13電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化(第三章穩(wěn)定控制措施2)140416.ppt

1、,North China Electric Power University,電氣與電子工程學(xué)院,電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,2、提高暫態(tài)穩(wěn)定的二次系統(tǒng)措施 由于采取一次系統(tǒng)措施需要較多的投資。根據(jù)我國的實(shí)際情況，除超高壓重要聯(lián)絡(luò)線外，采取二次技術(shù)措施是提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平的重要手段。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,1) 快速切除故障 增加系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，首先應(yīng)當(dāng)致力于快速切除故障，尤其是應(yīng)在加速切除近端故障方面挖潛力。這是我國電力系統(tǒng)多年運(yùn)行的一條寶貴經(jīng)驗(yàn)。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,目前我國采用的F6S斷路器，機(jī)械動(dòng)作時(shí)間在50毫秒以下，另外在220KV

2、以上的輸電線路，均裝設(shè)2套主保護(hù)，以保證當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)快速切除故障。 對(duì)遠(yuǎn)距離重負(fù)荷輸送功率的線路，提高切除故障的速度，降低切除時(shí)間，會(huì)顯著提高輸電水平。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,2) 對(duì)于有重合閘裝置的線路采用最佳重合閘時(shí)間 對(duì)于單回聯(lián)絡(luò)線，以單項(xiàng)瞬時(shí)故障為運(yùn)行準(zhǔn)則，采用快速重合閘可有效地提高穩(wěn)定運(yùn)行水平。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,實(shí)例： 甘陜600KM聯(lián)絡(luò)線單回線運(yùn)行時(shí)，將重合閘時(shí)間從0.8秒降低至0.5秒，提高15%輸送功率。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,對(duì)于多回聯(lián)絡(luò)線是以單相永久故障為運(yùn)行準(zhǔn)則，則要研究最佳重合閘時(shí)間。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,第三

3、章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,3）連鎖切機(jī)和火電機(jī)組壓出力； 保證電力系統(tǒng)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的最根本的前提是，在任何情況下包括在故障后的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，保證線路的傳輸能力總是大于系統(tǒng)通過它實(shí)際傳輸?shù)墓β省?連鎖切機(jī)實(shí)際上是為了保證線路的傳輸能力總是大于系統(tǒng)通過它傳輸?shù)淖畲蠊β剩?第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,此外，因線路故障失去了電網(wǎng)必要的傳輸能力時(shí)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不夠，在終端也應(yīng)切除相適應(yīng)的負(fù)荷，以減低未故障那部分電網(wǎng)通過的功率。這樣才可能保持系統(tǒng)的繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,如水電廠經(jīng)雙回線遠(yuǎn)距離向負(fù)荷中心送電，要考慮一回線故障跳開連鎖切機(jī)（一般都裝有連鎖切機(jī)）。如系統(tǒng)調(diào)節(jié)

4、能力不夠，應(yīng)切掉相應(yīng)的負(fù)荷。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,連鎖切機(jī)實(shí)際上是為了保證線路的傳輸能力總是大于系統(tǒng)通過它傳輸?shù)淖畲蠊β剩?連鎖切機(jī)一般要躲過重合閘的動(dòng)作，也就是線路發(fā)生瞬時(shí)故障重合閘重合成功，則不必切機(jī)。連鎖切機(jī)首先要判斷三相開關(guān)全部跳開，同時(shí)切部分發(fā)電機(jī)組。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,事例1： 如圖：當(dāng)一回線三相跳開，同時(shí)連鎖切一臺(tái)機(jī)。 對(duì)于火電機(jī)組，由于切機(jī)對(duì)鍋爐和汽輪機(jī)的沖擊較大，一般采用多臺(tái)機(jī)組壓出力來降低聯(lián)絡(luò)線的傳輸功率。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,事例2： 當(dāng)330KV線路故障跳開，兩回220KV線路過負(fù)荷，需要遠(yuǎn)切發(fā)電廠機(jī)組。,第三章 提高電力系統(tǒng)

