電網孤網穩定模式分析與實測驗證研究

毛光輝，秦 睿，拜潤卿，乾維江，高 磊，郝如海

（1.國網甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050；2.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050）

電網孤網穩定模式分析與實測驗證研究

毛光輝1，秦 睿2，拜潤卿2，乾維江2，高 磊2，郝如海2

（1.國網甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730050；2.國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730050）

針對某地區電網孤網運行過程中出現的非機電模式振蕩問題，通過故障仿真再現和現場錄波分析得出孤網內主力機組調速器參數設置不當是導致振蕩事故的原因。在此基礎上，采用PSASP小干擾分析、PSASP-GOV振蕩模式分析，對省級電網內發電廠勵磁系統、調速系統失穩隱患進行了排查，確定了機組在孤網運行模式下推薦設置參數，并現場實測驗證了參數的合理性。最后依據試驗結果，提出了提高孤網運行穩定性的措施。

孤網運行；非機電振蕩；調速器；小干擾穩定分析

0 引言

隨著電網互聯規模的增大，系統受大小擾動后產生的振蕩已經成為制約電網安全穩定性的最主要因素之一。目前對電力系統的振蕩研究主要集中于機電振蕩。隨著電網的發展，非機電振蕩模式也得到了研究人員的廣泛重視。以下就一起孤網失穩故障進行分析。

1 孤網失穩現象及原因分析

1.1 故障現象

2015-02-08T09：25，某地區電網S變至W變連接線路發生A相接地轉C相故障，線路保護動作三相跳閘，重合閘動作不成功，該地區孤網運行。在孤網系統中出力占當地負荷29 %的M水電廠頻率調整中，機組功率大幅波動，機組導水機構剪斷銷剪斷，機組跳閘，最終導致330 kV W變、L變全站失壓。

1.2 故障原因分析

用PSASP6．29對該地區電網進行故障仿真再現，根據故障前該地區電網運行方式，對故障前電網進行建模。

故障前M水電廠機組調速器PID參數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水電廠機組頻率、功率曲線仿真

由仿真結果可知，M水電廠機組調速器PID參數Kp=8，Ki=6，Kd=1時，故障過程孤網系統出現頻率、功率震蕩，M水電廠機組頻率在47．35-51．85 Hz范圍內震蕩，功率波動頻率為0．04 Hz，該地區孤網出現頻率失穩。查詢事故時M水電廠機組故障錄波頻率、功率曲線，發現其與仿真波形基本一致。

對調速器參數進行優化，在孤網模式下，使用孤網參數：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水電廠機組功率曲線如圖2所示。

仿真結果表明，M水電廠調速器在孤網參數下能夠保持機組穩定。由此確認孤網失穩為M水電廠機組調速器參數整定不合理所致。

圖2 調速器在孤網參數下故障時M水電廠機組功率曲線仿真

2 電網穩定模式掃描

仿真分析后開展了該地區電網機組控制系統穩定模式計算掃描，同時加強對非機電振蕩模式的關注。使用PSASP6．29對該地區全網進行小干擾模式掃描，結果如下。

2.1 計算條件

（1） 選擇夏大正常運行方式對全網進行小干擾穩定計算。

（2） 振蕩頻率范圍0-3．0 Hz。

（3） 振蕩模式強弱的判定條件是，負阻尼：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 特征值計算結果

該地區電網系統中沒有出現小于2 %的弱阻尼振蕩模式，但有一個中等阻尼振蕩模式（見表1）。

表1 電網阻尼振蕩模式

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 %，機電回路相關比7．211 73，屬于中等阻尼振蕩模式。

該振蕩模式正好與故障發生地區B，Q和M 3個水電廠8臺機組相關。其中與B電廠G2，G1，G3機組強相關，相關因子分別為0．138 488， 0．137 006和0．125 554，見表2。

2.4 GOV模式分析

對以上小干擾作業進行PSASP-GOV模式分析，分析調速器引起的振蕩模式，相關因子最小值取0．000 1，分析結果見表3。

表2 振蕩模式相關電廠分析

表3 GOV振蕩模式分析

通過GOV模式分析得出，與GOV模式相關的分別為M水電廠G1，G3機組，見表4。

表4 GOV振蕩模式相關電廠分析

3 機組孤網參數實測驗證

針對調速器并網參數無法適應孤網運行的情況，特在M水電廠機組設置孤網運行模式，在頻率超±0．3 Hz范圍后，自動進入孤網參數運行。

3.1 仿真優化

M水電廠孤網參數：Kp=2，Ki=0．3，Kd=0．8。使用該參數，模擬調速器在孤網參數下孤網內機組功率振蕩的情況，仿真分析以2015冬大數據包為數據源。曲線1 PID參數為2，0．8，1，曲線2 PID參數為2，0．8，0．8，曲線3 PID參數為2，0．6，0．8，曲線4 PID參數為2，0．3，0．8，如圖3所示。

仿真結果表明M水電廠調速器在孤網參數下，能夠保持機組穩定。

3.2 實測驗證

為了驗證孤網參數的合理性，2015-02-13省調度控制中心組織對M水電廠現場進行了遠方甩負荷試驗，模擬孤網運行模式，考察調速器在該模式下的動作情況，試驗錄波表明調速器能夠在該工況下進入孤網模式并發揮調節作用，維持機組穩定。

圖3 調速器在孤網參數下故障時不同PID參數M水電廠機組功率曲線仿真

4 結論

調速器對電力系統受大小擾動后能夠維持穩定運行有著重要作用。通過仿真分析，得出某地區電網孤網運行過程中出現的非機電模式振蕩是由于孤網內主力機組調速器參數設置不當導致的。通過仿真優化，得到優化后的孤網參數，經現場實測驗證該參數是合理的。建議開展機組調速器、勵磁系統模型、參數及功能投運情況等核查，推進機組調速器實測與建模，對可能發生孤網運行的地區，優化調速器參數、PSS（電力系統穩定器）參數，分析機組調速器、勵磁系統控制參數對系統振蕩的敏感性，為電網穩定運行打好基礎。

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2015-06-19；

2016-04-13。

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

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

拜潤卿（1984-），男，高級工程師，主要從事電力系統仿真分析工作。

乾維江（1983-），男，高級工程師，主要從事電力系統仿真分析工作。

高 磊（1985-），男，工程師，主要從事電力系統仿真分析方面的工作。

郝如海（1976-），男，工程師，主要從事電力系統仿真分析方面的工作。