基于PSASP仿真平臺的電網(wǎng)振蕩解列判據(jù)分析

張美倫，郝文波，胡遠(yuǎn)婷，劉 進(jìn)，張 睿

(國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

振蕩解列是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生功角穩(wěn)定破壞后，為防止發(fā)生大面積停電事故所采取的一項重要措施，是大規(guī)模電網(wǎng)安全保障體系三道防線中的最后一道防線[1-3]。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩時，解列控制就會及時、準(zhǔn)確地將系統(tǒng)劃分成若干個孤島，以避免故障擴(kuò)散到整個網(wǎng)絡(luò)引起全系統(tǒng)的崩潰[4]。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，振蕩解列裝置的重要性也隨之突出，近年來，振蕩解列裝置的參數(shù)設(shè)定主要依靠對發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)典型參數(shù)進(jìn)行仿真計算[5-8]，這種方法對于不同電廠的發(fā)電裝置來說準(zhǔn)確性相對較差。

以黑龍江克東恒誠生物質(zhì)電廠為研究對象，采用PSASP仿真平臺對發(fā)電廠實際的振解參數(shù)以及振蕩開始時間進(jìn)行仿真計算，以電壓為解列判據(jù)對振蕩中心進(jìn)行準(zhǔn)確捕捉。計算過程中，根據(jù)實際參數(shù)建立廠站模型，在不同方式下對各級母線進(jìn)行暫穩(wěn)故障下的電壓和功角仿真分析，獲取不同方式下發(fā)電機(jī)端的振解電壓，以此作為電廠振解裝置動作的判斷依據(jù)。

1 分析條件

采用PSASP中的暫態(tài)穩(wěn)定分析模塊進(jìn)行仿真分析，故障類型為發(fā)變組高壓側(cè)三相短路接地故障。分析條件如下：

1)對黑龍江電網(wǎng)中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較為薄弱、易發(fā)生振蕩的北部地區(qū)進(jìn)行仿真，選取黑龍江克東恒誠生物質(zhì)電廠為研究對象，該電廠現(xiàn)有容量為20 MVA的主變2臺、15 MW的發(fā)電機(jī)組1臺，主變110 kV、35 kV、10 kV側(cè)并列運(yùn)行，機(jī)組帶Ⅰ、Ⅱ段10 kV母線，經(jīng)克東-恒誠線路與系統(tǒng)并網(wǎng)。正常運(yùn)行方式下，北安變110 kV北克乙線帶克東變、克南變運(yùn)行，克東分線冷備用。特殊方式下可由克山變或北安變通過克城甲線、克東分線、克聯(lián)甲線帶克東變、克南變運(yùn)行。電廠并網(wǎng)路徑圖如圖1所示。

圖1 電廠并網(wǎng)路徑圖

2)冬季大負(fù)荷運(yùn)行方式具有電壓、潮流問題突出的特點，因此，依據(jù)2020年黑龍江省電網(wǎng)實際運(yùn)行情況，采用冬季大負(fù)荷運(yùn)行方式進(jìn)行計算。

3)建立仿真模型所需參數(shù)，包括主變壓器參數(shù)、并網(wǎng)線路參數(shù)、廠站負(fù)荷參數(shù)、發(fā)電機(jī)參數(shù)等信息。其中，電廠發(fā)電機(jī)、主變、高廠變及低廠變參數(shù)均為實際銘牌數(shù)據(jù)。

發(fā)電機(jī)主要參數(shù)包括額定電壓，額定容量，轉(zhuǎn)子d軸同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗，轉(zhuǎn)子q軸同步電抗、暫態(tài)電抗、次暫態(tài)電抗，定子電阻，轉(zhuǎn)子d軸勵磁繞組定子開路時間常數(shù)。

4)各主變、高廠變以正常分接頭運(yùn)行(暫未考慮最大分接情況)。

2 不同開機(jī)方式下電網(wǎng)振蕩解列判據(jù)分析

2.1 方式1：恒誠廠、山口廠、北安廠機(jī)組全開

當(dāng)恒誠廠10 kV出口母線發(fā)生三相短路故障時，故障點位于線路2%處，故障點母線電壓在故障時刻降至0。分別在故障點位置1%及99%處設(shè)三相斷線，故障持續(xù)時間0.3 s，隨后系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩，機(jī)端輸出電壓實時仿真曲線如圖2所示。選取第1個波谷值，即電壓標(biāo)幺值為0.236 48作為機(jī)端振解電壓判據(jù)，電壓低于此值，電廠振解裝置動作。