5、穩(wěn)定性的措施,4）切集中負(fù)荷 切集中負(fù)荷，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行頻率；可以減輕某些聯(lián)絡(luò)線路的過負(fù)荷；可以提高受端電壓水平，因而有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,切集中負(fù)荷有兩種情況， a) 當(dāng)系統(tǒng)失去一個(gè)大電源時(shí)，要迅速切除電源附近相當(dāng)于電源容量的集中負(fù)荷（一般采用聯(lián)切方式），以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,b）對(duì)于遠(yuǎn)距離受電的電網(wǎng)，如果聯(lián)絡(luò)線為單回線，當(dāng)聯(lián)絡(luò)線故障，聯(lián)切集中負(fù)荷,以維持孤立受端電網(wǎng)的頻率。 （判斷三相跳開，則聯(lián)切集中負(fù)荷）。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,切集中負(fù)荷對(duì)用戶的影響較大，而且由于遠(yuǎn)方控制可能帶來誤動(dòng)作，因而要尤為

6、慎重。減少和避免誤切機(jī)的可行辦法是，連鎖就地切負(fù)荷，遠(yuǎn)方控制時(shí)加入本地判斷信號(hào)的閉鎖功能。另外對(duì)實(shí)施集中切負(fù)荷的用戶，要有外來保安電源（保安電源備自投）。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,5）電氣制動(dòng)（多余功率，發(fā)電機(jī)又不能切） 電氣制動(dòng)是指在故障切除后，在電廠母線上短時(shí)間投入一電阻，以吸收發(fā)電機(jī)組因故障獲得的加速能量，使發(fā)電機(jī)組在故障切除后得以快速減速，從而減小最大搖擺角。達(dá)到提高穩(wěn)定水平的目的。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,即當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生大干擾時(shí)，施加一個(gè)人工的電氣負(fù)荷，增加發(fā)電機(jī)的電磁功率，降低轉(zhuǎn)子的加速度。 電氣制動(dòng)一般在故障 發(fā)生后的0.5秒投入并 聯(lián)電阻器，以降低附 近發(fā)電機(jī)

7、的加速功率 和盡快消弱故障時(shí)獲 得的動(dòng)能。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,美國BPA電力管理局已采用這種方案加強(qiáng)太平洋西北電網(wǎng)故障時(shí)的暫態(tài)穩(wěn)定性，在其管轄的太平洋西北部電網(wǎng)內(nèi)一個(gè)電廠安裝了1400MW，240kV分組投切的制動(dòng)電阻。該電阻器是由很粗的不銹鋼絲纏在三個(gè)水泥塔上而構(gòu)成的。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,對(duì)于火電機(jī)組施加電氣制動(dòng)，這是一個(gè)巨大的沖擊負(fù)荷，必須事先校核其對(duì)軸系疲勞壽命的影響。 對(duì)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電廠，聯(lián)絡(luò)線路一回故障，可投入制動(dòng)電阻。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,6）受控的系統(tǒng)解列 受控的解列可用于防止互聯(lián)系統(tǒng)中某一地區(qū)內(nèi)的大擾動(dòng)波及系統(tǒng)的其它地區(qū)并造成嚴(yán)重

8、的系統(tǒng)崩潰。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,系統(tǒng)穩(wěn)定破壞（暫態(tài)失穩(wěn)或動(dòng)態(tài)失穩(wěn)）開始階段的直接表現(xiàn)一般是2個(gè)（或多個(gè)）同調(diào)機(jī)群之間相對(duì)功角差不斷增大而失去同步。其外在表現(xiàn)為潮流和電壓的強(qiáng)烈振蕩，且振蕩主要發(fā)生于互聯(lián)失步系統(tǒng)間或失步同調(diào)機(jī)群之間的電氣聯(lián)絡(luò)線上。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,對(duì)失步電網(wǎng)，發(fā)生同步振蕩或異步振蕩的聯(lián)絡(luò)線上各點(diǎn)電壓發(fā)生周期性的振蕩，各聯(lián)絡(luò)線上電壓振蕩最劇烈的地方即是同步振蕩和異步振蕩的振蕩中心的位置，在振蕩聯(lián)絡(luò)線上一般越靠近振蕩中心，電壓越低。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,振蕩中心是在發(fā)生異步振蕩的聯(lián)絡(luò)線上電壓出現(xiàn)最低值的點(diǎn)。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的

