基于PSASP在線數(shù)據(jù)的電網(wǎng)潮流穩(wěn)定計(jì)算分析

張倩茅，范 輝，程 倫，吳向明

(1.河北省電力研究院，石家莊 050021；2.河北省電力公司，石家莊 050021)

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展，特別是全國(guó)聯(lián)網(wǎng)和特高壓電網(wǎng)建設(shè)的逐步實(shí)施，河北省南部電網(wǎng)(簡(jiǎn)稱“河北南網(wǎng)”)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，與其他區(qū)域電網(wǎng)的聯(lián)系也日益緊密。傳統(tǒng)的手工計(jì)算和簡(jiǎn)單的計(jì)算程序已經(jīng)不能滿足大電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性及其對(duì)安全可靠性的要求。在電網(wǎng)仿真計(jì)算中，初始運(yùn)行方式對(duì)計(jì)算結(jié)果有直接影響，如果初始運(yùn)行方式不夠準(zhǔn)確，則根據(jù)仿真計(jì)算確定的控制策略可能會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。因此為盡可能減少運(yùn)行方式偏差對(duì)仿真計(jì)算的影響，有必要利用在線數(shù)據(jù)建立電網(wǎng)仿真計(jì)算運(yùn)行方式[1-3]。

1 PSASP在線計(jì)算分析系統(tǒng)

PSASP在線計(jì)算分析系統(tǒng)由1臺(tái)或者2臺(tái)在線服務(wù)器和若干臺(tái)高級(jí)應(yīng)用工作站組成。其中在線服務(wù)器接收SCADA/EMS系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)給各個(gè)工作站，并存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)；工作站接收服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)的在線數(shù)據(jù)，導(dǎo)入PSASP數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行某項(xiàng)高級(jí)應(yīng)用分析計(jì)算。不同的工作站可以配置運(yùn)行不同的PSASP高級(jí)應(yīng)用，客戶端數(shù)目可以任意擴(kuò)展。加入在線數(shù)據(jù)接口后，PSASP可進(jìn)行全面的在線計(jì)算分析，應(yīng)用于在線電力系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)安全評(píng)估與預(yù)警，為電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行提供保障[4]。

1.1 主要模塊

1.1.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

為了提高電力系統(tǒng)在線分析計(jì)算的速度，需開發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)一方面來自于SCADA的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，另一方面來自于PSASP的公用數(shù)據(jù)和模型庫(kù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為PSASP各種在線分析計(jì)算所公用。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?/p>

SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包含了大量的斷路器和隔離開關(guān)信息，因此,需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?，消去斷路器和隔離開關(guān)數(shù)據(jù)，形成可用于電網(wǎng)分析計(jì)算的數(shù)據(jù)。拓?fù)浞治鰹楣媚K，由狀態(tài)估計(jì)、潮流分析等各種計(jì)算模塊所調(diào)用。

1.1.3 狀態(tài)估計(jì)

狀態(tài)估計(jì)程序可以有效地發(fā)現(xiàn)和剔除不良數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)系統(tǒng)的精度和可靠性，從而保證各種在線分析計(jì)算的準(zhǔn)確性。

1.1.4 在線數(shù)據(jù)庫(kù)接口

對(duì)于沒有EMS系統(tǒng)或者沒有狀態(tài)估計(jì)運(yùn)行的地區(qū)，需要直接和SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接口；對(duì)于有EMS并且狀態(tài)估計(jì)運(yùn)行情況良好的地區(qū)，可提供基于IEC 61970中CIM/CIS/XML、E格式以及其他格式的在線數(shù)據(jù)接口功能，直接應(yīng)用于EMS數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)PSASP在線。

1.2 主要功能

1.2.1 在線穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算

應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口生成的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行在線的潮流、網(wǎng)損、最優(yōu)潮流和無功優(yōu)化、靜態(tài)安全分析等穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算。