圖2 方式1下恒誠廠10 kV母線三相短路故障的電壓曲線

采用上述方法，分別設(shè)置恒誠廠35 kV母線、克東變35 kV及110 kV母線故障，機(jī)端輸出電壓波動曲線如圖3-5所示。

圖3 方式1下恒誠廠35 kV母線三相短路故障的電壓曲線

圖4 方式1下克東變35 kV母線三相短路故障的電壓曲線

圖5 方式1下克東變110 kV母線三相短路故障的電壓曲線

在恒誠廠、山口廠、北安廠機(jī)組全開方式下，當(dāng)恒誠廠35 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.232 87；當(dāng)克東變35 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.955 97；當(dāng)克東變110 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.946 83。

2.2 方式2：恒誠廠開機(jī)，山口廠、北安廠各開1臺機(jī)

當(dāng)恒誠廠10 kV出口母線發(fā)生三相短路故障，故障點位置位于線路2%處，故障點母線電壓在故障時刻降至0。分別設(shè)故障點位置1%及99%處三相斷線，故障持續(xù)時間0.3 s，隨后系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩，機(jī)端輸出電壓實時仿真曲線如圖6所示，選取第一個波谷值，即電壓標(biāo)幺值為0.265 14作為機(jī)端振解電壓判據(jù)，即電壓低于此值，電廠振解裝置動作。

圖6 方式2下恒誠廠10 kV母線三相短路故障的電壓曲線

采用上述方法，分別設(shè)置恒誠廠35 kV母線、克東變35 kV及110 kV母線故障，機(jī)端輸出電壓波動曲線如圖7-9所示。

圖7 方式2下恒誠廠35 kV母線三相短路故障的電壓曲線

圖8 方式2下克東變35 kV母線三相短路故障的電壓曲線

圖9 方式2下克東變110 kV母線三相短路故障的電壓曲線

在恒誠廠開機(jī)，山口廠、北安廠各開1臺機(jī)方式下，當(dāng)恒誠廠35 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.241 02；當(dāng)克東變35kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.950 85；當(dāng)克東變110 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.949 48。

2.3 方式3：恒誠廠開機(jī)，山口廠、北安廠機(jī)組全停

當(dāng)恒誠廠10 kV出口母線發(fā)生三相短路故障，故障點位置位于線路2%處，故障點母線電壓在故障時刻降至0。分別設(shè)故障點位置1%及99%處三相斷線，故障持續(xù)時間0.3 s，隨后系統(tǒng)發(fā)生失步振蕩，機(jī)端輸出電壓實時仿真曲線如圖10所示，選取第一個波谷值，即電壓標(biāo)幺值為0.258 07作為機(jī)端振解電壓判據(jù)，即電壓低于此值，電廠振解裝置動作。

圖10 方式3下恒誠廠10 kV母線三相短路故障的電壓曲線

采用上述方法，分別設(shè)置恒誠廠35 kV母線、克東變35 kV及110 kV母線故障，機(jī)端輸出電壓波動曲線如圖11-13所示。

圖11 方式3下恒誠廠35 kV母線三相短路故障的電壓曲線

在恒誠廠開機(jī)，山口廠、北安廠機(jī)組全停方式下，當(dāng)恒誠廠35 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.239 93；當(dāng)克東變35 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.951 99；當(dāng)克東變110 kV母線發(fā)生故障時，機(jī)端振解電壓標(biāo)幺值為0.945 05。

圖12 方式3下克東變35 kV母線三相短路故障的電壓曲線

圖13 方式3下克東變110 kV母線三相短路故障的電壓曲線

經(jīng)以上過程的仿真分析，可得出不同開機(jī)方式下，系統(tǒng)發(fā)生故障后振解裝置進(jìn)行相應(yīng)動作的判據(jù)，如表1所示。結(jié)果表明，故障點電壓等級越高，機(jī)端電壓跌落越嚴(yán)重。不同方式下開機(jī)對機(jī)端電壓跌落影響不明顯。

表1 各母線發(fā)生電網(wǎng)故障時機(jī)端電壓Table 1 Voltages at generator terminal in case of grid fault of each bus

3 結(jié) 語

以黑龍江實際電廠為研究對象，構(gòu)建了基于典型運(yùn)行方式、現(xiàn)場實際裝置的仿真系統(tǒng)模型，通過對不同開機(jī)方式、不同故障位置情況下電網(wǎng)振蕩解列判據(jù)進(jìn)行全面的仿真和分析，為振蕩解列裝置的參數(shù)設(shè)定提供依據(jù)。相較于傳統(tǒng)的對典型發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行靜模試驗，基于PSASP的仿真技術(shù)更能直觀、準(zhǔn)確地獲取振解解列時的機(jī)端電壓極限值，同現(xiàn)有獲取機(jī)端振解電壓的方法相比較，具有更高的準(zhǔn)確性，對電廠制定振蕩解列裝置參數(shù)具有參考價值，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)筑堅實防線。