基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法技术

本发明专利技术涉及一种基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，用于较低电压等级无法开展发电机组实测建模试验的水电机组所进行的孤网排查方法，该电压等级的机组由于缺乏实测数据，依据设计参数近似进行机组建模，建立发电机参数模型、励磁系统模型和调速系统模型，针对调速系统设置一次调频模式和孤网模式两套并网控制模式参数。当电网发生故障跳闸导致电厂进入孤网后，调速系统根据频差摆动变化速率大小选择控制模式参数，实现控制模式及控制参数切换，即从一次调频模式控制参数切换到孤网模式控制参数，分析事故跳闸后孤立电网安全稳定。

Stability analysis method of isolated network in small hydropower area based on design value

【技术实现步骤摘要】
基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法
本专利技术涉及电力系统仿真建模
，具体涉及一种基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法。
技术介绍
孤网是指脱离大电网而孤立运行的小容量电网，其最大单机的发电容量一般不小于电网总容量的8％。随着经济社会的快速发展，我国电网逐渐形成大规模区域电网互联的电网结构，在区域电网内部通过高电压等级的主网架将较低电压等级的局部电网互联。在主网架结构中电厂的运行特性及其控制策略一般以大电网的安全稳定运行为基础，因此较低电压等级的局部电网就有可能由于自然灾害、连锁故障、电力设备老化、电压崩溃等偶然事件引发孤网独立运行甚至大面积停电的风险。例如2008年南方冰灾引起电网设施损坏导致的贵州等部分地区孤网运行情况。当电网事故导致局部电网进入孤网运行状态时，为防止事故后孤立网崩溃造成大面积停电，提高孤立网运行安全稳定性，同时保证城市重要负荷的供电且协助全局电网的逐步恢复，对孤网运行时发电机组动态特性及控制策略开展分析研究具有重要意义。目前对于孤立网的研究重点集中在以下三个方面：一是在孤网频率控制方面针对孤网频率响应的影响因素提出改进措施；二是针对孤立网内部再次发生故障下研究孤立网的紧急稳定控制策略；三是针对孤网运行失稳下的黑启动问题。但这些研究都建立在机组实测模型的基础上，而较低电压等级的局部电网，由于机组老旧或试验条件限制未进行实测建模试验，随着局部电网负荷的增长，加剧了低电压等级孤网安全稳定运行的重要性。目前地区电网已形成分区供电格局，在特殊检修方式下，较低电压等级的局部电网与系统联络薄弱，此时若关键输变电元件故障跳闸，含地方电厂(一般为火电机组、水电机组和企业自备电厂)的局部电网将脱离系统解列成孤网运行。解列时，孤网内的功率是不平衡的，如果孤网有充足的调节裕量，且控制得当，那么经过一个暂态响应过程，功率可达到平衡，可持续稳定运行。本文以水电机组占比大的较低电压等级局部电网为主体，考虑其中小容量水电机组未进行实测建模，为保障故障后孤网持续稳定运行，基于发电机组及其控制系统相关设备厂家设计参数，从电力系统仿真的角度对孤网运行极其稳定控制策略进行研究。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，有利于针对孤网运行中未实测水电机组进行有效排查，并提出相应控制措施。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，包括以下步骤：步骤S1：根据孤立网筛选规则，确定待分析地区电网孤立网进行排查对象；步骤S2：采集孤立网网架拓扑及机组数据；步骤S3：根据孤立网网架拓扑及机组数据，构建适应于电力系统仿真分析软件的近似计算模型；步骤S4：构建孤立网架的暂态稳定计算模型，并根据近似计算模型进行稳定计算仿真分析，得到稳定分析判据及其阻尼比结果；步骤S5：基于稳定分析判据及其阻尼比结果，筛选孤立网中失稳机组或薄弱环节；步骤S6：根据孤立网中失稳机组或薄弱环节，设计相应的控制措施。进一步的，将待分析地区电网一条线路检修、两条线路断开作为孤立网筛选规则。进一步的，所述步骤S2具体包括：步骤S21：收集孤立网架拓扑资料，包括变压器参数、线路参数、其各厂站间及站内线路连接关系；步骤S22：核查调速系统是否配置调频模式与孤网模式，以及二者间是否可以自动切换；步骤S23：核查机组是否配置电力系统稳定器；步骤S24：收集发电机组数据；步骤S25：收集机组励磁系统数据；步骤S26：收集机组调速系统数据，包括调速系统各种控制模式以及对应控制模式参数，调速系统控制框图；步骤S27：若机组配置有电力系统稳定器，收集电力系统稳定器的数学模型及模型参数设定值。进一步的，所述发电机组数据包括额定有功功率、功率因素、额定励磁电压、额定励磁电流、空载额定励磁电压、空载额定励磁电流、直轴同步电抗、交轴同步电抗、直轴暂态电抗、交轴暂态电抗、直轴开路暂态时间常数。进一步的，所述机组励磁系统数据包括励磁变及励磁调节器，其中励磁变包括额定容量、二次额定电压、短路电压百分数、联结组；励磁调节器包括厂家型号、数学模型、模型参数设定值。进一步的，所述步骤3具体包括：步骤S31：基于步骤S2发电机组厂家资料收集建立发电机组近似计算模型。因未经空载特性饱和试验，机组饱和系数未知，励磁电流基准值未知，计算模型中直轴同步电抗、交轴同步电抗、直轴暂态电抗、交轴暂态电抗以厂家提供饱和值近似，此外励磁系统标幺计算中以空载额定励磁电流的0.8倍近似为励磁电流基准值；步骤S32：基于步骤S2机组励磁系统厂家资料收集建立励磁系统近似计算模型。因未经发电机组空载大扰动试验，励磁调节器输出限制值未知，励磁调节器控制角上下限以10°～150°近似，由此近似计算励磁调节器输出限制值；步骤S33：基于步骤S2机组调速系统厂家资料收集建立调速系统近似计算模型。步骤S34：基于步骤S2机组励磁系统厂家资料收集建立电力系统稳定器计算模型。进一步的，所述步骤S4具体为：步骤S41:根据孤立网网架拓扑及机组数据，构建网架计算模型；步骤S42:基于孤立网中各负荷及发电量数据，构建孤立网网架的潮流计算模型，并调整潮流至收敛状态；步骤S42:根据得到的孤立网网架的潮流计算模型，构建孤立网架的暂态稳定计算模型，并基于近似计算模型通过电力系统仿真分析软件，进行小干扰稳定分析以及小扰动暂态稳定分析，得到稳定分析判据及其阻尼比结果。进一步的，所述步骤S5具体为：步骤S51:判定孤立网稳定情况，稳定分析判据为故障后脱离主网后的孤立网频率稳定，同时孤立网内再次发生小扰动后频率能够保持或恢复到允许范围内的频率稳定；步骤S52：对小扰动发生前后的孤立网进行阻尼比分析，以阻尼比低于0.015作为孤立网薄弱环节的判据。进一步的，所述步骤S6具体为：步骤S61：对可能造成孤立网的运行方式进行梳理优化。合理控制主网运行方式，适当选择机组开机方式，减少主网与孤网联络线的功率交换，维持孤立网内部发用电间的平衡；在雷雨等恶劣天气或检修方式下应提前转移重要用户负荷以及电铁等冲击负荷。步骤S62：对孤立网中机组的控制系统进行优化，对未配置电力系统稳定器的机组加装电力系统稳定器；步骤S63：对调速系统进行改造，水电机组调速系统应具备孤网模式切换功能，且参数设置合理；步骤S64：针对可能出现的孤立网制定安全稳定控制措施，包括：增加低频减载切荷量及轮级、安装高频切机、低频保厂用电、低频自启动、备自投等装置。定期校核控制策略，定期开展装置检验、维修工作。步骤S65：事故跳闸后造成孤立网运行时，应采取一切措施保证孤立网的稳定，尽快恢复与主网并列运行。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术当电网发生故障跳闸导致电厂进入孤网后，调速系统根据频差摆动变化速率大小选择控制模式参数，实现控制模式及控制参数切换，即从一次调频模式控制参数切换到孤网模式控制参数，分析事故跳闸后孤立电网安全稳定。附图说明图1是本专利技术方法流程图。图2为本专利技术中一实施例中水电机组励磁系统数学模型；图3为本专利技术中一实施例中水电机组调速系统数学模型；图4为本专利技术一实施例中孤网网架结构图；图5为本专利技术一实施例中小扰动稳定分析结果图。具体实施方式下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据孤立网筛选规则，确定待分析地区电网孤立网进行排查对象；步骤S2：采集孤立网网架拓扑及机组数据；步骤S3：根据孤立网网架拓扑及机组数据，构建适应于电力系统仿真分析软件的近似计算模型；步骤S4：构建孤立网架的暂态稳定计算模型，并根据近似计算模型进行稳定计算仿真分析，得到稳定分析判据及其阻尼比结果；步骤S5：基于稳定分析判据及其阻尼比结果，筛选孤立网中失稳机组或薄弱环节；步骤S6：根据孤立网中失稳机组或薄弱环节，设计相应的控制措施。

