(高清版)GBT 40615-2021 電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評價(jià)導(dǎo)則

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評價(jià)導(dǎo)則2021-10-11發(fā)布2022-05-01實(shí)施國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會前言 I 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4總體原則 5電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 6靜態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)方法 7暫態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)方法 58長期電壓穩(wěn)定評價(jià)方法 6I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中國電力企業(yè)聯(lián)合會提出。本文件由全國電網(wǎng)運(yùn)行與控制標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC446)歸口。本文件起草單位：國家電網(wǎng)有限公司國家電力調(diào)度控制中心、中國電力科學(xué)研究院有限公司、中國南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心、國家電網(wǎng)公司華北分部、國家電網(wǎng)公司西南分部、國家電網(wǎng)有限公司西北分部、國家電網(wǎng)有限公司華東分部、廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司、國網(wǎng)青海省電力公司、國網(wǎng)山西省電力公司。1電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評價(jià)導(dǎo)則本文件確立了電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的評價(jià)原則，規(guī)定了靜態(tài)電壓穩(wěn)定、暫態(tài)電壓穩(wěn)定和長期電壓穩(wěn)定評價(jià)內(nèi)容和方法。本文件適用于110kV及以上電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定計(jì)算和分析，其他電壓等級參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB38755—2019電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則3術(shù)語和定義GB38755—2019界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。電力系統(tǒng)受到小擾動或大擾動后，系統(tǒng)電壓能夠保持或恢復(fù)到允許的范圍內(nèi)，不發(fā)生電壓崩潰的能力。電壓崩潰voltagecollapse當(dāng)系統(tǒng)處于電壓不穩(wěn)定狀態(tài)，負(fù)荷仍持續(xù)地試圖通過增加電流以獲得更大的功率(有功或無功),導(dǎo)致系統(tǒng)大范圍電壓持續(xù)下降的過程。靜態(tài)電壓穩(wěn)定steady-statevoltagestability電力系統(tǒng)受到小擾動后，系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。暫態(tài)電壓穩(wěn)定transientvoltagestability電力系統(tǒng)受到大擾動后，系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。長期電壓穩(wěn)定long-termvoltagestability電力系統(tǒng)受到大擾動后，長期過程中系統(tǒng)所有母線保持穩(wěn)定電壓的能力。集中接入電力系統(tǒng)的風(fēng)電場或光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)以下所有設(shè)備。2多饋入直流短路比multi-infeedDCshort-circuitratio;MSCR直流饋入換流母線的短路容量與考慮其他直流回路影響后的等值直流功率的比值。4總體原則4.1電壓穩(wěn)定評價(jià)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定評價(jià)的重要組成部分。電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定評價(jià)宜包括電壓穩(wěn)定評價(jià)。4.2電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定評價(jià)一般包括靜態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)和暫態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)，在故障后運(yùn)行方式下靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度較低或需要考慮機(jī)組過勵(lì)等長時(shí)間元件動態(tài)特性時(shí)，應(yīng)采用長期電壓穩(wěn)定評價(jià)。5電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)5.1靜態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)5.1.1區(qū)域負(fù)荷有功功率裕度K的定義為公式(1)。