多断面多通道互联电网广域失步解列控制系统设计及实施

总结分析了多断面多通道区域互联电网失步振荡时可能存在的多断面失步存在选择性、同一断面不同通道失步不同时以及同一断面上部分通道失步特性不明显等特性,针对现有就地失步解列方案不适应上述特性的问题,采用基于就地装置动作允许命令,利用远方通信构建的广域失步解列系统方法,根据考虑解决现有就地失步解列方案问题、与现有就地失步解列功能的配合、系统防误设计以及异常情况下控制策略处理逻辑等主要设计原则,设计并实施了南方电网广域失步解列控制系统。RTDS仿真试验结果表明,该系统能够正确响应,有选择、快速、可靠地采取既定措施同时解列相关断面,有效解决现有就地失步解列方案的局限性,满足实际系统运行需要。

电力系统失步解列综述

对国内外目前电力工程中应用的电力系统失步解列装置的原理进行了概述和分析,通过对目前失步解列装置研制方法的分析与研究,指出目前大部分应用的失步解列装置的实现原理,实质上反映了失步断面联络线上有功功率周期性过零的特征,这易于将同调机群间发生同步振荡的联络线误切,故建议目前的失步解列装置应具备正确捕捉失步断面(中心)的能力。基于光纤通信系统将失步解列装置组合成失步解列控制系统,应是当前解决大区失步解列问题的主要发展方向之一,但应当首先寻找到可用于协调解列装置的失步断面电气量共性。预测性快速失步解列是当前学术上研究的热点,其需要解决的关键问题是能否准确预测并有效可靠地实现于实际工程之中。最后,对大区多频失步振荡的解列问题进行了探讨。

中国南方电网失步解列装置的配合

通过对南方电网各种运行方式下严重故障的分析计算,结合现有失步解列装置的配置及其设计原理,分析了各种失步情况下电网所配置的失步解列装置的动作及其解列后电网各电气孤岛的稳定情况。南方电网的失步解列装置按照目前的配置在大部分情况下都能正确动作,但存在仅依靠孤立装置难以完全切开失步断面的情况。而失步解列只有断开失步机群之间的所有电气联系线路才能有效消除失步系统间的振荡,避免事故扩大。根据南方电网网情及其现有失步解列装置配置,指出了应在各失步解列装置之间建立通信联系,通过装置配合,可靠地实现系统失步时断开失步机群之间的失步断面,并进一步给出了失步解列建议方案。

故障解列与失步解列的协调优化

解列控制既可由故障驱动(即第二道防线中的故障解列),也可由轨迹驱动(即第三道防线中的失步解列)。对完全确定性的理想情况,只需要考虑故障解列,以减少对系统的冲击;但客观存在的不确定因素模糊了连锁解列的充要条件,突出了失步解列及两者协调的重要性。将解列后使各孤立子系统稳定的最小控制代价与故障概率的乘积之和作为解列风险,并按该指标协调2种解列方案。采用"在线预算、实时匹配"的方法提高故障解列的自适应性;由控制中心站、就地主站和解列装置组成自适应失步解列系统。其中,控制中心站负责应对振荡中心的转移;就地主站按断面功率或风险代价在线判断最优的解列割集。通过仿真验证了其有效性。

南方电网失步解列装置整定方案

用BPA(Bonneville Power Administration)程序对南方电网目前配置的失步解列系统的定值设置及协调配合进行研究,特别是研究了低压减载的影响以及判出失步后解列不同断面的效果。研究将BPA程序计算结果回放进实际失步解列装置以检验动作结果与分析是否相符,并建立了由南方电网交直流混合实时数字仿真(RTDS)模型、失步解列系统、功率放大器、直流控制保护装置组成的实时闭环试验系统,对研究结论进行了验证。一系列研究表明,在考虑系统中低压减载装置实际动作效果的情况下,为保证失步解列装置的正确动作,需对当前该装置的配置和整定值进行调整。

电力系统失步解列存在的问题及需要开展的研究

为了分析传统失步解列存在的问题,介绍了目前国内电网常用的3种失步解列判据,指出基于这3种判据的解列装置均为通过间接反映功角判别系统是否失步;以其中的视在阻抗型解列判据为例,按照传统解列方案对两机系统和某省实际电网进行了失步解列仿真。仿真结果表明了传统解列存在不能保证解列后各孤岛不平衡功率尽可能小、由于系统运行方式改变导致的振荡中心转移使得固定地点安装的解列装置失去作用、基于离线仿真或运行经验预先确定的解列断面难以适应失步模式的变化等不足。指出失步解列作为针对电网的安全稳定控制,应以整个电网的全局实时信息为解列方案制定的基础,研究自适应的失步解列控制系统,并总结了自适应失步解列控制需要研究的4个方面。

