孤網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定控制方法

將主系統(tǒng)和地區(qū)電網(wǎng)解列成孤網(wǎng)后，電源和負(fù)荷的有功、無功功率不平衡會讓地區(qū)電網(wǎng)的頻率和電壓波動值變大，若不及時(shí)控制，很有可能會因電網(wǎng)崩潰而造成長時(shí)間、大范圍的停電，將會帶來嚴(yán)重的社會影響和重大的經(jīng)濟(jì)損失。在分析了不同類型的孤網(wǎng)系統(tǒng)電壓、頻率變化以后，對實(shí)際的孤網(wǎng)電壓及頻率的變化過程進(jìn)行模擬，提出了針對不同孤網(wǎng)系統(tǒng)的智能化安全穩(wěn)定控制方案。

【關(guān)鍵詞】孤網(wǎng)運(yùn)行 安全穩(wěn)定 控制方法

目前，電能是最主要的能源，與人們生活及發(fā)展密不可分。電力網(wǎng)是由電力系統(tǒng)組成的，在一定程度上影響著電能的產(chǎn)生、輸送、分配等環(huán)節(jié)。電力網(wǎng)供電的穩(wěn)定性是特別重要的，大面積的停電事故會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響。所以，現(xiàn)代電力網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)要確保安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，還要保證供電質(zhì)量的合格。

1 電力系統(tǒng)孤網(wǎng)形成的原因

1.1 電磁環(huán)網(wǎng)解列

主網(wǎng)和地區(qū)電網(wǎng)之間主要是通過變壓器或500KV的線路聯(lián)系的，為了解列強(qiáng)大網(wǎng)架地區(qū)之間的電磁環(huán)網(wǎng)，我們必須使得存在于地區(qū)電網(wǎng)間的短路電流大大減少，簡化電網(wǎng)的構(gòu)造。地區(qū)電網(wǎng)的變壓器或500KV的線路在檢修時(shí)發(fā)生故障、500KV線路的同塔雙回線路發(fā)生跨線故障時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)就是電網(wǎng)的孤網(wǎng)系統(tǒng)。

1.2 發(fā)生嚴(yán)重故障會人為解列

解列是一種預(yù)防在電力系統(tǒng)不穩(wěn)定或者發(fā)生災(zāi)難時(shí)事故范疇擴(kuò)張的方法，局部系統(tǒng)解列后也許會變成孤網(wǎng)，因此，過載與失步解列裝置的配置便成為解列系統(tǒng)時(shí)必不可少的程序。

1.3 交直流并列運(yùn)行

在交流直流并列運(yùn)營的系統(tǒng)之間，萬一交流系統(tǒng)或者支流系統(tǒng)閉鎖或發(fā)生故障時(shí)，可以解列交直流系統(tǒng)形成孤島，即直流及接入直流的系統(tǒng)形成的孤網(wǎng)。比如，某市的交流直流并列運(yùn)轉(zhuǎn)的情況發(fā)生在正常狀態(tài)時(shí)，萬一產(chǎn)生異常情況那么交流直流便會解列。

2 孤網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性問題分析

2.1 電力過剩的孤網(wǎng)系統(tǒng)

系統(tǒng)的規(guī)模、功率過剩的數(shù)值、電源和負(fù)荷的響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)能力等都會影響孤網(wǎng)系統(tǒng)頻率的上升速度、幅度。下面選出的3個(gè)案例中，案例一和案例三主要針對有功功率盈余對頻率的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，案例二則針對無功功率盈余對電壓的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

（1）案例一：正常情況下，系統(tǒng)直流送端是交直流并列運(yùn)行，送端6X600MV機(jī)組滿出力，扣除廠用功率3300MW，直流輸出3000MW，剩余300MW的功率經(jīng)過伊馮交流系統(tǒng)送出。若解列孤島運(yùn)行方式為主的直流送端，會讓送端電源輸入直流的功率總和與直流系統(tǒng)輸出的功率不相符，在此情況下，機(jī)組輸出的功率會超過直流輸電的功率，很可能會出現(xiàn)功率過剩、頻率異常。所以，可以將直流功率緊急提升10%，就能讓直流孤立系統(tǒng)的功率趨于平衡，能平息機(jī)組的功率及頻率振蕩。

