基于ADPSS电磁暂态仿真的黑龙江电网供电能力恢复初期过电压问题研究

郭 袅，祖光鑫,2

(1．国网黑龙江省电力有限公司科学研究院， 哈尔滨150030，2．哈尔滨工业大学，哈尔滨 150006)

基于ADPSS电磁暂态仿真的黑龙江电网供电能力恢复初期过电压问题研究

郭 袅1，祖光鑫1,2

(1．国网黑龙江省电力有限公司科学研究院， 哈尔滨150030，2．哈尔滨工业大学，哈尔滨 150006)

简述了电网恢复初期过电压的成因及危害，确定了黑龙江电网黑启动路径。基于全数字实时仿真系统搭建黑龙江电网黑启动路径的电磁暂态仿真模型，在电磁环境下对该系统进行验证，给出了电网恢复过程中电厂220kV母线过电压情况。仿真结果证明了该建模方法的可行性，对黑龙江电网黑启动方案的制订具有意义。

电网恢复； ADPSS； 仿真

社会经济的高速发展不仅要求电网有较高的供电安全可靠性，还应有较快的电网事故恢复能力[1-4]。电网供电能力恢复首先启动具有自启动能力的发电机组，通过方案路线逐步启动附近的发电机组，不断扩大系统发输配电恢复范围，实现整个电力系统的恢复。在最短时间内通过稳定、可靠地启动供电能力恢复电源，建立分区供电能力恢复目标网架及主网架，可逐步有序恢复负荷，最大限度减少电网大停电的影响和损失。本文依据《黑龙江电网黑启动总体方案》中制定的电网供电能力恢复方案，对黑龙江电网供电能力恢复路径进行ADPSS电磁暂态建模，利用电磁暂态仿真技术对黑龙江电网供电能力恢复初期路径中各母线电压进行仿真，并对黑龙江电网供电能力恢复过电压问题进行分析。

1 电网供电能力恢复初期过电压问题研究

1.1 电网供电能力恢复中过电压的成因及危害

电网供电能力恢复初期主要需考虑三种过电压问题：操作过电压、工频过电压和谐振过电压。操作过电压与工频过电压的叠加可能导致瞬时过高电压的出现，甚至造成系统设备的严重损坏。工频过电压会导致发电机欠励磁，甚至自励磁和不稳定，同样还会导致过励磁，产生谐波畸变和变压器过热等问题。谐振过电压会引起继电保护动作，甚至造成避雷器的损坏和系统故障等[5-10]。

1.2 系统过电压的允许水平

1)工频过电压。110～220 kV系统允许承受的工频过电压一般不宜超过1.3 p.u.；330～500 kV系统线路断路器的变电站侧允许承受的工频过电压一般不宜超过1.3 p.u.；330～500 kV系统线路断路器的线路侧允许承受的工频过电压一般不宜超过1.4 p.u.。

2)操作过电压。110～220 kV及以下系统相对地的操作过电压允许小于3.0 p.u.；330 kV系统小于2.2 p.u.；500kV系统小于2.0 p.u.。

2 黑龙江电网供电能力恢复初期过程

2.1 黑龙江电网网架

黑龙江电网对外通过两回500 kV线路与蒙东电网相联，通过四回500 kV线路与吉林电网相联，通过500 kV黑河换流站与俄罗斯电网直流背靠背互联。2016年黑龙江省内500 kV电网围绕中部地区形成环网，以链式结构向东西部延伸，能够满足地区送受电需求。现阶段电网不存在暂态稳定和短路电流超标问题，个别元件N-1方式下有热稳定和电压稳定问题。常规电源装机容量远大于供电需求，风电最大出力达到最大负荷的34.1%，东部电网电力送出受阻问题加重，供热期电网调峰和弃风问题日益突出。

在黑龙江电网中，牡丹江电网的镜泊湖水电机组具有自启动能力，所以选择牡丹江电网镜泊湖水电厂(以下简称镜老厂)作为供电能力恢复启动电源。牡丹江地区电网网架结构如图1所示，镜老厂配置了35 kW柴油发电机一台，柴油发电机启动后带镜老厂400 V厂用电，从而启动机组。

2.2 黑龙江电网供电能力恢复初期路径

依据《黑龙江电网黑启动总体方案》中制定的电网供电能力恢复方案，黑龙江省供电能力恢复路径如图2所示：(镜泊湖厂)柴油发电机→400 V厂用母线→镜泊湖老厂#2机组→11 kV母线→镜泊湖厂#1主变→220 kV镜联线→镜泊湖厂220 kV母线→220 kV镜海线→林海变220 kV母线→林青甲线→青梅变220 kV母线→牡青甲线→牡二厂A厂220 kV母线→牡二厂#7主变→牡二厂#7高厂变→牡二厂#7机组厂用电部分→牡二厂#7机组。