基于相位角原理的特高压电网失步解列改进方案

传统的基于相位角原理的失步解列判据是通过判断装置安装处电流和电压的相位角变化轨迹来区分短路故障和失步振荡的。由于1 000kV交流特高压线路一次时间常数较大,因此在某些三相短路故障情况下易造成基于相位角原理的失步解列装置误动。针对上述现象,在深入分析发生短路故障和失步振荡情况时特高压输电线路电流和电压特性的基础上,提出了一种失步解列改进方案。最后,根据国家电网公司企业标准中推荐的1 000kV长距离、短距离线路典型接线方案建立了实时数字仿真(RTDS)模型,并利用该模型对改进方案的有效性进行了实验验证。

失步解列装置两级配置方案

通过对含多个失步断面彼此相邻的复杂电网研究发现,如若整定不当,基于就地量的传统解列装置存在无序解列的潜在风险。文中分析了传统协调配合方法的欠缺,指出传统方法难以兼顾解列装置的快速性和选择性,而利用系统通信的协调配合方法,需要更多的系统信息的配合,依赖于快速可靠的系统通信。在对传统判据和协调配合方法研究的基础上,提出了解列装置定值两级配置方案,实现传统基于就地量失步解列装置可靠性、选择性和快速性的协调统一,有效解决了电网内部有多个失步断面彼此相邻或电气距离较近时,失步解列装置如何协调配置的问题。

失步解列装置在500kV南宁区控中心的运用

防止电力系统稳定受破坏产生振荡的有效方法是当系统出现失步时,选择合适的解列点将系统解列。文章对失步解列、失步判据的概念作了简单介绍,并结合RCS-993B型失步解列装置在500 kV南宁区控中心的应用情况进行了阐述,对认识、理解、运用失步解列装置有一定帮助。

基于支路两端母线频差的失步解列判据研究

依据等频差原则推导了等值两机系统失步过程中电压的变化特点,根据失步中心频率与两侧系统频差的对应关系,提出了基于支路两端母线频差的失步解列判据。通过计算支路两端母线频差,判断是否存在振荡中心迁移现象,定位振荡中心并判断失步状态。以CEPRI 36节点系统为例,分别对振荡中心是否发生迁移2种情况进行了判据的有效性验证,并与实际解列装置所采用的判据进行了比较,仿真结果验证了所提判据的准确性与实用性。

UFV-200F失步解列装置的特高压电网实际参数动模试验

晋东南—南阳—荆门交流1000kV特高压交流试验示范工程将于2008年内投运,作为该示范工程的配套项目,配置了4套UFV-200F失步解列装置,这是失步解列装置首次应用在特高压电网中。文章介绍了该装置在电力工业电力设备及仪表质量检验测试中心进行的动模试验,结果表明,该装置能够满足特高压电网的运行要求及相关的技术标准。

大电网失步解列难点问题及隔离策略初步构想

为了提高失步解列措施在大电网条件的适应性基于大量实际电网稳定破坏事故和大电网仿真分析结果,总结梳理了稳定问题耦合出现、失稳模式复杂、隔离断面复杂、振荡中心跃迁情况复杂、电网解列装置配置复杂、故障暂态冲击严重等6类大电网失步解列难点问题;结合我国未来规划电网严重故障下稳定特征的一些新变化,引入广域信息,提出了基于广域信息的失步振荡解列和隔离措施及策略;并通过实际电网的仿真对所提控制措施的有效性进行了验证。结果表明:针对失稳模式复杂问题提出的基于机组受扰轨迹同调分群的多解列措施配合策略、针对多稳定问题耦合出现提出的综合故障抑制策略、针对电磁环网带来的隔离断面复杂问题提出的广义规划隔离措施以及故障冲击严重提出的切机措施均能实现失步振荡的有效隔离和抑制。研究结果可为大电网的稳定性研究提供参考。

福建电力系统失步和失步解列研究

建立了福建电力系统及其与华东电网互联的模型 ,通过 EEAC直接法研究了系统主网架线三相短路极限切除时间 ,通过仿真算法研究了联网前后系统失步的类型和暂态、动态过程 ,并分析了失步保护和失步解列装置的行为 ,提出了设置防止灾变的安全自动化系统方案建议。

基于网络结构及暂态能量的失步解列方案的研究

基于网络拓扑结构,根据系统失稳时暂态能量在网络中的分布变化特性以及支路两端相角差的变化特点,提出了利用支路两端相角差作为失步解列原理的判据,并对失步解列装置在电力系统中的布点及解列点的选取进行了探索性的分析,指出解列点的选取不应仅以平息振荡为原则,还应保证尽量增强解列后系统的自恢复能力。对新英格兰10机系统进行仿真分析,验证了所提方法的有效性。