Pmx——臨界運(yùn)行點(diǎn)的有功功率值，單位為兆瓦(MW);P——初始有功功率值，單位為兆瓦(MW)。5.1.2區(qū)域負(fù)荷無功功率裕度K的定義為公式(2)。式中：Qmax——臨界運(yùn)行點(diǎn)的無功功率值，單位為兆乏(Mvar);Q——初始無功功率值，單位為兆乏(Mvar)。5.1.3在區(qū)域最大負(fù)荷或最大斷面潮流下，正常運(yùn)行或檢修方式下的區(qū)域負(fù)荷有功功率裕度應(yīng)大于8%;N-1故障后運(yùn)行方式的區(qū)域負(fù)荷有功功率裕度應(yīng)大于5%。受電比例較高的地區(qū)應(yīng)適當(dāng)調(diào)高負(fù)荷有功功率裕度。5.1.4在區(qū)域最大負(fù)荷或最大斷面潮流下，正常運(yùn)行或檢修方式下的母線負(fù)荷無功功率裕度應(yīng)大于8%;N-1故障后運(yùn)行方式的母線負(fù)荷無功功率裕度應(yīng)大于5%。受電比例較高的地區(qū)應(yīng)適當(dāng)調(diào)高負(fù)荷無功功率裕度。5.1.5對于多回直流饋入情況，評價(jià)交直流系統(tǒng)相對強(qiáng)弱的多饋入短路比指標(biāo)為：b)中——MSCR在2～3之間；c)弱——MSCR小于2。5.2暫態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)受到大擾動后的暫態(tài)過程中，負(fù)荷母線電壓應(yīng)在10s以內(nèi)恢復(fù)到0.80p.u.以上(本文件選取平均額定電壓為電壓基準(zhǔn)值),在新能源密集地區(qū)，應(yīng)保證新能源場站不脫網(wǎng)且不反復(fù)進(jìn)入低電3壓穿越。應(yīng)注意區(qū)分由于發(fā)電機(jī)功角振蕩引起的振蕩中心附近的電壓降低和暫態(tài)電壓失穩(wěn)引起的電壓降低。5.3長期電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在電力系統(tǒng)受到大擾動后的長期過程中，負(fù)荷母線電壓應(yīng)保持或恢復(fù)到0.90p.u.以上。通過仿真計(jì)算進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)包含長期動態(tài)元件和環(huán)節(jié)的響應(yīng)，達(dá)到新的平衡點(diǎn)。5.4監(jiān)測母線的選擇實(shí)際應(yīng)用暫態(tài)及長期電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)將電壓監(jiān)測點(diǎn)選擇在負(fù)荷母線處。6靜態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)方法6.1基本要求6.1.1計(jì)算評價(jià)靜態(tài)電壓穩(wěn)定前應(yīng)明確仿真模型和計(jì)算條件，包括分區(qū)劃分、發(fā)電機(jī)及新能源模型、發(fā)6.1.2仿真計(jì)算應(yīng)采用靜態(tài)模型，其中發(fā)電機(jī)一般采用含無功上下限的PV節(jié)點(diǎn)模型；負(fù)荷應(yīng)采用恒功功率。6.1.3負(fù)荷增長方式對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性影響較大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定，或采取典型增長方式，如計(jì)算P-U曲線，負(fù)荷增長方式為恒定功率因數(shù)增長；計(jì)算U-Q曲線，負(fù)荷增長方式為有功功率不變、無功功率增長。電源出力應(yīng)根據(jù)負(fù)荷增長量，按照電網(wǎng)實(shí)際出力分配情況確定。6.1.4靜態(tài)電壓穩(wěn)定的評價(jià)結(jié)果應(yīng)包括母線、區(qū)域的電壓穩(wěn)定裕度，給出影響電壓穩(wěn)定性的關(guān)鍵負(fù)荷6.2計(jì)算方法及流程P-U,U-Q曲線法均可用于評價(jià)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度，P-U曲線、U-Q曲線示意圖如圖1、圖2所示。PX/:2圖1恒定電源、電抗及功率因數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化P-U曲線4圖2恒定電源、電抗及有功功率的標(biāo)準(zhǔn)化U-Q曲線6.2.2.1負(fù)荷增長法是通過某種負(fù)荷增長方式增加區(qū)域或母線的負(fù)荷，以獲取P-U曲線。該方法適用于評價(jià)負(fù)荷區(qū)域的電壓穩(wěn)定性。6.2.2.2斷面潮流增長法，送端采用增加機(jī)組出力，受端一般采用增大負(fù)荷，也可采用減小受端機(jī)組出力，使得送、受端斷面的潮流增加，以獲取P-U曲線。該方法適用于對區(qū)域最大輸電、受電能力的評估。6.2.2.3P-U曲線的“拐點(diǎn)”即為電壓崩潰點(diǎn)。通過計(jì)算區(qū)域有功功率裕度K評價(jià)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。6.2.3U-Q曲線6.2.3.1“假想同步調(diào)相機(jī)法”是在監(jiān)測母線處假想安置一臺不受無功出力限制的同步調(diào)相機(jī)，通過改變母線的電壓以獲得U-Q曲線。6.2.3.2負(fù)荷增長法、斷面潮流增長法也可用于獲取U-Q曲線。6.2.3.3U-Q曲線的最低點(diǎn)即為電壓崩潰點(diǎn)。通過計(jì)算無功功率裕度K評價(jià)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。