1.2.2 在線暫態(tài)和動(dòng)態(tài)分析計(jì)算

應(yīng)用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口生成的數(shù)據(jù)，可進(jìn)行各種在線的電壓穩(wěn)定、功角穩(wěn)定、小干擾穩(wěn)定、直接法穩(wěn)定等暫態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定分析計(jì)算。

1.3 優(yōu)點(diǎn)

與常規(guī)離線計(jì)算相比，利用PSASP在線數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流穩(wěn)定計(jì)算具有如下優(yōu)點(diǎn)：

a. 直接利用在線數(shù)據(jù)，可以及時(shí)反映電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行工況；

b. 免去大量繁瑣的數(shù)據(jù)錄入工作，可以極大地降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；

c. PSASP在線數(shù)據(jù)基于電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工況，潮流數(shù)據(jù)收斂性好，可有效提高工作效率。

2 河北南網(wǎng)電網(wǎng)潮流穩(wěn)定計(jì)算

下載河北南網(wǎng)某一時(shí)間斷面PSASP在線數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到PSASP實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中作為基礎(chǔ)運(yùn)行方式數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算需要，通過修改發(fā)電/負(fù)荷比例因子、網(wǎng)內(nèi)機(jī)組開停等對(duì)其進(jìn)行方式調(diào)整得到計(jì)算數(shù)據(jù)。下面對(duì)河北南網(wǎng)某500 kV變電站220 kV部分全停的嚴(yán)重故障進(jìn)行分析計(jì)算，并與BPA計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

2.1 計(jì)算條件

河北南網(wǎng)某地區(qū)有A、B 2座500 kV變電站，共3臺(tái)500 kV主變壓器，其余各變電站均為220 kV變電站。網(wǎng)內(nèi)主力電廠有C電廠(3臺(tái)600 MW機(jī)組)及D電廠(2臺(tái)300 MW機(jī)組)，該地區(qū)計(jì)算負(fù)荷為2 350 MW。該地區(qū)220 kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

2.2 潮流電壓計(jì)算

2.2.1 簡(jiǎn)述

潮流電壓計(jì)算是根據(jù)給定的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)和發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等元件的運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各部分穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)計(jì)算。潮流電壓計(jì)算是電力系統(tǒng)中非常重要的分析計(jì)算，用以研究系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問題。對(duì)于運(yùn)行中的電力系統(tǒng)，通過電壓潮流計(jì)算可以預(yù)知各種負(fù)荷變化和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的改變是否會(huì)危及系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)中所有母線的電壓能否在允許的范圍內(nèi)，系統(tǒng)中各元件(線路、變壓器等)是否會(huì)出現(xiàn)過負(fù)荷，以及可能出現(xiàn)過負(fù)荷前應(yīng)采取哪些預(yù)防措施等。潮流電壓計(jì)算除了它自身的重要作用之外，還是網(wǎng)損計(jì)算、靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、小干擾穩(wěn)定計(jì)算、短路計(jì)算的基礎(chǔ)。

2.2.2 算例分析

對(duì)該地區(qū)主變壓器及線路進(jìn)行了不同方式下N-1故障潮流電壓分析，計(jì)算結(jié)果如下。

a. 計(jì)算負(fù)荷2 350 MW，機(jī)組滿發(fā)，A變電站220 kV部分全停，B變電站主變壓器故障跳閘或非計(jì)劃性停運(yùn)，運(yùn)行主變壓器804 MVA，過載7%, 按主變壓器N-1滿載考慮，該地區(qū)負(fù)荷應(yīng)控制在2 200 MW以下。

b. 計(jì)算負(fù)荷2 350 MW，D電廠1臺(tái)300 MW機(jī)組停運(yùn)，C變電站220 kV部分全停，B變電站主變壓器故障跳閘或非計(jì)劃停運(yùn)，運(yùn)行主變壓器928 MVA，過載24%。按主變壓器N-1過載20%考慮，該地區(qū)負(fù)荷應(yīng)控制在2 250 MW以下。

c. 計(jì)算負(fù)荷2 350 MW，C電廠1臺(tái)600 MW機(jī)組停運(yùn)，A變電站220 kV部分全停，B變電站主變壓器故障跳閘或非計(jì)劃停運(yùn)，運(yùn)行主變壓器1 078 MVA，過載44%，按主變壓器N-1過載20%考慮，該地區(qū)負(fù)荷應(yīng)控制在1 950 MW以下。

