巴西“2·4”大停电事故及对电网安全稳定运行的启示

2011年2月4日,巴西发生了大规模的停电事故。事故覆盖东北部8个州,影响人数约4 000万。文中介绍了事故前巴西电网的运行情况以及事故的起因、发展和恢复过程,分析总结了事故的经验和教训。结合中国电网,提出了保障电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的建议。

巴西“11·10”大停电事故分析及启示

2009年11月10日,巴西发生了大规模停电事故。结合巴西国家电力系统运行局的官方调查报告,详细介绍事故前巴西电网的运行情况、事故的起因、发展和恢复过程,分析总结事故的教训和经验,并结合中国电网实际,提出保障中国电网安全稳定运行、防止大停电事故发生的建议。

多馈入交直流系统短路比的定义和应用

随着我国电网的发展,南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。由于传统短路比不能考虑直流间的相互作用而亟待提出适用于多馈入交直流系统的短路比定义。通过理论分析推导多馈入短路比,证明传统短路比是多馈入短路比的特例。通过提出的多馈入交直流系统的解耦模型推导多馈入临界短路比的函数表达式,证明多馈入临界短路比与电压灵敏因子的等价关系,提出判断多馈入交直流系统强弱的指标。最后,通过理论分析和算例仿真说明利用多馈入短路比指标判断电压稳定、动态过电压、谐波谐振的有效性,证明所提出指标的合理性及在电网规划和运行中的重要作用。

多馈入交直流系统电压稳定性研究

将交直流输电系统的电压稳定分析分为静态电压稳定和动态电压稳定两类,并对现有的电压稳定研究方法进行了总结,分析了各方法的优缺点。探讨了多馈入交直流系统在电压稳定方面尚待解决的问题以及未来的研究方向,认为制定适用于多馈入交直流系统的短路比指标,以及建立适合大扰动分析的系统动态模型将是下一步的研究重点。

分层直流短路比的定义和应用

随着直流输电技术的迅速发展,未来我国新建的直流输电线路将越来越多以分层接入方式馈入受端交流电网。由于多馈入短路比仅考虑交流受端系统中不同直流落点间的相互作用,无法考虑由于直流侧阀串联后,与受端交流系统间的相互作用。因此亟待提出适用于直流分层接入的交直流系统的短路比定义。通过理论分析推导分层直流短路比。通过提出的分层接入的交直流系统的解耦模型推导分层直流临界短路比的函数表达式,证明分层直流临界短路比与电压灵敏因子的等价关系,提出判断直流分层接入的交直流系统强弱的指标。最后采用电力系统分析软件PSD-BPA对即将投运的分层直流系统进行仿真验证,证明分层短路比能够表征分层直流系统的电压稳定性,当分层直流短路比在临界短路比附近,电压失稳风险较高。该指标对完善短路比理论和应用体系,指导我国电力系统规划、运行具有重大意义。

多馈入交直流系统短路比影响因素分析

随着我国电网的发展,我国南方电网和华东电网出现了多馈入交直流系统。多馈入短路比能够同时反映交流系统的强弱以及直流系统间的相互作用,是构建多馈入直流系统的重要参考指标。通过理论分析深入研究了影响多馈入短路比变化的因素,分析了直流落点间的电气距离(互阻抗)、网络结构,包括网络拓扑、线路阻抗、电源分布等对多馈入短路比的影响,给出了多馈入短路比的变化规律,并通过两馈入直流系统验证了结论。

2011年西北电网风机脱网事故分析及启示

2011年2月24日,连接甘肃第一风电场的桥西变35kV设备故障,由于风电机组不具备低电压穿越能力以及风电场无功补偿装置缺乏快速自动调整能力,事故期间脱网风机共计598台,风电出力损失837.34 MW。详细介绍了事故前西北电网的运行情况,事故发生、发展和恢复过程,并通过仿真计算复现事故过程。总结了事故的经验和教训,提出加强继电保护装置的维护力度、提高风电机组低电压穿越能力、加强风电场无功补偿设备改造与管理、规范风电机组高电压运行要求,以及35 kV馈线单相故障后直接跳闸的建议,防止类似事故再次发生,保障我国电网的安全稳定运行。

