咸寧220kV電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制策略

王 軍,劉紀(jì)磊,王 丹,王新洲,高當(dāng)發(fā),陳 進(jìn)

(1.國(guó)網(wǎng)咸寧供電公司，湖北 咸寧 437100;2.湖北科技學(xué)院，湖北 咸寧 437100；3.鄂南高級(jí)中學(xué)，湖北 咸寧 437100)

咸寧220kV電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制策略

王 軍1,劉紀(jì)磊2,王 丹3,王新洲1,高當(dāng)發(fā)1,陳 進(jìn)2

(1.國(guó)網(wǎng)咸寧供電公司，湖北 咸寧 437100;2.湖北科技學(xué)院，湖北 咸寧 437100；3.鄂南高級(jí)中學(xué)，湖北 咸寧 437100)

介紹了咸寧220kV電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)有的穩(wěn)定控制措施，考慮到咸寧電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的影響，建立了咸寧220kV電網(wǎng)模型，運(yùn)用PSCAD/EMTDC軟件進(jìn)行了仿真。根據(jù)仿真結(jié)果和電網(wǎng)穩(wěn)定控制理論提出了當(dāng)前咸寧220kV電網(wǎng)新的安全穩(wěn)定控制策略。

220kV電網(wǎng)；電網(wǎng)模型；安全穩(wěn)定； 控制策略

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性至關(guān)重要，如果系統(tǒng)的穩(wěn)定性遭到了破壞，可能導(dǎo)致系統(tǒng)的瓦解和大面積停電等災(zāi)難性事故，會(huì)給社會(huì)帶來(lái)巨大的損失。安全穩(wěn)定控制裝置作為防止大面積停電的有效設(shè)備之一，在我國(guó)電網(wǎng)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。區(qū)域安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通過(guò)在不同變電站、發(fā)電廠之間互傳信息，并根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行方式、故障情況在不同站點(diǎn)采取相應(yīng)的控制措施，有效地提高了區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定性。近年來(lái)，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快，咸寧地區(qū)220kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化巨大，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)也日益增加。因此，咸寧220kV電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)控制策略也必須根據(jù)電網(wǎng)的變化做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，以保證該區(qū)域電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

咸寧電網(wǎng)電源點(diǎn)由單獨(dú)的一回220kV鳳塘線發(fā)展為蒲圻電廠雙回、500kV咸寧站五回，目前已投入運(yùn)行的220kV變電站9座、220kV聯(lián)絡(luò)線路23條，現(xiàn)有500kV變電站(咸寧變電站)一座，各個(gè)區(qū)、縣均建成有220kV變電站?，F(xiàn)有一個(gè)主要發(fā)電廠——蒲圻電廠。咸寧電網(wǎng)在塘角變電站、孫田變電站、吳田變電站、汪莊余變電站通過(guò)五回220kV線路與500kV咸寧變相連，在塘角變電站通過(guò)220kV岳塘一回、220kV岳塘二回與武漢電網(wǎng)相連，為咸寧電網(wǎng)電源外送唯一通道。本文根據(jù)咸寧電網(wǎng)新的運(yùn)行方式，對(duì)咸寧電網(wǎng)裝設(shè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝置的必要性進(jìn)行了分析，并利用電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD/EMTDC軟件對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行了仿真，根據(jù)仿真結(jié)果和相關(guān)理論提出了新的安全穩(wěn)定控制策略。

一、咸寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

2004年蒲圻電廠一期工程完工，隨著蒲圻電廠投產(chǎn)，其安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)隨之投運(yùn)。當(dāng)時(shí)咸寧電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為蒲圻電廠電源通過(guò)蒲汪I回、蒲汪III回上網(wǎng)，通過(guò)220kV蔣汪線、汪茶線、茶塘線后在塘角變通過(guò)220kV鳳塘線、岳塘線輸送至武漢電網(wǎng)。該穩(wěn)控系統(tǒng)的主站設(shè)置在220kV汪莊余變電站，子站設(shè)置在220kV塘角變電站，而蒲圻電廠作為執(zhí)行站。該穩(wěn)控系統(tǒng)是由南瑞繼保的RCS-992安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝置及通信系統(tǒng)構(gòu)成。本系統(tǒng)各站之間通過(guò)通道相聯(lián)，相互交換系統(tǒng)運(yùn)行信息，傳遞控制命令。這三套系統(tǒng)之間通過(guò)不同的通道聯(lián)接，汪莊余變電站到蒲圻電廠之間采用專(zhuān)用光纖通道，汪莊余變電站至塘角變電站采用復(fù)用2M光纖通道。

