談電力系統(tǒng)機網(wǎng)協(xié)調(diào)

1、談電力系統(tǒng)機網(wǎng)協(xié)調(diào)朱偉（廣東省佛山電建集團公司）機網(wǎng)協(xié)調(diào)基本概念在電力系統(tǒng)“發(fā)輸配用”環(huán)節(jié)中，發(fā)電機組和電網(wǎng)是兩個非常關(guān)鍵的部分，它們既是電力形成與傳輸?shù)慕y(tǒng)一體，但在某些“特定”的情況下又是相互矛盾的對立體。在當今電力市場條件下，為了電力系統(tǒng)在規(guī)劃、設計、主設備關(guān)鍵參數(shù)選擇上，解決機組與電網(wǎng)協(xié)調(diào)中的予盾，使其滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的要求，對系統(tǒng)和發(fā)電機、變壓器組的關(guān)鍵參數(shù)選擇和運行約束做出特別的要求，這就是機網(wǎng)協(xié)調(diào)基本概念機網(wǎng)協(xié)調(diào)的意義和主要問題電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)是瞬息萬變的。由于發(fā)電機組與電網(wǎng)之間有著非常緊密的電磁聯(lián)系，所以任何波動都在相互間造成影響。現(xiàn)代電力系統(tǒng)，發(fā)電機單機及電源點容量

2、在不斷增大，電網(wǎng)抗單機和電源擾動的能力必須經(jīng)受考驗。機和電源也同樣經(jīng)受電網(wǎng)擾動的考驗。大機組和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)，與發(fā)供用電企業(yè)的經(jīng)濟利益息息相關(guān)，直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，并影響到國計民生的穩(wěn)定繁榮。1996年1月，北京西部的停電事故；1996年美國西部電網(wǎng)連續(xù)兩次大停電事故；1999年臺灣全島長達20小時的停電事故都有力地證明了電力系統(tǒng)運行若干問題中孰輕孰重。主要問題可歸結(jié)為安全運行和經(jīng)濟運行兩個方面。但安全運行是放在頭等重要位置的。安全問題電力系統(tǒng)的安全運行主要通過兩個層面來表達。一是系統(tǒng)承受擾動引起暫態(tài)過程后過渡到一個穩(wěn)定的運行工況。二是在新的運行工況下，各種約束條件得到滿足。擾動引

3、起的暫態(tài)過程過渡到穩(wěn)定工況分靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定等幾個不同定義的問題。事實上，從電力戰(zhàn)略防御的角度看，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則中，明確提出了電力系統(tǒng)必須具備“三道防線”，以應對系統(tǒng)的穩(wěn)定受到破壞。繼2008年我國南方冰凍災害之后，有學者提出“三道防線”不夠，應當設置“四道防線”，以應對包括自然災害在內(nèi)的電力系統(tǒng)“災變”的發(fā)生。更有學者從戰(zhàn)略防御的角度出發(fā)，提出了全局脆弱性評估體系的建立和決策分析的方法，以構(gòu)建電力戰(zhàn)略防御體系。這些研究都充分說明，在市場經(jīng)濟日趨發(fā)達的當今中國，一定要從“浮燥經(jīng)濟學”的價值觀中掙脫出來，從電力系統(tǒng)全局最優(yōu)的目標，去考慮發(fā)輸配售個體之間的技術(shù)協(xié)調(diào)以達到

4、安全運行的目的，其次是經(jīng)濟運行協(xié)調(diào)和利益分配。參數(shù)配合對電力系統(tǒng)總的要求是，有合理的靜態(tài)穩(wěn)定儲備及有功、無功備用容量；合理控制電網(wǎng)短路電流的水平；能維持電網(wǎng)頻率、電壓的正常水平；發(fā)電機與電網(wǎng)之間的設備參數(shù)應合理配合，在正常負荷波動和調(diào)整有功、無功潮流時，均不應發(fā)生自發(fā)振蕩；在正常運行方式下，系統(tǒng)中任何一個元件（發(fā)電機、變壓器、線路、母線）發(fā)生單一故障時，不應導致主系統(tǒng)非同步運行，不應發(fā)生頻率崩潰和電壓崩潰。為此，對發(fā)電機組主要電氣參數(shù)選擇應符合如下附表1所示、水輪發(fā)電機組主要電氣參數(shù)選擇應符合如下附表2所示、汽輪發(fā)電機升壓變壓器的短路阻抗選擇應符合如下附表3所示的要求。對于電源的接入，應遵循的