多馈入直流输电系统换相失败机制及特性

随着多直流接入受端交流系统的规模不断增大,运行人员对多回直流换相失败以及闭锁的关注度日益提升。文中建立了多馈入直流输电系统模型,从换相失败发生的本质出发,分析多种因素对换相失败发生概率的影响。从机制上研究换相失败对交流系统和直流系统的影响,并与直流闭锁对系统的影响进行对比分析。通过对多馈入直流输电系统的机电暂态仿真,验证由交流系统引起的多回直流换相失败与直流闭锁的差异。综合理论和仿真研究可知,在交流系统故障及时清除的情况下,多回直流换相失败并不会导致多回直流同时闭锁,不会对系统造成大的影响。而直流闭锁故障,在不采取控制措施的情况下,会造成系统功率不平衡,严重时导致系统失步,影响系统安全稳定运行。

电力系统电压稳定机理研究

正确认识电力系统电压稳定机理是电压稳定研究进一步发展的关键。在分析了电压稳定定义和数学模型后,给出了物理意义明确的电压稳定和电压崩溃的定义。分别对纯电阻电路和交流电路的电压稳定性机理进行了研究,说明了电力系统电压稳定性的机理,并从输电网络输电极限、负荷动态特性以及受端系统电压支撑3个方面对电力系统电压稳定进行机理解释。

大规模直流异步互联系统受端故障引发送端稳定破坏的机理分析

随着大容量高压直流逐步投运,电网进一步呈现"强直弱交"特性,大规模直流互联的送、受端交流系统的耦合作用和相互影响逐渐突显。该文以三区域交直流等值模型为基础,分析了不同功率流向情况下多回直流换相失败对送端系统稳定性的影响,进一步讨论了关键影响因素及应对措施,并与单回直流闭锁故障进行了对比分析,最后采用"三华"实际电网算例进行验证。研究结果可以为保证特高压交直流混联电网的安全稳定运行提供依据和参考。

两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算

提出两大区互联系统交流联络线功率振荡的线性化模型。基于2阶线性系统时域分析理论和电力系统冲击功率的功率分配理论,阐明联络线功率波动的机制,证明由功率扰动引起两大区电网交流联络线功率波动峰值的大小取决于两大区电网的惯性常数比和区域振荡模式的阻尼比。提出功率缺额后联络线功率波动峰值以及功率转移比的计算方法。通过华北—华中互联系统特高压联络线的实测数据验证提出的模型、机制和算法的正确性和有效性。研究结论有助于掌握两大区互联电力系统联络线功率波动的动态特性,为互联电力系统运行方式的安排和控制措施的确定提供依据。

CIGRE多馈入直流短路比指标影响因素及机理

多馈入直流系统强非线性、强耦合特征使评估交直流系统之间相对强弱关系变得异常复杂。基于2008年CIGRE直流工作组提出的多馈入直流短路比(MISCR)定义,分析了MISCR构成元素及影响其大小的因素和内在机理,详细论证了直流落点间联络阻抗、系统等值阻抗、直流功率等元素之间相互关系对MISCR的影响及其变化特征,给出了临界条件和拐点解析解;并进一步研究了含有直流系统的两区域联网对MISCR的影响,推导得出联网前后SCR到MISCR的变化规律;最后,指出了MISCR后续改进研究应考虑的问题。所得结论可用于指导MISCR概念的应用,以及交直流电网规划和运行。

基于戴维南等值跟踪的电压失稳和功角失稳的判别方法

电压失稳和功角失稳是电力系统的2种失稳模式。在暂态过程中,功角失稳和电压失稳的发生常常交织在一起,而不容易区分。提出基于戴维南等值跟踪方法的电压失稳和功角失稳的判别方法。通过故障后戴维南等值参数的变化判断系统的失稳模式。示例系统的仿真结果表明,所提出的失稳模式判别方法是正确、有效的,同时表明当系统电压大幅下降和功角差增大同时发生时,并不能简单地认为是电压失稳和功角失稳的耦合失稳模式,而是仍有其相对应的主导失稳模式,或为电压失稳或为功角失稳。

基于响应的电力系统安全稳定综合防御技术

针对电力系统安全稳定措施存在的失效风险,提出将基于响应的电力系统安全稳定控制技术融入电力系统安全稳定"三道防线",作为应对小概率意外事故的关键技术,重点研究了响应控制技术定位与配合原则、各类稳定问题的判别和控制技术。为解决响应切机控制存在的潜在问题,提出切机与解列控制协调配合方法,将解列控制用于防止系统失稳破坏。最后利用仿真算例在各种故障场景下验证该防御体系的全面性、可靠性、有效性。