該穩(wěn)控系統(tǒng)采用分布式配置方式，由1臺(tái)RCS-992A主機(jī)、2臺(tái)從機(jī)RCS-990A構(gòu)成。

220kV變電站失穩(wěn)事件通常是由線路、機(jī)組跳閘造成的，原因通常有：(1)220kV平行線中一回線突然跳閘；(2)電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)線路跳閘，潮流向低壓側(cè)轉(zhuǎn)移；(3)突然失去大電源，引起潮流的重新分布。過(guò)負(fù)荷突變量啟動(dòng)后，根據(jù)功率方向采取切機(jī)或者切負(fù)荷的措施。汪莊余變電站主站裝置負(fù)責(zé)采集蒲圻電廠和220kV塘角變電站的線路信息，并收集子站的上傳信息，進(jìn)行邏輯判斷，發(fā)出動(dòng)作指令。

二、咸寧電網(wǎng)安全穩(wěn)定PSCAD/EMTDC仿真分析及穩(wěn)控策略

根據(jù)咸寧電網(wǎng)的穩(wěn)控系統(tǒng)布置結(jié)構(gòu)，本仿真分析主要考慮穩(wěn)控裝置的設(shè)置站，也即汪莊余變、塘角變和蒲圻電廠。

根據(jù)系統(tǒng)的接線方式、變電站的分布以及用電負(fù)荷情況，平衡節(jié)點(diǎn)模型采用三相電壓源來(lái)替代。PQ類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)采用PSCAD/EMTDC中的靜態(tài)負(fù)荷模型來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于咸寧電網(wǎng)線路都不長(zhǎng)，線路均采用集總參數(shù)表示，仿真模型中的一般負(fù)荷采用固定負(fù)荷的模型。

圖1 咸寧電網(wǎng)220kV網(wǎng)架模型圖

(一)汪莊余變電站安全穩(wěn)定仿真分析

系統(tǒng)豐大方式運(yùn)行時(shí)，蒲圻電廠(一期)雙機(jī)滿(mǎn)載運(yùn)行，蔣汪線故障或檢修退出運(yùn)行時(shí)，汪茶線的線電流如圖2所示：

圖2 蔣汪線故障或檢修退出運(yùn)行時(shí)汪茶線的線電流

如此類(lèi)推，汪茶線，蔣汪線、咸汪線、汪門(mén)線四條線路進(jìn)行N-1和N-2運(yùn)行方式仿真(注：N-1運(yùn)行方式是指連接該變電站的所有線路中的一條因故障或者檢修而退出運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行方式；N-2運(yùn)行方式是指連接該變電站的所有線路中兩條因故障或者檢修而同時(shí)退出運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行方式)，結(jié)果如表1所示，其中電流為零表示該線路退出運(yùn)行：

表1 汪莊余變電站四條線路的N-1和N-2仿真

汪莊余變電站線路的N-1仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)豐大運(yùn)行方式時(shí)，該變電站的四條線路的任一回線路退出運(yùn)行時(shí)，其他三回線路均無(wú)過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象發(fā)生，滿(mǎn)足穩(wěn)定運(yùn)行條件。但汪莊余變電站線路在N-2運(yùn)行方式時(shí)，由表1仿真結(jié)果可以看出，汪茶線和汪門(mén)線、汪茶線和咸汪線、蔣汪線和汪門(mén)線不能同時(shí)退出運(yùn)行。

判斷過(guò)載所用電流是線路三相電流中最大相電流，TV斷線、TA斷線均不閉鎖裝置過(guò)載功能。

根據(jù)以上的仿真分析以及汪莊余變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，可以得到的該變電站控制策略如下：

1.正常過(guò)載切機(jī)策略

蔣汪線、咸汪線、汪茶線、汪門(mén)線中任何一條線路的電流超過(guò)相應(yīng)后備過(guò)載切機(jī)定值，主站采取切除電廠一臺(tái)機(jī)組措施(向兩臺(tái)機(jī)組子站均發(fā)切機(jī)命令，由電廠側(cè)投退出口壓板決定切哪臺(tái)機(jī)組)。

2.四條線路中的兩條線路因故障或者檢修而同時(shí)退出運(yùn)行時(shí)的切機(jī)策略

從表1的仿真結(jié)果看，汪茶線和汪門(mén)線、汪茶線和咸汪線、蔣汪線和汪門(mén)線同時(shí)退出運(yùn)行時(shí)，線路電流有超過(guò)相應(yīng)掉線過(guò)載切機(jī)定值，需采取切除電廠一臺(tái)機(jī)組的措施(向兩臺(tái)機(jī)組子站均發(fā)切機(jī)命令，由電廠側(cè)投退出口壓板決定切哪臺(tái)機(jī)組)。