5、基本原則是，600MW及以上機組宜提入500KV或330KV系統(tǒng)。對于短路電流水平較高的地區(qū)，或600MW以下100MW以上的機組，可接入220KV系統(tǒng)。運行約束就發(fā)電機組而言，自身應具有一定的抗擾動和某種特殊狀態(tài)運行的能力。比如：小擾動下具有一定的動態(tài)穩(wěn)定能力，能承擔一定的不平衡負載，具有一定的有功無功調(diào)整能力，能承受一定的短路沖擊等。但它的承受能力是有局限性的。例如：發(fā)電機單機容量越大，耐振蕩的能力越小，承受短路電流標么值越小；進相運行時端部發(fā)熱、不平衡運行時轉(zhuǎn)子過熱等問題更加突出等。為了滿足實際的需要，對發(fā)電機的頻率電壓的運行要求，如下圖1所示：圖1發(fā)電機頻率電壓運行限值圖中X軸為頻率，

6、Y軸為電壓。發(fā)電機應在1區(qū)內(nèi)運行，3點為額定運行點。2區(qū)內(nèi)運行受溫度和溫升的限制。所以行業(yè)標準中嚴格地規(guī)定了允許運行的偏移和對應的允許時間。對于發(fā)電機失磁異步運行，GB/T7064作了規(guī)定。600MW及以上機組的允許運行時間和減負載方式由用戶與制造廠協(xié)商決定。 水輪發(fā)電機一般不允許失磁運行。對于不平衡負載下運行，不同容量和不同轉(zhuǎn)子冷卻形式的機組，其負序電流分量I2與額定電流IN之比I2/IN應符合GB755規(guī)定。對于失步運行，振蕩期間電流沖擊超額定值，因為定子繞組端部的受力與電流的平方成正比，若電流小于70的三相短路電流，最大受力雖小于三相短路時的1/2，仍可能破壞發(fā)電機繞組端部的緊固性。正常

7、運行時定子繞組端部處于長期的100Hz振動力作用下，若因過流沖擊產(chǎn)生結(jié)構(gòu)松弛，固有頻率也會隨之改變，可能出現(xiàn)共振，即使沒形成整體共振，松弛現(xiàn)象也必然逐漸加重，最后是絕緣損壞引起事故。因此，當引起系統(tǒng)振蕩的故障點在發(fā)變組外部時，汽輪發(fā)電機最多能夠承受至少520個振蕩周期，以便系統(tǒng)盡可能快速恢復穩(wěn)定。當故障點在發(fā)變組內(nèi)部時應立即啟動失步保護。 事實上電網(wǎng)的擾動，不論以何種形式表現(xiàn)，都會引起機組扭振，造成旋轉(zhuǎn)部件的疲勞和壽命損耗。但只要遵守有關(guān)規(guī)程和導則的規(guī)定，對發(fā)電機和電網(wǎng)都是安全的。國際大電網(wǎng)會議(CIGRE)對發(fā)電機從設計制造的角度出發(fā)，提出的建議是，小于0.5 pu的功率波動，合閘相角差小于

8、10°的準同期并列，不對電機壽命造成損耗。單相重合閘每次沖擊的壽命損耗應遠低0.1%。軸系總壽命損耗一部分應當用于嚴重擾動，如機端短路1次，120°誤并列1次，近處三相短路并快速切除3次，近處三相短路并較慢切除1次。（每次疲勞壽命損失超過1%的要限制次數(shù)）。三相故障、三相重合閘和次同步諧振建議不予考慮。結(jié)束語機網(wǎng)協(xié)調(diào)是自電力系統(tǒng)存在以來就具有的一個基本問題。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和技術(shù)的變遷，需要研究的問題還會不斷涌現(xiàn)。但是，電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)的構(gòu)建，如果能在實體構(gòu)成之初的電力規(guī)劃、可行性研究等階段就納入深刻地分析和論證的話，對以后的運行指導將會更有意義。已建成投運的大機組，通過E

9、MS系統(tǒng)中的高級分析軟件，不斷地對系統(tǒng)的運行品質(zhì)進行狀態(tài)分析，也可提供寶貴的分析數(shù)據(jù)和經(jīng)驗積累。附表1 汽輪發(fā)電機基本參數(shù)要求額定功率P(MW)定子電壓（kV）短路比功率因數(shù)Xd（飽和值、）Xd(飽和值、%)T'd0（s）范圍推薦值100P<30010.5、15.750.450.620.80.850.85152512186.89.9300P<60018、20、22、240.40.60.80.850.85202615186.28.8600P<100020、22、240.40.580.850.90.9242815218.29.01000 24、270.40.50.90.9223515218.810.0附表2 水輪發(fā)電機基本參數(shù)要求額定功率P(MW)定子電壓（kV）短路比功率因數(shù)Xd（飽和值、）Xd(飽和值、%)Xq（飽和值、）X''q（飽和值、）T'd0（s）范圍推薦值50P<20010.5、13.81.01.40.80.90.8530352023477018236.310.8200P<40015.75、18、201.01.40.850.90.92128161881-84208.314.4