基于广域实测受扰轨迹的失步解列判据

对于复杂大区电网将相对角大于某个固定值作为失稳的标准是相当危险的,而传统失步解列判据通常以功角摆开360°作为失步的标准。文中提出利用相量测量单元(PMU)实测机组受扰轨迹,通过互补群惯量中心—相对运动保稳变换得到映像单机系统P(δ)轨迹,如果该轨迹上出现动态鞍点(DSP),则判断系统失步,触发命令将系统在振荡中心处解列。该方法严格符合扩展等面积法则(EEAC)量化分析技术的稳定机理,且仿真结果表明,在某些场景下能比传统失步解列判据提前判断出系统失步。

基于实测受扰轨迹考虑量测误差的失步解列判据

失步解列判据是失步解列控制措施启动的重要依据,要求能够快速、准确地判断出电网的失步状态。针对目前失步解列判据的时效性和准确性不能协调配合等问题,提出一种基于角速度-角半径(v-R)受扰轨迹及其一阶导数随R变化的dv/d R-R受扰轨迹变化趋势的失步解列判据。首先通过降维映射将多机系统实测受扰轨迹映射到一维扩展相平面上,证明了该映射的保稳性。对稳定和失稳受扰轨迹特性进行分析和证明,为克服量测误差产生的误判问题,采用最小二乘法对dv/d R-R受扰轨迹进行实时拟合,通过拟合后曲线判断系统失步情况。在新英格兰10机39节点系统中证明了该判据可以有效地防止误判,另外通过与动态鞍点失步解列判据以及Ucosφ失步解列判据进行对比分析,验证了该判据的快速性。

基于视在阻抗角的失步解列判据改进研究

当电网结构存在隐患时,易因事故诱发系统失步振荡。阻抗角失步解列判据作为应用最广的失步判据,其优势十分明显,同时也存在一定缺陷,即在短路暂态过程中易发生误判。通过对典型视在阻抗角判据理论的深入研究,提出一种采用电压包络线上沿门槛作解锁条件的判据改进方案。该方案能严格区分短路与失步过程,提升视在阻抗角失步判据对特定工况及新型电网结构的适应性。最后在PSCAD/EMTDC中通过简化的实例模型验证改进判据的有效性。

电力系统失步解列研究

大区互联电网中稳定性事故最严重的仍首推稳定性破坏(失步振荡),处理不当便会发生大面积停电。解决失步振荡问题要正确选择失步解列的判据,做好装置间的协调配合,选择好解列点和解列时刻。该文通过对六种电力系统失步解列判据的分析,阐述了目前解列装置中这些算法的优势和不足,指出基于WAMS装置采集的实时数据的解列判据潜在优势和基于全网考虑装置间协调配合的可能性。最后给出了不同安装点解列装置动作的配合方法及解列点、最佳解列时刻的选择方法。

考虑次要失步机群的大区电网失步解列配置

通过对大规模电网的失步仿真研究发现,当系统失步时失步机群可能会呈现为主要失步机群和次要失步机群2种失步模式。主要失步机群决定着整个大区电网的失步中心断面联络线,而次要失步机群不能决定整个大区电网的失步中心断面联络线。该现象将导致通过捕捉失步断面电压最低点(失步中心)寻找失步断面联络线的方法一般只能将主要失步机群分开,却未必能够将次要失步机群也合理分布到与之同调的机群之中。因此,工程中应结合系统离线仿真分析,尽可能对有可能成为次要失步模式的机组安装失步解列装置,以作为一种后备,防止次要失步模式机组扰动系统,造成事故扩大。

基于支路势能函数失步判据的华中电网失步解列策略

现有的失步解列装置缺乏信息共享,失步断面各支路常常不能同时解列,进而导致振荡中心迁移,无法正确解列。为了保证失步解列装置能准确解列失步断面,按照省间调度分区和省内同调分群的思路,提出首先通过离线数字仿真确定系统断面解列方案策略表,然后以支路暂态势能指标作为断面两端系统失步的实时判据,在线查询系统断面解列方案策略表,从而确定系统解列方案,并对华中电网典型解列算例进行了仿真分析。仿真结果表明:支路势能函数作为解列判据能够有效识别系统失步断面,利用所提出的失步解列策略能够有效避免同一断面不同回路就地解列判据动作不一致造成的振荡中心迁移问题,也能保证振荡中心落在省内时解列装置正确动作。研究结果可为电网失步解列提供参考。