電網(wǎng)孤網(wǎng)穩(wěn)定模式分析與實(shí)測(cè)驗(yàn)證研究

毛光輝，秦 睿，拜潤(rùn)卿，乾維江，高 磊，郝如海

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050）

電網(wǎng)孤網(wǎng)穩(wěn)定模式分析與實(shí)測(cè)驗(yàn)證研究

毛光輝1，秦 睿2，拜潤(rùn)卿2，乾維江2，高 磊2，郝如海2

（1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050）

針對(duì)某地區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的非機(jī)電模式振蕩問題，通過故障仿真再現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)錄波分析得出孤網(wǎng)內(nèi)主力機(jī)組調(diào)速器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)是導(dǎo)致振蕩事故的原因。在此基礎(chǔ)上，采用PSASP小干擾分析、PSASP-GOV振蕩模式分析，對(duì)省級(jí)電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電廠勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)失穩(wěn)隱患進(jìn)行了排查，確定了機(jī)組在孤網(wǎng)運(yùn)行模式下推薦設(shè)置參數(shù)，并現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證了參數(shù)的合理性。最后依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，提出了提高孤網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的措施。

孤網(wǎng)運(yùn)行；非機(jī)電振蕩；調(diào)速器；小干擾穩(wěn)定分析

0 引言

隨著電網(wǎng)互聯(lián)規(guī)模的增大，系統(tǒng)受大小擾動(dòng)后產(chǎn)生的振蕩已經(jīng)成為制約電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的最主要因素之一。目前對(duì)電力系統(tǒng)的振蕩研究主要集中于機(jī)電振蕩。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，非機(jī)電振蕩模式也得到了研究人員的廣泛重視。以下就一起孤網(wǎng)失穩(wěn)故障進(jìn)行分析。

1 孤網(wǎng)失穩(wěn)現(xiàn)象及原因分析

1.1 故障現(xiàn)象

2015-02-08T09：25，某地區(qū)電網(wǎng)S變至W變連接線路發(fā)生A相接地轉(zhuǎn)C相故障，線路保護(hù)動(dòng)作三相跳閘，重合閘動(dòng)作不成功，該地區(qū)孤網(wǎng)運(yùn)行。在孤網(wǎng)系統(tǒng)中出力占當(dāng)?shù)刎?fù)荷29 %的M水電廠頻率調(diào)整中，機(jī)組功率大幅波動(dòng)，機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)剪斷銷剪斷，機(jī)組跳閘，最終導(dǎo)致330 kV W變、L變?nèi)臼骸?/p>

1.2 故障原因分析

用PSASP6．29對(duì)該地區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行故障仿真再現(xiàn)，根據(jù)故障前該地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行方式，對(duì)故障前電網(wǎng)進(jìn)行建模。

故障前M水電廠機(jī)組調(diào)速器PID參數(shù)Kp=8，Ki=6，Kd=1，出力70 MW，仿真330 kV S變至W變連接線路故障過程M水電廠機(jī)組頻率（ω）、功率（P）曲線如圖1所示。

圖1 故障過程M水電廠機(jī)組頻率、功率曲線仿真

由仿真結(jié)果可知，M水電廠機(jī)組調(diào)速器PID參數(shù)Kp=8，Ki=6，Kd=1時(shí)，故障過程孤網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率、功率震蕩，M水電廠機(jī)組頻率在47．35-51．85 Hz范圍內(nèi)震蕩，功率波動(dòng)頻率為0．04 Hz，該地區(qū)孤網(wǎng)出現(xiàn)頻率失穩(wěn)。查詢事故時(shí)M水電廠機(jī)組故障錄波頻率、功率曲線，發(fā)現(xiàn)其與仿真波形基本一致。

對(duì)調(diào)速器參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在孤網(wǎng)模式下，使用孤網(wǎng)參數(shù)：Kp=2，Ki=0．3，Kd=0．8，仿真330 kV S變至W變連接線路故障過程M水電廠機(jī)組功率曲線如圖2所示。

仿真結(jié)果表明，M水電廠調(diào)速器在孤網(wǎng)參數(shù)下能夠保持機(jī)組穩(wěn)定。由此確認(rèn)孤網(wǎng)失穩(wěn)為M水電廠機(jī)組調(diào)速器參數(shù)整定不合理所致。

圖2 調(diào)速器在孤網(wǎng)參數(shù)下故障時(shí)M水電廠機(jī)組功率曲線仿真

2 電網(wǎng)穩(wěn)定模式掃描

仿真分析后開展了該地區(qū)電網(wǎng)機(jī)組控制系統(tǒng)穩(wěn)定模式計(jì)算掃描，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)非機(jī)電振蕩模式的關(guān)注。使用PSASP6．29對(duì)該地區(qū)全網(wǎng)進(jìn)行小干擾模式掃描，結(jié)果如下。

2.1 計(jì)算條件

（1） 選擇夏大正常運(yùn)行方式對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行小干擾穩(wěn)定計(jì)算。