电力系统暂态功角失稳与暂态电压失稳的主导性识别

暂态功角失稳和暂态电压失稳是故障后系统失稳的两种表现形式,暂态功角失稳和暂态电压失稳现象有可能同时发生,正确区分这2种失稳模式是进行紧急控制的前提。分析大规模复杂电力系统输电断面的有功功率特性,基于功率全微分方程,提取了能反映系统失稳模式的主导系统变量。在此基础上,研究不同失稳模式与主导系统变量之间的关系,进而提出一种主导失稳模式识别方法。该方法能充分考虑系统的动态特性,仅利用实测数据进行计算。该方法物理意义明确,使用简单,计算速度快。仿真结果表明,运用此方法可有效识别系统的主导失稳模式。

考虑负荷变化特性的电压稳定判据分析

在采用戴维南等值参数跟踪方法分析需要考虑非线性和动态元件影响的暂态电压稳定性时,通常以负荷节点的等效阻抗与该节点的网络戴维南等值阻抗相等作为暂态电压稳定的临界条件。通过电力潮流方程推演该电压稳定判据,并从理论上分析该判据在负荷以恒功率因素变化以及其他变化特性下判断系统暂态电压稳定性的适用性。明确当负荷不满足恒定功率因数变化特性时,将该电压稳定判据作为暂态电压稳定的临界条件是无效的。提出通过拉格朗日因子法,构造修正目标函数求取不同负荷特性下暂态电压稳定临界点的计算方法。最后通过2个仿真算例证明该文结论。

基于全微分的戴维南等值参数跟踪算法

研究解析现有戴维南等值参数计算结果错误的本质原因。考虑戴维南等值参数在跟踪计算过程中不断变化的实际情况,提出基于全微分的戴维南等值参数跟踪计算方法。该方法通过微分形式反映参变量的变化,克服了现有计算方法假设2个时步之间戴维南等值参数不变所带来的严重错误,具有适应性强,使用简单,计算量小的特点。直流简单系统计算分析和IEEE10节点仿真分析表明,基于全微分的戴维南等值参数跟踪计算方法,能保证戴维南等值参数跟踪计算的结果贴近实际值。

基于时域仿真的戴维南等值参数跟踪计算方法

针对戴维南等值参数在暂态过程中不断变化的实际情况,提出基于时域仿真的戴维南等值参数跟踪计算方法。该方法没有基于任何假设前提,计算得到的戴维南等值参数精度高,克服了现有计算方法在系统内部发生扰动时精度差的缺陷,并在PSD-BPA暂态稳定程序中得到实现。3机10节点系统和2008年华中电网丰大方式的仿真结果表明,基于时域仿真的戴维南等值参数计算方法,能保证戴维南等值参数跟踪计算的结果准确、有效,可以广泛应用于电力系统的系统分析与控制。

两区域互联系统交流联络线随机功率波动机制及幅值估计

正常运行时两大区互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象,限制了联络线的输电能力。研究了随机功率波动的机制与波动幅值估计。基于系统静态频率特性,推导了两区域交流联络线功率波动的公式,阐明了联络线上的低频功率波动是一种稳态过程,是负荷随机功率波动在全系统中再分配后在联络线上的反映。提出了一种联络线功率波动幅值的概率模糊估计算法。首先通过概率统计的方法来估计系统频率波动幅值的概率分布,再通过模糊数来描述贡献因子的不确定性,最后通过模糊抽样和解模糊来得到联络线功率波动的均值和标准差。通过华北–华中互联系统特高压联络线功率的实测数据验证了所提机制和算法的正确性和有效性。研究有助于掌握两大区互联电力系统的随机功率波动特性,为制定抑制联络线功率波动的措施提供依据。

直流送受端故障对送端系统稳定性影响的对比分析及控制措施

在电网"强直弱交"特性不断加强的形势下,送受端故障引起的多回直流换相失败和功率瞬降,都可能导致送端互联系统失稳。为此文章对比分析了送受端故障后的直流响应特性以及引发送端系统失稳的可能模式和影响程度,并在此基础上提出了多种控制措施,采用"三华"实际电网算例进行了验证。结果表明,送受端故障引发系统失稳的可能模式相似,实际系统中受端故障对稳定性的影响更严重,可通过采取控制措施保证系统稳定运行。研究结论可以为电力系统实际运行提供参考。