 110136,Liaoning Province)

Abstract：As a special operation mode,the isolated network means the largest single capacity is more than 8% of the total capacity of the isolated power grid.According to the frequency control feature in the isolated network,its adaptive capacity for security and stability control should be analyzed on the frequency and vol-tage stability.The generators and loads model is built with PSASP,then the short circuit calculation and flow calculation of isolated network are calculated to grasp the capacity of lines and equipment withstand high voltage and high current,and understand the power flow features during the isolated operation.The criterion of security and stability is proposed finally,which is helpful for further optimization of the isolated network and reducing the potential risk.

Key words：isolated network operation;frequency stability;voltage stability;criterion of stability

中图分类号：TM74

文献标识码：A

文章编号：1673-1603(2015)01-0066-04