（2）案例二：火電機(jī)組凈輸送功率123MW、地區(qū)風(fēng)電總輸出頻率為150MW，負(fù)荷111MW。地區(qū)和主網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)通道的中斷會讓電網(wǎng)變成孤網(wǎng)，此時(shí)，就需要將風(fēng)電機(jī)組全部切除，火電機(jī)組產(chǎn)生的負(fù)荷和損耗與其自身的出力相抵消，此時(shí)，頻率基本滿足運(yùn)行的要求，但是不平衡的無功功率會讓系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定。500KV的變電站是孤網(wǎng)系統(tǒng)和主網(wǎng)的連接點(diǎn)，將主網(wǎng)和孤網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行解列，這時(shí)就需要切除將500KV變電站的低壓電抗器，防止無功的不足，但是，過低的負(fù)荷水平會導(dǎo)致地區(qū)的無功功率過剩，要根據(jù)實(shí)際情況來選擇控制無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，可以通過控制500KV變電站低抗的手段將孤網(wǎng)系統(tǒng)的電壓進(jìn)行有效調(diào)整，可以考慮使用表1中的三種控制方法，這時(shí)，孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率基本能滿足運(yùn)行的要求。圖1是電壓變化曲線，但是，需要根據(jù)實(shí)際的情況來考慮是否要切除1/2或全部的負(fù)荷來控制穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓。

（3）案例三：負(fù)荷水平235MW，同主網(wǎng)并列運(yùn)行，2臺火電機(jī)組輸出570MW、風(fēng)電輸出150MW，盈余電力480MW。地區(qū)電網(wǎng)通過500KV變電站的2組主變壓器升壓后再通過500KV同塔的雙回線路和主網(wǎng)相聯(lián)。500KV同塔的雙回線路中，1回檢修，另1回發(fā)生故障跳開；500KV變電站主變1組檢修另1組發(fā)生故障跳開；500KV同塔雙回線路發(fā)生跨線故障同跳開等都會使得地區(qū)電網(wǎng)成為孤網(wǎng)。對不采取任何措施、將1臺火電機(jī)組切除、將1臺火電機(jī)組和全部風(fēng)電機(jī)組切除的情況進(jìn)行比較，結(jié)果可以看出，地區(qū)電網(wǎng)在解列變成孤網(wǎng)以后，會有超過200%的電力盈余，如果不及時(shí)采取有效措施，系統(tǒng)頻率很快的上升速度會讓電網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn)。

2.2 電力供應(yīng)不足的孤網(wǎng)系統(tǒng)

負(fù)荷為280MW，同主網(wǎng)并列運(yùn)行，1臺火電機(jī)組輸出功率235MW。將地區(qū)電網(wǎng)解列成為孤網(wǎng)，缺電50MW，在故障產(chǎn)生10s后頻率變成48HZ，不能滿足運(yùn)行的要求，所以需要將負(fù)荷全部切除。

3 孤網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制方案研究

3.1 安全穩(wěn)定控制原則

盡早消除功率不平衡，讓孤網(wǎng)系統(tǒng)過渡到安全的運(yùn)行方式是處理地區(qū)電網(wǎng)從并列解列到孤網(wǎng)運(yùn)行后安全穩(wěn)定問題的根本準(zhǔn)則。要全面分析孤網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)有的安全穩(wěn)定問題，依照電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定準(zhǔn)則的要求采取相應(yīng)的措施，盡量確保孤網(wǎng)從緊急恢復(fù)為運(yùn)行狀態(tài)。飛速還原系統(tǒng)間的供電發(fā)生在緊急措施啟動的情況下尚不可有效防范系統(tǒng)瓦解，黑啟動方案的使用是在全黑的狀態(tài)下。因此，快速有效、簡單可靠、保全主要以及丟掉次要便成為實(shí)行穩(wěn)定安全控制方法的關(guān)鍵準(zhǔn)則。

