配電網(wǎng)絡模型對電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響及其機理

文/熊栘貝 周力行

1 配電網(wǎng)模型分析

依據(jù)電網(wǎng)穩(wěn)定計算具有的數(shù)據(jù)，本文將其中110kV與以下配電網(wǎng)模型劃分為以下幾種：

普適框架，在電網(wǎng)中僅僅有220kV以上的數(shù)據(jù)，將110kV之下的數(shù)據(jù)看作為等值的負荷，如圖1所示。

分析110kV網(wǎng)絡層并網(wǎng)電源的配電網(wǎng)模型，如圖2所示，其保留220kV以上網(wǎng)絡還保留110kV層網(wǎng)絡的詳細數(shù)據(jù)，不過將35kV以下電網(wǎng)等效為等值負荷，其具有110kV網(wǎng)絡內(nèi)部所有的電力系統(tǒng)元件。

分析110kV與以下電網(wǎng)并網(wǎng)電源配電網(wǎng)模型，如圖3所示，在含有220kV網(wǎng)絡的基礎上，系統(tǒng)內(nèi)還具有110kV網(wǎng)絡內(nèi)的數(shù)據(jù)，將35kV之下的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)模塊的阻抗等看作為綜合的負荷。

2 仿真條件設置

本文采用的仿真軟件為電力系統(tǒng)綜合分析軟件PSASP。

2.1 數(shù)據(jù)獲取

本文采用的數(shù)據(jù)為湖南電網(wǎng)2018年的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，分為湘南地區(qū)以及湘西南地區(qū)兩個部分。數(shù)據(jù)可以分為：

網(wǎng)絡1僅僅保留220kV與以上計算數(shù)據(jù)，110kV與以下電網(wǎng)并網(wǎng)電源與負荷抵消，如圖1；網(wǎng)絡2為湘南220kV以上的網(wǎng)絡，將110kV看作為110kV之下的網(wǎng)絡，這一模塊將依賴于并網(wǎng)電源與當?shù)刎摵傻窒刃榈戎地摵?，如圖2；網(wǎng)絡3利用計算數(shù)據(jù)與湘西南采取110kV的并網(wǎng)電源模型開展計算，如圖2；網(wǎng)絡4采用當前穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)，兩個模塊采取110kV并網(wǎng)電源的配電模型進行系統(tǒng)計算；網(wǎng)絡5位置通過穩(wěn)壓的計算數(shù)據(jù)與兩個地區(qū)采用110kV與以下并網(wǎng)電源的配電網(wǎng)絡模型，如圖3所示；網(wǎng)絡6采用湖南電網(wǎng)考慮110kV與以下電網(wǎng)并網(wǎng)電源依據(jù)上網(wǎng)負荷百分比劃分區(qū)域。對小于16%的區(qū)域通過圖1所畫的穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)模式；在大于16%的模塊采用的為圖2所涉及的模型并網(wǎng)電源的電網(wǎng)穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)。

2.2 故障類型設置

故障位置為兩個500kV變電站相連接的500kV線路位置；故障的類別為：設置三相永久性金屬性接地短路的故障；實際的保護工作操作時間，不用分析重合閘、500kV模塊設置的為0.09秒跳，遠端設置的是0.1秒跳。

3 具體的仿真方案設置

對配電網(wǎng)絡位置利用為在220kV變電站低側向高壓位置傳遞電力的3種方案開展計算設計與分析；對方案一模塊在湘南部分配置的為404MW有功的電力；方案二模塊設置的為無有功的電力；方案三位置具有的設置為在湘西南位置配置的為550MW的有功功率，具體的信息人表1所示。

為了保證不同網(wǎng)絡方案之間的可比性，有必要在相同初始潮流的基礎上調(diào)整潮流，保證每個區(qū)域的負荷水平一致，保證整個網(wǎng)絡的電壓水平不超過極限，保證傳輸湘鄂斷面Sion功率2600兆瓦。一個地區(qū)的離線負荷是指該地區(qū)所有傳統(tǒng)正向負荷減去有功總容量后的負荷。為了保證仿真結果的通用性，根據(jù)上述具體方案，分別對1700MW、2600MW和3000MW三種不同的負荷水平進行了仿真比較。

4 仿真結果與對比分析

4.1 仿真結果分析

在湖南1700MW下載下獲得的牌長艷宗區(qū)間的最終功率在1～6號機后用支架表示。例如，網(wǎng)絡4表示基于輸電網(wǎng)當前的穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)，南湖南和西南湖南地區(qū)采用110 kV網(wǎng)絡的網(wǎng)格連接水平。電源的穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)在方案113之后標記支架，以指示方案的分配網(wǎng)絡中的有效功率上傳區(qū)域。

在一個方案下，不同網(wǎng)絡對湖南電力網(wǎng)過渡穩(wěn)定性的影響模擬結果如下

在計劃1中，湖南電力網(wǎng)在湖南具有404 MW的負載，牌長艷宗品牌的最終輸電功率為2154MW。在采用考慮網(wǎng)格連接電源的配電網(wǎng)模型后，品牌牌長艷宗部分的最終輸電功率增加，網(wǎng)絡2、4、5增加了約1300MW，網(wǎng)絡3暫時增加了117MW。湖南電力網(wǎng)的穩(wěn)定度大幅度改善。采用網(wǎng)絡5后，湖南電力網(wǎng)的穩(wěn)定度高于網(wǎng)絡4，網(wǎng)絡2高于網(wǎng)絡3。網(wǎng)絡6僅在考慮110kV的配電網(wǎng)模型和網(wǎng)格連接電源下采用。雖然其他區(qū)域與網(wǎng)絡1一致，但是通過網(wǎng)絡獲得的最終發(fā)射功率比網(wǎng)絡1大1311 MW以上，比網(wǎng)絡4大，比網(wǎng)絡5小。