【技术特征摘要】
1.一种基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：根据孤立网筛选规则，确定待分析地区电网孤立网进行排查对象；步骤S2：采集孤立网网架拓扑及机组数据；步骤S3：根据孤立网网架拓扑及机组数据，构建适应于电力系统仿真分析软件的近似计算模型；步骤S4：构建孤立网架的暂态稳定计算模型，并根据近似计算模型进行稳定计算仿真分析，得到稳定分析判据及其阻尼比结果；步骤S5：基于稳定分析判据及其阻尼比结果，筛选孤立网中失稳机组或薄弱环节；步骤S6：根据孤立网中失稳机组或薄弱环节，设计相应的控制措施。2.根据权利要求1所述的基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，其特征在于：将待分析地区电网一条线路检修、两条线路断开作为孤立网筛选规则。3.根据权利要求1所述的基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：步骤S21：收集孤立网架拓扑资料，包括变压器参数、线路参数、其各厂站间及站内线路连接关系；步骤S22：核查调速系统是否配置调频模式与孤网模式，以及二者间是否可以自动切换；步骤S23：核查机组是否配置电力系统稳定器；步骤S24：收集发电机组数据；步骤S25：收集机组励磁系统数据；步骤S26：收集机组调速系统数据，包括调速系统各种控制模式以及对应控制模式参数，调速系统控制框图；步骤S27：若机组配置有电力系统稳定器，收集电力系统稳定器的数学模型及模型参数设定值。4.根据权利要求3所述的基于设计值的含小水电地区孤立网稳定性计算分析方法，其特征在于：所述发电机组数据包括额定有功功率、功率因素、额定励磁电压、额定励磁电流、空载额定励磁电压、空载额定励磁电流、直轴同步电抗、交轴同步电抗、直轴暂态电抗、交轴暂态电抗...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧瑜，方日升，徐振华，黄霆，苏毅，江伟，李传栋，黄道姗，苏清梅，张伟骏，李可文，余秀月，林芳，张健，林因，陈伯建，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，国网福建省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：福建,35