（2） 振蕩頻率范圍0-3．0 Hz。

（3） 振蕩模式強(qiáng)弱的判定條件是，負(fù)阻尼：ξ%（阻尼比）＜0；弱阻尼：0＜ξ%＜2 %；較弱阻尼：2 %＜ξ%＜3 %；中等阻尼：3 %＜ξ%＜5 %。

2.2 特征值計(jì)算結(jié)果

該地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)小于2 %的弱阻尼振蕩模式，但有一個(gè)中等阻尼振蕩模式（見表1）。

表1 電網(wǎng)阻尼振蕩模式

2.3 振蕩模式分析

該振蕩模式特征值為-0．164 239+j4．123 333，振蕩頻率0．656 249Hz，阻尼比3．98 %，機(jī)電回路相關(guān)比7．211 73，屬于中等阻尼振蕩模式。

該振蕩模式正好與故障發(fā)生地區(qū)B，Q和M 3個(gè)水電廠8臺(tái)機(jī)組相關(guān)。其中與B電廠G2，G1，G3機(jī)組強(qiáng)相關(guān)，相關(guān)因子分別為0．138 488， 0．137 006和0．125 554，見表2。

2.4 GOV模式分析

對(duì)以上小干擾作業(yè)進(jìn)行PSASP-GOV模式分析，分析調(diào)速器引起的振蕩模式，相關(guān)因子最小值取0．000 1，分析結(jié)果見表3。

表2 振蕩模式相關(guān)電廠分析

表3 GOV振蕩模式分析

通過GOV模式分析得出，與GOV模式相關(guān)的分別為M水電廠G1，G3機(jī)組，見表4。

表4 GOV振蕩模式相關(guān)電廠分析

3 機(jī)組孤網(wǎng)參數(shù)實(shí)測(cè)驗(yàn)證

針對(duì)調(diào)速器并網(wǎng)參數(shù)無法適應(yīng)孤網(wǎng)運(yùn)行的情況，特在M水電廠機(jī)組設(shè)置孤網(wǎng)運(yùn)行模式，在頻率超±0．3 Hz范圍后，自動(dòng)進(jìn)入孤網(wǎng)參數(shù)運(yùn)行。

3.1 仿真優(yōu)化

M水電廠孤網(wǎng)參數(shù)：Kp=2，Ki=0．3，Kd=0．8。使用該參數(shù)，模擬調(diào)速器在孤網(wǎng)參數(shù)下孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組功率振蕩的情況，仿真分析以2015冬大數(shù)據(jù)包為數(shù)據(jù)源。曲線1 PID參數(shù)為2，0．8，1，曲線2 PID參數(shù)為2，0．8，0．8，曲線3 PID參數(shù)為2，0．6，0．8，曲線4 PID參數(shù)為2，0．3，0．8，如圖3所示。

仿真結(jié)果表明M水電廠調(diào)速器在孤網(wǎng)參數(shù)下，能夠保持機(jī)組穩(wěn)定。

3.2 實(shí)測(cè)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證孤網(wǎng)參數(shù)的合理性，2015-02-13省調(diào)度控制中心組織對(duì)M水電廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了遠(yuǎn)方甩負(fù)荷試驗(yàn)，模擬孤網(wǎng)運(yùn)行模式，考察調(diào)速器在該模式下的動(dòng)作情況，試驗(yàn)錄波表明調(diào)速器能夠在該工況下進(jìn)入孤網(wǎng)模式并發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，維持機(jī)組穩(wěn)定。

圖3 調(diào)速器在孤網(wǎng)參數(shù)下故障時(shí)不同PID參數(shù)M水電廠機(jī)組功率曲線仿真

4 結(jié)論

調(diào)速器對(duì)電力系統(tǒng)受大小擾動(dòng)后能夠維持穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用。通過仿真分析，得出某地區(qū)電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的非機(jī)電模式振蕩是由于孤網(wǎng)內(nèi)主力機(jī)組調(diào)速器參數(shù)設(shè)置不當(dāng)導(dǎo)致的。通過仿真優(yōu)化，得到優(yōu)化后的孤網(wǎng)參數(shù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證該參數(shù)是合理的。建議開展機(jī)組調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)模型、參數(shù)及功能投運(yùn)情況等核查，推進(jìn)機(jī)組調(diào)速器實(shí)測(cè)與建模，對(duì)可能發(fā)生孤網(wǎng)運(yùn)行的地區(qū)，優(yōu)化調(diào)速器參數(shù)、PSS（電力系統(tǒng)穩(wěn)定器）參數(shù)，分析機(jī)組調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振蕩的敏感性，為電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行打好基礎(chǔ)。

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2015-06-19；

2016-04-13。

毛光輝（1967-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)運(yùn)行管理、安全管理工作，email：652808534@qq．com．

秦 睿（1967-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)分析、柔性輸電研究工作。

拜潤(rùn)卿（1984-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)仿真分析工作。

乾維江（1983-），男，高級(jí)工程師，主要從事電力系統(tǒng)仿真分析工作。

高 磊（1985-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)仿真分析方面的工作。

郝如海（1976-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)仿真分析方面的工作。