3.2 主要安全控制穩(wěn)定措施

首先要解決功率過剩。以有效和經(jīng)濟(jì)性為原則來排序切除包含水電、風(fēng)電、火電的機(jī)組；把抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)為抽水狀態(tài)來增大功率消耗；切除電容器來保證容性輸出的減少和感性吸收的增加。其次要解決功率不足。以有效和經(jīng)濟(jì)性為原則來排序切除負(fù)荷；把抽水蓄能機(jī)組轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)來增大功率輸出；切除電抗器來保證容性輸出的增加和感性吸收的減少。最后要解決多種問題并存。矛盾的化解需要我們先抓關(guān)鍵，再糾正細(xì)節(jié)。系統(tǒng)吸納大范圍風(fēng)電時(shí)首先要確保一樣的穩(wěn)定性，其次再關(guān)注電壓與熱的平穩(wěn)。

3.3 智能安全控制穩(wěn)定方案

智能化安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的建設(shè)是很有必要的，而測量、通信技術(shù)的升級保證了智能化的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的創(chuàng)建。這種系統(tǒng)研究的重點(diǎn)便是對計(jì)算孤網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)解析、故障前的使用情況、故障地點(diǎn)和種類，依據(jù)以上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)來選擇最優(yōu)化的駕御方法。智能化的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)大致分為三種構(gòu)造，分別為主站、子站和執(zhí)行站，這三種構(gòu)造能依據(jù)電網(wǎng)特征的變化而及時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，不同的受控廠站能接入就近的主站、子站及執(zhí)行站。功能主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）主站是系統(tǒng)的核心，主要用于搜集全網(wǎng)的信息，與子站和執(zhí)行站進(jìn)行信息的交換，識別電網(wǎng)的運(yùn)行方式，綜合判斷事故，決定控制策略，向各子站和執(zhí)行站發(fā)送控制和操作命令。

（2）控制子站是系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，主要用于監(jiān)督運(yùn)行狀況，搜集下屬各個(gè)執(zhí)行站的信息，并將信息上傳主站；識別本區(qū)域產(chǎn)生的故障，就地執(zhí)行控制和操作命令，接收來自主站的命令，執(zhí)行本站范圍的控制命令，向其他相關(guān)執(zhí)行站傳遞轉(zhuǎn)發(fā)控制命令。

（3）執(zhí)行站位于系統(tǒng)的最末端，主要用于傳遞本站的信息給上一級的子站或主站，同時(shí)接收來自上一級子站的控制命令，按命令要求選擇被控對象，對其實(shí)施控制。

4 結(jié)論

技術(shù)水平的同步提升以及電力系統(tǒng)的領(lǐng)域的推廣離不開智能電網(wǎng)的支撐。然而，部分電力系統(tǒng)成為孤網(wǎng)卻是由于部分與主網(wǎng)關(guān)聯(lián)不密切的地區(qū)以及分區(qū)供電系統(tǒng)造成的。所以，解決系統(tǒng)安全穩(wěn)定的最根本的辦法就是加強(qiáng)不同類型孤網(wǎng)系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，盡可能地嚴(yán)密措施，才能減小事故發(fā)生的概率，縮小事故范圍，把損失降到最低。

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作者簡介

李琪（1979-），男，江蘇省鹽城市人。大學(xué)本科學(xué)歷。工程師，從事軟件系統(tǒng)開發(fā)工作。

馬逸然（1996-），男，大學(xué)本科學(xué)歷。山東科技大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)。

作者單位

1.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000

2.山東科技大學(xué) 山東省濟(jì)南市 250021