电网孤网稳定模式分析与实测验证研究

毛光辉，秦 睿，拜润卿，乾维江，高 磊，郝如海

（1.国网甘肃省电力公司，甘肃 兰州 730050；2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050）

电网孤网稳定模式分析与实测验证研究

毛光辉1，秦 睿2，拜润卿2，乾维江2，高 磊2，郝如海2

（1.国网甘肃省电力公司，甘肃 兰州 730050；2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050）

针对某地区电网孤网运行过程中出现的非机电模式振荡问题，通过故障仿真再现和现场录波分析得出孤网内主力机组调速器参数设置不当是导致振荡事故的原因。在此基础上，采用PSASP小干扰分析、PSASP-GOV振荡模式分析，对省级电网内发电厂励磁系统、调速系统失稳隐患进行了排查，确定了机组在孤网运行模式下推荐设置参数，并现场实测验证了参数的合理性。最后依据试验结果，提出了提高孤网运行稳定性的措施。

孤网运行；非机电振荡；调速器；小干扰稳定分析

0 引言

随着电网互联规模的增大，系统受大小扰动后产生的振荡已经成为制约电网安全稳定性的最主要因素之一。目前对电力系统的振荡研究主要集中于机电振荡。随着电网的发展，非机电振荡模式也得到了研究人员的广泛重视。以下就一起孤网失稳故障进行分析。

1 孤网失稳现象及原因分析

1.1 故障现象

2015-02-08T09：25，某地区电网S变至W变连接线路发生A相接地转C相故障，线路保护动作三相跳闸，重合闸动作不成功，该地区孤网运行。在孤网系统中出力占当地负荷29 %的M水电厂频率调整中，机组功率大幅波动，机组导水机构剪断销剪断，机组跳闸，最终导致330 kV W变、L变全站失压。

1.2 故障原因分析

用PSASP6．29对该地区电网进行故障仿真再现，根据故障前该地区电网运行方式，对故障前电网进行建模。

故障前M水电厂机组调速器PID参数Kp=8，Ki=6，Kd=1，出力70 MW，仿真330 kV S变至W变连接线路故障过程M水电厂机组频率（ω）、功率（P）曲线如图1所示。

图1 故障过程M水电厂机组频率、功率曲线仿真

由仿真结果可知，M水电厂机组调速器PID参数Kp=8，Ki=6，Kd=1时，故障过程孤网系统出现频率、功率震荡，M水电厂机组频率在47．35-51．85 Hz范围内震荡，功率波动频率为0．04 Hz，该地区孤网出现频率失稳。查询事故时M水电厂机组故障录波频率、功率曲线，发现其与仿真波形基本一致。

对调速器参数进行优化，在孤网模式下，使用孤网参数：Kp=2，Ki=0．3，Kd=0．8，仿真330 kV S变至W变连接线路故障过程M水电厂机组功率曲线如图2所示。

仿真结果表明，M水电厂调速器在孤网参数下能够保持机组稳定。由此确认孤网失稳为M水电厂机组调速器参数整定不合理所致。

图2 调速器在孤网参数下故障时M水电厂机组功率曲线仿真

2 电网稳定模式扫描

仿真分析后开展了该地区电网机组控制系统稳定模式计算扫描，同时加强对非机电振荡模式的关注。使用PSASP6．29对该地区全网进行小干扰模式扫描，结果如下。

2.1 计算条件

（1） 选择夏大正常运行方式对全网进行小干扰稳定计算。

（2） 振荡频率范围0-3．0 Hz。

（3） 振荡模式强弱的判定条件是，负阻尼：ξ%（阻尼比）＜0；弱阻尼：0＜ξ%＜2 %；较弱阻尼：2 %＜ξ%＜3 %；中等阻尼：3 %＜ξ%＜5 %。

2.2 特征值计算结果

该地区电网系统中没有出现小于2 %的弱阻尼振荡模式，但有一个中等阻尼振荡模式（见表1）。

表1 电网阻尼振荡模式

2.3 振荡模式分析

该振荡模式特征值为-0．164 239+j4．123 333，振荡频率0．656 249Hz，阻尼比3．98 %，机电回路相关比7．211 73，属于中等阻尼振荡模式。

该振荡模式正好与故障发生地区B，Q和M 3个水电厂8台机组相关。其中与B电厂G2，G1，G3机组强相关，相关因子分别为0．138 488， 0．137 006和0．125 554，见表2。

2.4 GOV模式分析

对以上小干扰作业进行PSASP-GOV模式分析，分析调速器引起的振荡模式，相关因子最小值取0．000 1，分析结果见表3。

表2 振荡模式相关电厂分析

表3 GOV振荡模式分析

通过GOV模式分析得出，与GOV模式相关的分别为M水电厂G1，G3机组，见表4。

表4 GOV振荡模式相关电厂分析

3 机组孤网参数实测验证

针对调速器并网参数无法适应孤网运行的情况，特在M水电厂机组设置孤网运行模式，在频率超±0．3 Hz范围后，自动进入孤网参数运行。

3.1 仿真优化

M水电厂孤网参数：Kp=2，Ki=0．3，Kd=0．8。使用该参数，模拟调速器在孤网参数下孤网内机组功率振荡的情况，仿真分析以2015冬大数据包为数据源。曲线1 PID参数为2，0．8，1，曲线2 PID参数为2，0．8，0．8，曲线3 PID参数为2，0．6，0．8，曲线4 PID参数为2，0．3，0．8，如图3所示。

仿真结果表明M水电厂调速器在孤网参数下，能够保持机组稳定。

3.2 实测验证

为了验证孤网参数的合理性，2015-02-13省调度控制中心组织对M水电厂现场进行了远方甩负荷试验，模拟孤网运行模式，考察调速器在该模式下的动作情况，试验录波表明调速器能够在该工况下进入孤网模式并发挥调节作用，维持机组稳定。

图3 调速器在孤网参数下故障时不同PID参数M水电厂机组功率曲线仿真

4 结论

调速器对电力系统受大小扰动后能够维持稳定运行有着重要作用。通过仿真分析，得出某地区电网孤网运行过程中出现的非机电模式振荡是由于孤网内主力机组调速器参数设置不当导致的。通过仿真优化，得到优化后的孤网参数，经现场实测验证该参数是合理的。建议开展机组调速器、励磁系统模型、参数及功能投运情况等核查，推进机组调速器实测与建模，对可能发生孤网运行的地区，优化调速器参数、PSS（电力系统稳定器）参数，分析机组调速器、励磁系统控制参数对系统振荡的敏感性，为电网稳定运行打好基础。

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2015-06-19；

2016-04-13。

毛光辉（1967-），男，高级工程师，主要从事电力系统运行管理、安全管理工作，email：652808534@qq．com．

秦 睿（1967-），男，高级工程师，主要从事电力系统分析、柔性输电研究工作。

拜润卿（1984-），男，高级工程师，主要从事电力系统仿真分析工作。

乾维江（1983-），男，高级工程师，主要从事电力系统仿真分析工作。

高 磊（1985-），男，工程师，主要从事电力系统仿真分析方面的工作。

郝如海（1976-），男，工程师，主要从事电力系统仿真分析方面的工作。