怒江電網(wǎng)分列運(yùn)行后孤網(wǎng)穩(wěn)定性研究

馮培磊，劉曉欣，普碧才，陳瀟雅，徐天奇，左文龍

（1.國(guó)網(wǎng)新源安徽金寨抽水蓄能有限公司，安徽省六安市 237000；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司怒江供電局，云南省怒江傈僳族自治州 673200；3.云南民族大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，云南省昆明市 650500；4.江蘇句容抽水蓄能有限公司，江蘇省句容市 212400）

0 引言

局部電網(wǎng)故障、自然災(zāi)害或人為操作失誤等偶然事故導(dǎo)致電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線解列成孤網(wǎng)運(yùn)行，電網(wǎng)頻率產(chǎn)生大幅度波動(dòng)[1]。根據(jù)怒江電網(wǎng)分列運(yùn)行的特點(diǎn)，怒江電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線為電源輸送通道福劍線，蘭坪地區(qū)與主網(wǎng)相連的劍蘭線以及崇仁與蘇屯相連的雙回蘇崇聯(lián)絡(luò)線，考慮到怒江電網(wǎng)的實(shí)際情況，斷開劍蘭線形成蘭坪孤網(wǎng)，對(duì)孤網(wǎng)的潮流恢復(fù)策略以及電壓調(diào)整策略進(jìn)行研究。如果控制策略不當(dāng)，將引發(fā)系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生頻率崩潰，導(dǎo)致區(qū)域網(wǎng)絡(luò)發(fā)生大面積停電事故。因此研究孤網(wǎng)的安全穩(wěn)定應(yīng)從頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定兩方面著手[2]。

怒江電網(wǎng)為典型的電源送出型電網(wǎng)，地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)故障解列后，高頻率問題十分突出。當(dāng)電源送出系統(tǒng)被解列為孤網(wǎng)系統(tǒng)后，系統(tǒng)功率為盈余狀態(tài)，有功功率過(guò)剩將使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子加速、導(dǎo)致系統(tǒng)頻率升高，無(wú)功功率過(guò)剩將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓上升[3]。針對(duì)電壓越限情況本文通過(guò)夏大、夏小兩個(gè)典型運(yùn)行方式的高頻切機(jī)方案，采取了調(diào)整變壓器分接頭，投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，使發(fā)電機(jī)遲相或進(jìn)相運(yùn)行等措施。通過(guò)以上調(diào)整，可使怒江電網(wǎng)的電壓維持在正常范圍之內(nèi)。

1 夏大方式孤網(wǎng)穩(wěn)定性方案分析

根據(jù)怒江電網(wǎng)分列運(yùn)行的特點(diǎn)，怒江電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線為電源輸送通道福劍線，蘭坪地區(qū)與主網(wǎng)相連的劍蘭線以及崇仁與蘇屯相連的雙回蘇崇聯(lián)絡(luò)線，考慮到怒江電網(wǎng)的實(shí)際情況，斷開劍蘭線形成蘭坪孤網(wǎng)，對(duì)孤網(wǎng)的潮流恢復(fù)策略以及電壓調(diào)整策略進(jìn)行研究[4]。

本文主要計(jì)算分析工具采用中國(guó)電力科學(xué)研究院“PSD電力系統(tǒng)軟件工具（PSD Power Tools）”之PSD-BPA潮流和暫態(tài)穩(wěn)定程序分析工具。

劍蘭線斷線后，孤網(wǎng)電源情況如表1所示。

表1 蘭坪孤網(wǎng)電源出力情況Table 1 Power output of Lan Ping isolated network

劍蘭線斷線后，孤網(wǎng)具體的負(fù)荷如表2所示。

表2 斷線后孤網(wǎng)負(fù)荷情況Table 2 Load of isolated network after disconnection

從表2可以分析出，當(dāng)蘭坪22（LANP22）與劍川22X（JL22X）斷線后，過(guò)多的有功不能往外送，電源出力和負(fù)荷完全不匹配。為了解決蘭坪的供電恢復(fù)，采取進(jìn)行適當(dāng)電源切機(jī)。

