電網(wǎng)失步解列裝置配置研究

肖友強(qiáng)

(云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,昆明 650011)

電網(wǎng)失步解列裝置配置研究

肖友強(qiáng)

(云南電網(wǎng)規(guī)劃研究中心,昆明 650011)

本文針對(duì)失步解列Ucosφ原理,研究了滇東北電網(wǎng)的振蕩中心,論證了失步解列裝置的配置方案,提出了失步解列的控制策略,仿真了牛從直流多極閉鎖、甘永故障跳雙回、永多故障跳雙回的控制效果。研究成果于2014年6月得到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

失步解列；振蕩中心；失步原理；配置方案

0 前言

失步解列裝置是通過(guò)接入電氣量判別失步振蕩,當(dāng)超過(guò)規(guī)定振蕩次數(shù)后,解列相關(guān)線路或發(fā)電機(jī),防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大,確保主網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。它與頻率及電壓緊急控制裝置共同組成第三道防線。

至2014年5月,滇東北電網(wǎng)失步解列裝置只在永豐變500 kV側(cè)安裝。牛從直流輸電工程于2014年6月全部投產(chǎn),同時(shí)溪洛渡電站機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電,如果直流多極閉鎖、穩(wěn)控拒動(dòng)時(shí),滇東北電網(wǎng)發(fā)生失步振蕩,影響到云南交流出口線路、兩廣交流線路失步振蕩。如何配置該區(qū)域的失步解列裝置,如何制定其控制策略,是本文研究?jī)?nèi)容。

1 失步解列Ucosφ原理

云南電網(wǎng)管轄的失步解列裝置全部為RCS993B裝置,其工作原理是Ucosφ原理。

1.1 振蕩中心的電壓

電力系統(tǒng)失步振蕩期間,可把所有機(jī)組分成兩個(gè)機(jī)群,如圖1示。

圖1 兩個(gè)機(jī)群的等值系統(tǒng)

假設(shè)條件：

1)兩個(gè)等值機(jī)群電勢(shì)分別為EM和EN,且幅值相等 (均為1)。

2)兩等值機(jī)之間元件的阻抗角為90度。

圖2所示為兩機(jī)等值系統(tǒng)的向量圖。設(shè)振蕩中心點(diǎn)為C點(diǎn),根據(jù)振蕩中心的電壓幅值最小(振幅最大),得到振蕩中心C點(diǎn)在MN線的中點(diǎn),且振蕩中心電壓向量與MN垂直。又兩系統(tǒng)之間的元件純感性,則元件的電壓降與電流相位差90度,即電流向量與MN垂直。可見(jiàn),振蕩中心電壓與電流是同相位的。

失步解列裝置安裝處的母線電壓為U、電流為I、電壓U與電流I的相位差為φ,則振蕩中心的電壓為

可知：利用失步解列裝置安裝處采集的電壓、電流和相位差角度,計(jì)算Ucosφ的數(shù)值,就得到振蕩中心的電壓。

實(shí)際元件的阻抗角小于90度,Ucosφ的計(jì)算值將大于振蕩中心的實(shí)際電壓,在失步解列裝置安裝調(diào)試時(shí)進(jìn)行角度補(bǔ)償,仍用式 (1)計(jì)算振蕩中心的電壓。

圖2 兩機(jī)系統(tǒng)相量圖

1.2 振蕩中心電壓的振蕩周期

取EN為參考向量 (相位角為0,角頻率為ω)；EM相位角為α,角頻率為ω+Δω,其中Δω為兩系統(tǒng)的角頻率差。則兩系統(tǒng)相位差δ為

振蕩中心電壓為：

根據(jù)式 (3)得出C點(diǎn)電壓的特點(diǎn)為：

1)當(dāng)系統(tǒng)同步運(yùn)行時(shí),角頻率差Δω=0,則C點(diǎn)電壓不變。

2)當(dāng)系統(tǒng)失步振蕩時(shí),角頻率差Δω≠0,根據(jù)式 (3)可知振蕩中心C點(diǎn)電壓UC為周期性變化,振蕩周期為180度。論證過(guò)程如下：