6.2.4多饋入直流短路比通過定義多饋入影響因子(MIIF),用以描述多饋入交直流系統(tǒng)的直流子系統(tǒng)間相互作用的強(qiáng)弱，據(jù)此得到多饋入直流短路比MISCR,的計(jì)算方法為公式(3)。i——直流回路編號；S;——直流饋入換流母線i的短路容量，單位為兆伏安(MVA);Pa;——直流回路i的有功功率，單位為兆瓦(MW);Pa;——直流回路j的有功功率，單位為兆瓦(MW);5GB/T40615—2021MIIF;;——當(dāng)換流母線i切一組電抗器，使得該母線上的電壓△U;下降1%時(shí)，換流母線j的電壓變化率△U;%。MIIF;越大，則換流站i與換流站j間的相互作用越強(qiáng)。以互阻抗表示直流間的相互作用，可得到多饋入直流短路比MSCR;的計(jì)算方法為公式(4)。 (4)式中：i——直流回路編號；Sai——直流回路i饋入換流母線i的短路容量，單位為兆伏安(MVA);Pdegi——考慮其他直流回路影響后的直流回路i的等值直流功率，單位為兆瓦(MW);Zcui——從各直流換流母線看進(jìn)去的等值節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z。的第i行、j列元素，單位為歐姆(Ω);Zeuii——從各直流換流母線看進(jìn)去的等值節(jié)點(diǎn)阻抗矩陣Z的第i行、i列元素，單位為歐姆(Ω);U;——換流母線電壓，單位為千伏(kV)。多饋入交直流系統(tǒng)簡化模型如圖3所示。圖3多饋入交直流系統(tǒng)簡化模型根據(jù)計(jì)算需要，可選用公式(3)或公式(4)任一公式進(jìn)行多饋入直流短路比的計(jì)算。7暫態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)方法7.1基本要求7.1.1主要用于分析具有快速響應(yīng)的動態(tài)元件及控制裝置作用下的電壓穩(wěn)定性，如感應(yīng)電動機(jī)、直流輸電等。7.1.2評價(jià)暫態(tài)電壓穩(wěn)定前應(yīng)明確運(yùn)行方式和仿真模型，包括：發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)模型、負(fù)荷模型、直流模型、新能源模型、靈活交直流輸電設(shè)備模型、保護(hù)及安全自動裝置模型等。7.1.3發(fā)電機(jī)(含調(diào)相機(jī))應(yīng)采用可詳細(xì)模擬暫態(tài)特性的模型，模型應(yīng)包括機(jī)械動力學(xué)方程(阻尼的轉(zhuǎn)動方程)、電氣動力學(xué)方程、勵(lì)磁系統(tǒng)(采用實(shí)測參數(shù))及其他控制系統(tǒng)等。7.1.4負(fù)荷應(yīng)采用ZIP與異步電動機(jī)的組合模型、考慮配電網(wǎng)阻抗的綜合負(fù)荷模型、考慮分布式電源的負(fù)荷模型等可詳細(xì)模擬負(fù)荷暫態(tài)特性的模型。7.1.5直流輸電系統(tǒng)應(yīng)采用包含各種控制環(huán)節(jié)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型或更為詳細(xì)的電磁暫態(tài)模型。7.1.6新能源場站應(yīng)采用考慮站內(nèi)拓?fù)?、無功補(bǔ)償及場站級控制的機(jī)電或電磁暫態(tài)等值模型。7.1.7柔性直流輸電系統(tǒng)、靜止無功發(fā)生器(SVG)、可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置(TCSC)、統(tǒng)一潮流控制器6(UPFC)等靈活交直流輸電設(shè)備應(yīng)采用機(jī)電暫態(tài)模型或更為詳細(xì)的電磁暫態(tài)模型。7.1.8應(yīng)采用可詳細(xì)模擬電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的仿真計(jì)算程序。程序應(yīng)針對不同故障進(jìn)行仿真分析，給出故障后電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程。對于大容量直流落點(diǎn)電網(wǎng)，直流響應(yīng)特性對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響較大時(shí)，可采用機(jī)電-電磁暫態(tài)混合仿真或全電磁暫態(tài)仿真校驗(yàn)。7.2計(jì)算方法及流程7.2.1確定需研究的運(yùn)行方式，計(jì)算得到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況。7.2.2確定運(yùn)行方式對應(yīng)的動態(tài)元件模型參數(shù)。7.2.3應(yīng)遵循GB38755—2019,選定需要研究的故障集。選擇需要監(jiān)測的電氣量。7.2.4對選定的故障進(jìn)行時(shí)域仿真計(jì)算，基于暫態(tài)電壓穩(wěn)定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行暫態(tài)電壓穩(wěn)定判斷，確定關(guān)鍵故障集及電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。7.2.5通過運(yùn)行方式調(diào)整，確定受暫態(tài)電壓穩(wěn)定約束的輸電能力，提出安全穩(wěn)定控制策略以及網(wǎng)架優(yōu)化方案。8長期電壓穩(wěn)定評價(jià)方法8.1基本要求8.1.1主要用于分析響應(yīng)較慢的動態(tài)元件和控制裝置作用下的電壓穩(wěn)定性，包括鍋爐-汽機(jī)的慢速控制、發(fā)電機(jī)(含調(diào)相機(jī))過流和過勵(lì)限制、恒溫負(fù)荷、電壓和頻率的二次控制(如有載調(diào)壓變壓器、并聯(lián)可控電容器)等。8.1.2評價(jià)長期電壓穩(wěn)定前應(yīng)明確運(yùn)行方式和仿真模型。仿真模型除考慮快速動作的元件外，還應(yīng)計(jì)及過勵(lì)限制、定子過