僅參考以往高頻切機(jī)方案，考慮地區(qū)電源出力與負(fù)荷的匹配，做出新切機(jī)方案如表3所示。

表3 高頻切機(jī)方案Table 3 High frequency cutting scheme

續(xù)表

按以上切機(jī)方案，可以獲得以下穩(wěn)定分析結(jié)果：

通過(guò)發(fā)電機(jī)功角曲線（如圖1所示）可以看出，在第10周波（0.2s）的時(shí)候設(shè)置劍蘭線三相斷線故障，發(fā)電機(jī)功角開始振蕩。功角曲線為減幅振蕩，在1600周波（32s）的時(shí)候振蕩基本平息。在振蕩平息之前，孤網(wǎng)中存在最大功角差的發(fā)電機(jī)為老王莊1G與妥洛河2G，但其功角差不超過(guò)60°。因此在該切機(jī)方案下，劍蘭線三相斷線后的系統(tǒng)是功角穩(wěn)定的。

圖1 發(fā)電機(jī)功角曲線Figure 1 Power angle curve of generator

通過(guò)重要母線頻率偏差曲線（如圖2所示）可以看出，在第10周波（0.2s）的時(shí)候設(shè)置劍蘭線三相斷線故障，母線頻率上升，說(shuō)明孤網(wǎng)有功過(guò)剩。切機(jī)完成之后，頻率下降，并且在1000周波（20s）左右，頻率能維持在49.75Hz左右，頻率穩(wěn)定。

圖2 母線頻率偏差曲線Figure 2 Bus frequency deviation curve

通過(guò)母線電壓曲線（如圖3所示）可以看出：在第10周波（0.2s）的時(shí)候設(shè)置劍蘭線三相斷線故障，切機(jī)完成之后，電壓在1500周波（30s）左右穩(wěn)定下來(lái)，切均高于1.04p.u.，但部分母線電壓高于1.07p.u.，無(wú)功過(guò)剩。

圖3 母線電壓曲線Figure 3 Bus voltage curve

當(dāng)LANP22與JC22X斷線后，仍然選取調(diào)節(jié)容量最大的機(jī)組（DZH1G）作為平衡節(jié)點(diǎn)，通過(guò)切機(jī)后，平衡節(jié)點(diǎn)不再倒吸有功，并且發(fā)出有功18.0MW，屬于合理范圍內(nèi)，有功能夠平衡。但此時(shí)蘭坪孤網(wǎng)無(wú)功太多，平衡節(jié)點(diǎn)需吸收13.5Mvar的無(wú)功，這不符合發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行條件，因此孤網(wǎng)需補(bǔ)償感性無(wú)功[5]。

結(jié)合此時(shí)電網(wǎng)電壓越限情況，如表4所示。

表4 孤網(wǎng)電壓越限節(jié)點(diǎn)Table 4 Isolated network voltage overrun node

續(xù)表

相應(yīng)地在投入補(bǔ)償如表5所示。

表5 補(bǔ)償調(diào)節(jié)表Table 5 Compensation adjustment table

調(diào)整變壓器變比如表6所示。

表6 變壓器調(diào)節(jié)表Table 6 Transformer regulating table

此時(shí)蘭坪孤網(wǎng)電壓越限現(xiàn)象如表7所示，平衡節(jié)點(diǎn)DZH1G送出無(wú)功1.5Mvar，說(shuō)明無(wú)功基本分布合理。

表7 孤網(wǎng)電壓越限節(jié)點(diǎn)Table 7 Isolated network voltage overrun node

經(jīng)過(guò)切機(jī)、改變補(bǔ)償、變壓器變比后，系統(tǒng)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，該切機(jī)方案可行。

2 夏小方式孤網(wǎng)穩(wěn)定性方案分析

全網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由蘭坪向劍川外送的潮流為233.6MVA，由于LANP22到JC11X支路斷開時(shí)會(huì)形成孤網(wǎng)，孤網(wǎng)電源出力和負(fù)荷情況分別如表8和表9所示。孤網(wǎng)片區(qū)將不能維持穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行切機(jī)動(dòng)作才能使孤網(wǎng)內(nèi)的負(fù)荷維持穩(wěn)定，但是切發(fā)電機(jī)不當(dāng)會(huì)引起系統(tǒng)無(wú)功不能平衡，使系統(tǒng)電壓崩潰從而使潮流計(jì)算不收斂，因此需要選取合適的機(jī)組進(jìn)行切機(jī)。

表8 孤網(wǎng)電源出力Table 8 Power output of isolated network

表9 正常運(yùn)行時(shí)孤網(wǎng)中的負(fù)荷Table 9 Load in isolated network during normal operation