設(shè)Δω＞0,即M側(cè)系統(tǒng)加速失步,測(cè)量δ變化為0°→360°(0°)→360°,振蕩中心電壓變化為圖3所示；假設(shè)Δω＜0,即M側(cè)系統(tǒng)減速失步,測(cè)量δ變化為360°→0°(360°)→0°,振蕩中心電壓變化為圖4所示。

圖3 振蕩中心電壓曲線 (Δω＞0)

圖4 振蕩中心電壓曲線 (Δω＜0)

可見(jiàn)：振蕩中心電壓為連續(xù)變化,且過(guò)零,振蕩周期為180度。

2 電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

2.1 滇東北電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

主要網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為圖5所示,有500 kV甘頂～永豐～多樂(lè)～曲靖雙回線路,500 kV曲靖變聯(lián)接云南主網(wǎng),500 kV甘頂變與永豐變之間為500/ 220 kV電磁環(huán)網(wǎng),500 kV永豐變與多樂(lè)變之間有500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng),500 kV多樂(lè)變與曲靖變之間有500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)。

圖5 滇東北電網(wǎng)主要網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

2.2 滇東北電網(wǎng)的特點(diǎn)

1)500/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)的220 kV線路導(dǎo)線細(xì)(400 mm2),在故障期間的動(dòng)穩(wěn)和熱穩(wěn)非常差。

2)大機(jī)小網(wǎng)。機(jī)組容量差別極大 (幾百千瓦～770 MW),溪洛渡電站7×770 MW、威信電廠2×600 MW、鎮(zhèn)雄電廠2×600 MW,而昭通電網(wǎng)最大用電負(fù)荷1 050 MW左右。

3)直流輸電功率大。牛從直流輸送功率6 400 MW,直流閉鎖對(duì)滇東北電網(wǎng)影響極大。

4)水、火、風(fēng)電機(jī)組繁多,運(yùn)行特性差別大。

3 電網(wǎng)振蕩中心研究

3.1 牛從直流雙極閉鎖

1)牛從直流雙極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),永多單回有功曲線為：

圖6 永豐～多樂(lè)有功曲線

分析可知：

1)牛從直流雙極閉鎖振蕩不明顯,動(dòng)態(tài)阻尼不足,需要切機(jī)。

2)甘頂～永豐～多樂(lè)的潮流方向?qū)φ袷幪匦杂绊懞苄　?/p>

3.2 牛從直流三極閉鎖

牛從直流三極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),振蕩中心、甘頂、永豐、多樂(lè)電壓曲線：

圖7 振蕩中心電壓曲線

圖8 甘頂變電壓曲線

圖9 永豐變電壓曲線

圖10 多樂(lè)變電壓曲線

牛從直流三極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),出現(xiàn)失步振蕩。由振蕩中心電壓、甘頂、永豐、多樂(lè)變電壓曲線得知：振蕩中心在永豐～多樂(lè)斷面上。多樂(lè)～永豐～甘頂?shù)某绷鞣较驅(qū)φ袷幪匦杂绊懞苄　５?次振蕩完成時(shí)間在1.65 s左右。

3.3 牛從直流四極閉鎖

牛從直流四極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),振蕩中心、甘頂、永豐、多樂(lè)的電壓曲線：

圖11 振蕩中心電壓曲線

圖12 甘頂變電壓曲線

圖13 永豐變電壓曲線

圖14 多樂(lè)變電壓曲線

牛從直流四極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),出現(xiàn)失步振蕩。由振蕩中心電壓、甘頂、永豐、多樂(lè)變電壓曲線得知：振蕩中心在永豐～多樂(lè)斷面上。甘頂～永豐～多樂(lè)的潮流方向?qū)φ袷幪匦杂绊懞苄?。?次振蕩完成時(shí)間在1.1 s左右。

3.4 牛從直流閉鎖的云南交流出口斷面

牛從直流四極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),羅百線路的振蕩中心電壓曲線為下圖所示。

圖15 羅白線振蕩中心電壓曲線

可見(jiàn)：云南交流出口線路也出現(xiàn)失步振蕩,第1次振蕩完成時(shí)間在2.2 s左右。

3.5 牛從直流閉鎖的兩廣交流斷面

牛從直流四極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng),兩廣交流線路的振蕩中心電壓曲線為下圖所示。