图1 黑龙江电网供电能力恢复启动路径及附近电网图

图2 黑龙江电网供电能力恢复启动示意图

3 基于ADPSS仿真的黑龙江电网供电能力恢复过程建模

3.1 ADPSS电磁暂态仿真简介

电力系统全数字仿真装置(Advanced Digital Power System Simulator, ADPSS)是利用机群的多节点结构结合高速本地通讯网络，并利用网络并行计算技术对所需计算任务进行分解处理，可以与调度自动化系统相连取得在线数据进行仿真，可接入继电保护、安全自动装置、FACTS控制装置以及直流输电控制装置等实际物理装置进行闭环仿真试验[5-10]。

3.2 黑龙江电网供电能力恢复过程建模

基于ADPSS仿真系统，建立如图3所示的黑龙江电网供电能力恢复电磁暂态仿真模型。

根据确定的供电能力恢复路径，镜老厂作为启动电源，逐次合闸分段空载线路，当遇到容性过电压过高时，适当合闸部分负载，供电能力恢复期间动态调节有功无功出力，保持过电压水平在可承受范围内。当启动电网初步稳定后，合闸启动几百公里外的火电机组并网，并网时会有一定的暂态响应，用电磁暂态仿真可以清晰分析其复杂的暂态响应特性。

图3 供电能力恢复路径电磁暂态仿真框图

在仿真建模过程中，水电厂模型的建立最为关键，本文对镜老厂启动机组的子模块分别搭建。图4(a)为镜老厂励磁调节器传递函数，图4(b)为镜老厂调速器传递函数，图4(c)为镜老厂电力系统稳定器PSS传递函数。

图4 镜老厂启动机组子模块

4 黑龙江电网供电能力恢复过电压问题仿真分析

4.1 黑龙江电网供电能力恢复过程仿真结果

从镜老厂到牡二厂#7机组的黑龙江电网供电能力恢复过程电网动作如下：

1)4 s时，闭合开关投入镜联线；

2)10 s时，闭合开关投入镜泊湖至牡二A厂220 kV线路；

3)35 s时, 黑牡二A厂正式并网运行；

4)55 s及65 s时,投入220 kV青梅变负荷，启动黑牡二B厂发电机组；

5)70 s时，合并开关投入牡二A厂至牡二B厂220 kV线路；

6)100 s时,投入黑牡二B厂#9发电机组；

7)150 s时，投入黑牡二B厂#8发电机组。

通过ADPSS仿真分析，可以得到黑龙江电网供电能力恢复过程初期镜老厂220 kV母线A相电压，如图5所示。

图5 镜老厂220kV母线A相电压

4.2 黑龙江电网供电能力恢复过程过电压问题分析

根据上述仿真结果对恢复过程中的过电压问题进行逐一分析，可明显看出，在t=4 s时电压有突变现象，即出现了过电压，该过电压是断路器操作引起的空载线路合闸过电压和给空载线路充电产生电容效应引起的工频过电压综合作用的结果。该操作过电压未超过220 kV线路操作过电压标准3.0 p.u.，因此过电压水平在可控范围内。

由于11 s及时投入负载，抑制了过电压的升高，220 kV镜泊湖、青梅变母线三相过电压水平未超过2.0 p.u.，远低于220 kV标准所要求的3.0 p.u.操作过电压水平，扰动控制在合理范围内。

在100 s牡二B厂 G8和G9机组投入时，供电能力恢复过程中的系统相比之前已经相对强大。G8和G9的投入，系统虽然也存在一定的冲击，但较为缓和，而且调整时间大大缩短，很快系统就恢复稳定状态。操作过电压也在1.5 p.u.以下，满足220 kV线路3.0 p.u.以下的标准要求。

5 结 论

本文对电网供电能力恢复过程中可能出现的过过电压问题的成因及危害进行了分析，在负荷中心选择具有自启动能力的水电机组作为启动电源，确定了电网黑启动路径，建立了基于ADPSS全数字实时仿真的黑龙江电网供电能力恢复系统模型。对恢复过程中的过电压进行仿真计算，并对电压波形中的所有过电压问题进行了分析，结果表明：在电网发生全停事故后，利用该黑启动路径进行电网恢复，恢复过程中过电压水平均在可控范围内。

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(编辑 侯世春)

Study on overvoltage of power supply capacity of Heilongjiang power grid during restoration based on ADPSS electromagnetic transient simulation

GUO Niao1, ZU Guangxin1,2

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China; 2. Harbin Institute of Technology, Harbin 150006, China)

The cause and its harm caused by overvoltage are briefly described in the initial stage of the power grid restoration and the black start path of Heilongjiang power grid is determined. The electromagnetic transient simulation model of black start path in Heilongjiang power grid is built based on all-digital and real-time simulation system. Under the electromagnetic environment, the verification of the system is taken and the overvoltage status of 220kV bus of power plant is provided during the power grid restoration. The simulation results prove the feasibility of the proposed modeling method, which is significant for the development of black start scheme for Heilongjiang power grid.

power grid restoration; ADPSS; simulation

2016-12-09。

郭 袅(1980—)，女，高级工程师，主要从事电网安全稳定分析工作。

TM721

A

2095-6843(2017)02-0110-04