從表8和表9可以分析出，當(dāng)福劍斷線后，電源出力和負(fù)荷完全不匹配。為了解決蘭坪的供電恢復(fù)，進(jìn)行電源切機(jī)與電源出力調(diào)整措施，保證蘭坪地區(qū)的本地電源進(jìn)行供電，由于按怒江地區(qū)2017年高頻切機(jī)方案進(jìn)行切機(jī)根本無(wú)法滿足有功平衡，還要繼續(xù)調(diào)整發(fā)電機(jī)，把末坡河2G和木甲二2G切機(jī)頻率修改為54Hz，由于僅僅是切除發(fā)電機(jī)并不能使系統(tǒng)運(yùn)行在良好的穩(wěn)定狀態(tài)，需要對(duì)剩余發(fā)電機(jī)有功出力進(jìn)行調(diào)整，把丹朱河1號(hào)機(jī)有功功率從17.5MW調(diào)整到10.5MW，經(jīng)過(guò)上述調(diào)整后并按表10方案進(jìn)行切機(jī)，可使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性。

表10 切機(jī)方案Table 10 Cutting scheme

續(xù)表

續(xù)表

由圖4可以看出，在第10周波（0.2s）的時(shí)候設(shè)置劍蘭線三相斷線故障，發(fā)電機(jī)功角開始發(fā)生震蕩，發(fā)電機(jī)相對(duì)最大角度大約出現(xiàn)在700周波，為豐甸二號(hào)機(jī)與丹朱河1號(hào)機(jī)的53°，并且大約在1500周波以后相對(duì)公角差保持不變，系統(tǒng)功角穩(wěn)定。

圖4 發(fā)電機(jī)相對(duì)功角Figure 4 Relative power angle of generator

通過(guò)圖4可以看出：在第10周波（0.2s）的時(shí)候設(shè)置劍蘭線三相斷線故障，母線頻率上升，說(shuō)明孤網(wǎng)有功過(guò)剩，發(fā)電機(jī)速度偏差（如圖5所示）在故障起始階段發(fā)生搖擺，并且在大約100周波達(dá)到最大值4，大約在1500周波后保持穩(wěn)定在50Hz。

圖5 發(fā)電機(jī)速度偏差Figure 5 Generator speed deviation

系統(tǒng)電壓大約在1500周波后保持穩(wěn)定，但是電壓有高有底，需要進(jìn)行調(diào)整（如圖6所示）。通過(guò)上述切機(jī)方案可使系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)。

圖6 母線正序電壓Figure 6 Bus positive sequence voltage

但是孤網(wǎng)內(nèi)絕大多數(shù)節(jié)點(diǎn)過(guò)電壓，這是由于過(guò)無(wú)功功率過(guò)多造成的，因此還需要去除LANP35節(jié)點(diǎn)60Mvar無(wú)功后，除了LANP35低電壓，其他節(jié)點(diǎn)均在可運(yùn)行范圍內(nèi)，LANP35電壓越限情況如表11所示，需要進(jìn)行電壓調(diào)整，調(diào)整情況如表12所示。

表11 切機(jī)后電壓越限表Table 11 Voltage overrun table after generator cut-off

表12 對(duì)蘭坪變壓器進(jìn)行調(diào)整Table 12 Adjustment of Lanping transformer

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析調(diào)整后，可使孤網(wǎng)內(nèi)功角、電壓、頻率保持穩(wěn)定。

通過(guò)上述調(diào)整后，孤網(wǎng)內(nèi)線路和變壓器負(fù)載率均沒有超過(guò)80%，并且所有電壓均在合理范圍內(nèi)（如圖7所示）。

圖7 調(diào)整變壓器變比后LANP35節(jié)點(diǎn)電壓Figure 7 LANP35 node voltage after adjusting transformer transformation ratio

3 結(jié)論

地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)故障解列后，無(wú)功不平衡、高頻率和高電壓?jiǎn)栴}十分突出，本文以怒江電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況為例，提出采用夏大、夏小兩個(gè)典型運(yùn)行方式的高頻切機(jī)方案進(jìn)行分析研究，調(diào)整變壓器分接頭，投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，使發(fā)電機(jī)遲相或進(jìn)相運(yùn)行等措施，使得怒江電網(wǎng)的電壓維持在正常范圍之內(nèi)。并采用了中國(guó)電力科學(xué)研究院“PSD電力系統(tǒng)軟件工具（PSD Power Tools）”計(jì)算分析出該方案的可行性，從而為地區(qū)電網(wǎng)故障解列后，保證孤網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了參考。