圖16 茂蝶線振蕩中心電壓曲線

圖17 來(lái)梧線振蕩中心電壓曲線

圖18 桂賢線振蕩中心電壓曲線

可見(jiàn)：兩廣交流斷面也出現(xiàn)失步振蕩,第1次振蕩完成時(shí)間在2.3 s左右。

4 失步解列裝置的配置

失步解列裝置的配置主要由振蕩中心決定,并采用就地控制方式。

牛從直流多極閉鎖將引起整個(gè)南方電網(wǎng)發(fā)生失步振蕩。永多斷面、云南交流出口斷面、兩廣交流斷面的振蕩最嚴(yán)重,振蕩中心分別在該三個(gè)斷面上,但各振蕩的第1次振蕩時(shí)間不同,永多斷面的時(shí)間最短。為此,在永多斷面安裝失步解列裝置。

1)500 kV永豐變500 kV側(cè)配置失步解列裝置,采集永豐～多樂(lè)的電壓和電流,控制策略為解列500 kV永豐～多樂(lè)雙回線路。

2)500 kV永豐變220 kV側(cè)配置失步解列裝置,采集220 kV永豐～迤車的電壓和電流,控制策略為解列220 kV永豐～迤車雙回線路。

5 失步解列裝置的配置效果

5.1 牛從直流多極閉鎖

永豐變的500 kV、220 kV分別安裝失步解列裝置后,當(dāng)牛從直流四極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng)時(shí),靠失步裝置動(dòng)作,甘頂～永豐線路的有功曲線為下圖所示。表明控制效果明顯。

圖19 永豐失步裝置動(dòng)作后的永甘有功曲線

5.2 永甘故障N-2

甘頂～永豐故障N-2且穩(wěn)控拒動(dòng)時(shí),振蕩中心在220 kV大關(guān)～西衙門線路上,但永多斷面Ucosφ曲線典型,見(jiàn)下圖。若永豐變500 kV、220 kV失步裝置動(dòng)作,系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

圖20 永多線的電壓曲線

3)永多故障N-2

永豐～多樂(lè)故障N-2且穩(wěn)控拒動(dòng)時(shí),振蕩中心在220 kV永豐～迤車線路上,見(jiàn)下圖。若永豐變220 kV失步裝置動(dòng)作,系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

圖21 永迤線的電壓曲線

6 結(jié)束語(yǔ)

1)牛從直流多極閉鎖且穩(wěn)控拒動(dòng)時(shí),振蕩中心位于永多斷面、云南交流出口斷面、兩廣交流斷面。但各振蕩的第1次振蕩時(shí)間不同,永多斷面的時(shí)間最短,在永豐變安裝失步解列裝置最合理。

2)滇東北電網(wǎng)的失步解列裝置的配置論證詳細(xì),控制策略簡(jiǎn)單,運(yùn)行安全。

3)甘頂～永豐故障N-2(或永豐～多樂(lè)故障N-2)且穩(wěn)控拒動(dòng)時(shí),永豐變失步裝置也能得到控制,確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4)研究成果已在滇東北電網(wǎng)得到應(yīng)用。

[1] 肖友強(qiáng),等.云南 “十二五”期間失步解列裝置配置研究[Z].2012年云南電網(wǎng)公司專題項(xiàng)目.

[2] 肖友強(qiáng),等.2014年云南電網(wǎng)穩(wěn)控策略研究 [Z].

[3] 南瑞繼保有限公司.RCS-993B型失步解列裝置技術(shù)和使用說(shuō)明書 [Z].2012,5.

Configuration Scheme of Out-of-step Device in Yunnan Northeast Power Grid

XIAO Youqiang
(Yunnan Power Grid Planning＆Research Center,Kunming 650011,China)

Based on the out-of-step principle,this paper studies the oscillation center of Yunnan northeast power grid,discusses the configuration scheme of the out-of-step device,proposes a control strategy of the out-of-step,and simulation analysis the control effect of HVDC pole blocking or Ganding-Yongfeng N-2 or Yongfeng-duole fault N-2.It was applied on site in June 2014.

out-of-step；oscillation center；principle；configuration scheme

TM73

B

1006-7345(2015)01-0120-04

2014-10-28

肖友強(qiáng) (1962),男,博士,高級(jí)工程師,長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)分析、安全穩(wěn)定控制策略、PSS參數(shù)優(yōu)化等研究工作 (e-mail) xiaoyouqiang＠163.com。