表1：湖南電網(wǎng)各地區(qū)有功電力總容量配置方案

圖1：電網(wǎng)穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)

圖2：110kV網(wǎng)絡層面并網(wǎng)電源電網(wǎng)穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)

圖3：考慮110kV以下電網(wǎng)并網(wǎng)電源的穩(wěn)定計算數(shù)據(jù)

方案2被寫入表格的第二列。網(wǎng)絡之間的比較與scheme 1相同。不同的是，湖南電力網(wǎng)采用網(wǎng)絡3后，牌長艷宗品牌部門并沒有增加，但下降到159MW，過渡穩(wěn)定水平有所下降。因為網(wǎng)絡6的整個網(wǎng)絡區(qū)域的負荷的比例小于16%，最大發(fā)送功率與網(wǎng)絡1相同，所以與網(wǎng)絡1相同。

方案3在表格的第三列中示出，網(wǎng)絡之間的比較類似于方案。上述模擬結果基本顯示在湖南2600MW和3000MW的情況。在Southern湖南下載為2600MW和3000MW時，網(wǎng)絡整體的網(wǎng)絡負荷比例在16%以下，因此與網(wǎng)絡1相同，得到的最終傳輸功率與網(wǎng)絡1相同。

4.2 機理分析

配電系統(tǒng)模型不考慮或不考慮過渡穩(wěn)定度水平對110kV系統(tǒng)電源的影響。與目前的穩(wěn)定度計算數(shù)據(jù)相比，使用110kV系統(tǒng)電源的穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)，為了分析湖南電力系統(tǒng)的機制，過渡穩(wěn)定度水平良好。在網(wǎng)絡1和網(wǎng)絡4的情況下，在同一功率潮流條件下，系統(tǒng)過渡穩(wěn)定結果為：通過實際的分配網(wǎng)絡CO 2對簡化后的負荷進行比較而得到的包括110 kV的詳細網(wǎng)絡的實際配電網(wǎng)直接連接的實際配電網(wǎng)的TE 110總線Nnected。TA 220側附近的3相永久短路故障在從TA 220至TB 220的行1的0.12秒后被消除。過渡穩(wěn)定度計算結果：當以負載連接時，系統(tǒng)的TB 110母線電壓不穩(wěn)定，但當連接到配電網(wǎng)時，整個網(wǎng)絡穩(wěn)定。

在過渡穩(wěn)定度的過程中，110 kV的網(wǎng)絡、GB、GC、Gd三個單元不影響從TA 220到TB 220的發(fā)送功率，向系統(tǒng)提供一定的有效功率。在過渡穩(wěn)定度的過程中，負載被轉換為一定的阻抗，它將能動功率大小的逆正比例供給電壓的平方值。因此，從TA 220到TB 220的發(fā)送部受到影響。該影響需要對接收系統(tǒng)發(fā)送更有效的功率，但是為了滿足活躍功率傳送的必要性，需要若干無效功率，因此多個能動功率傳輸增加系統(tǒng)無效功率不足。

連接到接收系統(tǒng)T 110的負荷的感應電動機所需的無效功率與端子電壓的平方成反比，即在故障過程中降低電壓，因此電動機和G所消耗的無效功率較大。電阻系統(tǒng)的無效功率不足。在連接到負載的tb 110總線的情況下，不可能對過渡故障后的系統(tǒng)進行動態(tài)無效電力支援。接收端處的無效功率間隙越大，T 110負荷的誘導電動機就越斷開，電壓不穩(wěn)定。在連接的配電網(wǎng)的情況下，系統(tǒng)可以得到動態(tài)無效電力支援，馬達不容易被切斷。系統(tǒng)穩(wěn)定。

兩個區(qū)域之間，活躍的輸電是不同的。南湖南的有效輸電為404MW，湖南南部的負荷為1700MW，2600MW，3000MW。130MW、184MW、62MW的負荷率在16%以上。在西南湖南，550萬MW上傳的有效功率在南湖南170MW、2600MW、3000MW的PMAX值之間，計算出的負荷率約為16 %。

5 結束語

本章以湖南電網(wǎng)為背景，對采用不同配電網(wǎng)模型時的電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定水平進行了比較分析。首先介紹了目前廣泛使用的三種配電網(wǎng)模型，考慮到110kV電網(wǎng)級的并網(wǎng)供電和110kV及以下的并網(wǎng)供電。然后，以湖南電網(wǎng)為背景，根據(jù)湖南電網(wǎng)的運行特點，提出了一種具體的模擬比較方案：在夏季小模式下，在湘西南地區(qū)是否有上行有功功率和湘南地區(qū)是否有上行有功功率三種方案下。通過對湖南省長巖宗電網(wǎng)品牌輸電極限功率的計算，比較了湖南電網(wǎng)的六種不同方案。用網(wǎng)格穩(wěn)定性計算數(shù)據(jù)時的暫態(tài)穩(wěn)定水平。