2.3 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算

2.3.1 簡(jiǎn)述

為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，在系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行過程中都需要進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算分析。電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的目的在于確定系統(tǒng)受到大干擾(如短路故障、負(fù)荷瞬間突變、切除大容量的發(fā)電、輸電或變電設(shè)備等)后，系統(tǒng)的各發(fā)電機(jī)組能否保持同步運(yùn)行，局部地區(qū)的電壓水平是否在允許范圍內(nèi)。

2.3.2 算例分析

該地區(qū)主變壓器及線路發(fā)生N-1或N-2故障，線路或主變壓器保護(hù)正確動(dòng)作，主網(wǎng)均能夠保持穩(wěn)定。C電廠處于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)末端，主要通過220 kV雙回線路和500 kV雙回線路與主網(wǎng)相連。當(dāng)C電廠1號(hào)機(jī)組出力較多時(shí)，500 kV送出線路發(fā)生N-2故障，將會(huì)造成C電廠1號(hào)機(jī)組頻率高于正常范圍運(yùn)行，可能導(dǎo)致失步。因此，建議提前制定高周切機(jī)方案，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)C電廠送出線路發(fā)生N-2三相永久接地故障0.12 s切除時(shí)，對(duì)該故障進(jìn)行5 s的機(jī)電暫態(tài)仿真計(jì)算，C電廠1號(hào)機(jī)組功角曲線見圖2。

圖2 C電廠1號(hào)機(jī)組功角曲線(PSASP結(jié)果)

2.4 與BPA計(jì)算結(jié)果的對(duì)比

利用BPA對(duì)以上方式進(jìn)行潮流穩(wěn)定計(jì)算分析，潮流電壓計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 潮流電壓計(jì)算結(jié)果

利用BPA進(jìn)行C電廠220 kV送出線路發(fā)生N-2三相永久接地故障0.12 s切除仿真計(jì)算，仿真時(shí)間為5 s(250周波)，見圖3。通過圖3可以看出C電廠1號(hào)機(jī)組將發(fā)生失步，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

比較2種計(jì)算結(jié)果可以看出，在線數(shù)據(jù)基本一致，驗(yàn)證了利用PSASP在線數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流穩(wěn)定計(jì)算的正確性。

圖3 C電廠1號(hào)機(jī)組功角曲線(BPA結(jié)果)

3 結(jié)束語

在電力系統(tǒng)分析綜合程序(PSASP)和調(diào)度EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，電網(wǎng)數(shù)字仿真實(shí)驗(yàn)室通過研究開發(fā)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龊蜖顟B(tài)估計(jì)、利用數(shù)據(jù)接口將EMS系統(tǒng)在線數(shù)據(jù)引入到PSASP數(shù)據(jù)庫(kù)中，使得PSASP的潮流計(jì)算、網(wǎng)損分析、靜態(tài)安全分析、暫態(tài)穩(wěn)定分析等應(yīng)用的功能提升到在線水平。利用PSASP在線數(shù)據(jù)對(duì)河北南網(wǎng)某500 kV變電站220 kV部分全停進(jìn)行嚴(yán)重故障計(jì)算分析，與常規(guī)離線計(jì)算相比，利用PSASP在線數(shù)據(jù)進(jìn)行潮流穩(wěn)定計(jì)算具有真實(shí)反映電網(wǎng)運(yùn)行工況、計(jì)算收斂性好、降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。

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