3.遠(yuǎn)跳電廠機(jī)組策略

主站裝置收到保護(hù)裝置發(fā)來(lái)的命令1(遠(yuǎn)跳#1機(jī)組開(kāi)入)或命令2(遠(yuǎn)跳#2機(jī)組開(kāi)入)后，則向相應(yīng)子站發(fā)切機(jī)命令。

4.接收遠(yuǎn)跳命令跳本側(cè)線路策略

本站裝置收到電廠發(fā)來(lái)的電氣量遠(yuǎn)跳命令時(shí)，本側(cè)經(jīng)過(guò)就地判據(jù)判別(可以投退)跳線路開(kāi)關(guān)；收到電廠發(fā)來(lái)的非電量遠(yuǎn)跳命令時(shí)，本側(cè)直接跳線路開(kāi)關(guān)。

就地判據(jù)：當(dāng)主站收到電廠發(fā)來(lái)的電氣量遠(yuǎn)跳命令，在1s之內(nèi)蒲汪Ⅰ回或蒲汪Ⅲ回突變量啟動(dòng)。

(二)塘角變電站安全穩(wěn)定仿真分析

咸塘一回、咸塘二回、蔣塘線、寶塘線四條線路N-1和N-2仿真，結(jié)果如表2所示，其中電流為零表示該線路退出運(yùn)行：

表2 塘角變電站四條線路N-1仿真和N-2仿真

220kV塘角變電站聯(lián)絡(luò)線的N-1和N-2仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)豐大運(yùn)行方式時(shí)，其它各條線路的仿真電流都在線路控制電流之內(nèi)，也就是說(shuō)兩種情況下的運(yùn)行方式都滿(mǎn)足穩(wěn)定運(yùn)行的條件，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象。

(三)蒲圻電廠安全穩(wěn)定控制策略

蒲圻電廠作為安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的執(zhí)行站，其穩(wěn)控策略主要是：

1.接收主站發(fā)來(lái)的命令，并執(zhí)行相應(yīng)的切機(jī)指令。

2.跳閘聯(lián)切機(jī)組策略

本地判據(jù)：判別出線跳閘(故障跳閘和無(wú)故障跳閘)聯(lián)切相應(yīng)機(jī)組。

3.遠(yuǎn)跳線路開(kāi)關(guān)策略

電廠裝置接入電氣量遠(yuǎn)跳開(kāi)入(經(jīng)壓板)和非電量遠(yuǎn)跳開(kāi)入(經(jīng)壓板)兩個(gè)開(kāi)入，若開(kāi)入接通則向主站的裝置發(fā)遠(yuǎn)跳命令。

三、安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)配置

正確地裝設(shè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝置，不僅能夠提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的水平，提高電網(wǎng)運(yùn)行方式的靈活性。根據(jù)前述章節(jié)的仿真分析，配置安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行工況及故障信息，接收和發(fā)送指令，以解決咸寧220kV電網(wǎng)的失穩(wěn)問(wèn)題。具體配置如下：

1.汪莊余變電站作為安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的主站，需要配置一套安全穩(wěn)定控制裝置，主要解決與本站相連的一條或者兩條線路因出現(xiàn)故障或者檢修而引起過(guò)載時(shí)，向蒲圻電廠發(fā)切機(jī)指令。

2.根據(jù)前面2.2節(jié)的仿真分析，可以得出塘角變電站不需要配置安全穩(wěn)定控制裝置的結(jié)論，因此，可以考慮取消已經(jīng)安裝的控制裝置。

3.蒲圻電廠作為安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的執(zhí)行站，需要配置一套安全穩(wěn)定控制裝置，接收主站發(fā)來(lái)的命令，并負(fù)責(zé)執(zhí)行相應(yīng)的切機(jī)指令和向主站發(fā)遠(yuǎn)跳指令。

四、結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合咸寧地區(qū)220kV電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行方式，利用電力系統(tǒng)仿真軟件PSCAD/EMTDC對(duì)本區(qū)域內(nèi)的重要樞紐點(diǎn)進(jìn)行了N-1和N-2仿真分析，得出了與實(shí)際相符的結(jié)論，提出了該區(qū)域電網(wǎng)重要樞紐點(diǎn)的安全穩(wěn)定控制策略和該地區(qū)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的配置方案，對(duì)類(lèi)似電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施具有一定的指導(dǎo)和參考意義。

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2015-05-11

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