9、措施,失步斷面聯(lián)絡(luò)線有功周期性過零振蕩；失步斷面聯(lián)絡(luò)線上無功沿失步中心附近的兩側(cè)總體呈現(xiàn)流入失步中心的特征。失步中心兩側(cè)的母線電壓的相位角差超過180,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,失步解列一般應(yīng)在系統(tǒng)失步后2個(gè)到3個(gè)失步周期或相應(yīng)的時(shí)間延遲內(nèi)執(zhí)行，否則將可能發(fā)展為多機(jī)群之間的失步振蕩，進(jìn)一步擴(kuò)大事故。 要在失去同步的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)合理的解列，采取系統(tǒng)解列措施要選擇合適的解列點(diǎn)，選擇解列點(diǎn)在振蕩中心最佳（振蕩中心電壓最低或?yàn)榱悖５€要考慮兩個(gè)基本條件： 解列后的兩側(cè)系統(tǒng)必須各自能保持同步運(yùn)行； 解列后兩側(cè)系統(tǒng)的供需(有功及無功功率，考慮自動(dòng)裝置的作用)能基本

10、平衡。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,解列點(diǎn)的選擇應(yīng)即保證解列后各獨(dú)立網(wǎng)負(fù)荷的基本平衡，又要兼顧設(shè)在振蕩中心。以便能取得可靠的控制信號(hào)。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,事例：87年龍羊峽下閘蓄水控制方式如圖：,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,目前國內(nèi)解列裝置普遍采用的方案是通過離線分析計(jì)算，確定可能的系統(tǒng)失步模式，并針對(duì)可能的失步（在可能發(fā)生的多種運(yùn)行方式下），在電力系統(tǒng)中預(yù)先選擇適當(dāng)?shù)慕饬悬c(diǎn)，并配置合適的解列裝置。當(dāng)解列裝置判斷當(dāng)前的狀態(tài)屬于失步狀態(tài)時(shí)，在選定的地點(diǎn)完成解列操作。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,近年來，廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）的

11、發(fā)展，為系統(tǒng)振蕩中心和解列點(diǎn)的實(shí)時(shí)選擇和確定創(chuàng)造了條件。由變電站安裝 的PMU組成的廣域測(cè)量系統(tǒng)（WAMS）可得到聯(lián)絡(luò)線變電站的母線電壓有效值和相角，經(jīng)過分析，找到電壓最低點(diǎn)、電壓最低點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間以及聯(lián)絡(luò)線兩端母線相角差是否平滑變化180，再根據(jù)同調(diào)機(jī)群的特性而確定振蕩中心位置，并根據(jù)系統(tǒng)情況確定解列點(diǎn)。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,二、提高頻率穩(wěn)定性的二次系統(tǒng)措施 1 按頻率降低自動(dòng)減負(fù)荷（低頻減載） 在電力系統(tǒng)中，對(duì)于有可能發(fā)生功率缺額的電網(wǎng)（可能是全網(wǎng)，也可能是局部電網(wǎng)），必須配置按頻率降低自動(dòng)減負(fù)荷裝置（簡(jiǎn)稱低頻減負(fù)荷或叫低頻減載裝置），以保證在發(fā)生突然意想不到的事故造成有功功率

12、缺額時(shí)，能迅速使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到接近額定值。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,低頻減負(fù)荷整定與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則為： 1）當(dāng)發(fā)生有功功率缺額，系統(tǒng)頻率突然下降時(shí)，必須及時(shí)切除與有功功率缺額相當(dāng)?shù)呢?fù)荷，使系統(tǒng)頻率保持穩(wěn)定（接近額定值）。不能發(fā)生頻率崩潰或頻率長期懸浮在某一低值下。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,2）在任何可能的情況下，低頻切荷的低頻定值和切荷時(shí)間必須和大機(jī)組的低頻保護(hù)相配合，并留有一定的裕度。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,如我們前面講的，大機(jī)組低頻保護(hù)為47.5HZ，延時(shí)9秒跳開，則低頻切荷的低頻值應(yīng)大于47.5HZ，延時(shí)時(shí)間小于9秒。目前我國一般切荷低頻值為49-48HZ，延時(shí)

13、0.2秒，以保證系統(tǒng)事故時(shí)先切負(fù)荷，保證大機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,3）因負(fù)荷過切引起頻率過調(diào)，最大不得超過某一定值（5152Hz）。例如我國300MW機(jī)組高頻切機(jī)頻率整定一般為51-52HZ，則一定要防止過切負(fù)荷引起頻率的升高超過51HZ，防止大型機(jī)組高頻切機(jī)保護(hù)動(dòng)作，避免事故進(jìn)一步惡化。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,4）低頻切負(fù)荷要從最不重要的負(fù)荷開始切（第三類、第二類），以保證重要負(fù)荷供電。 5）對(duì)于帶有大型同步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的變電站要增設(shè) （頻率變化率）閉鎖和低電壓閉鎖功能，避免低頻減載裝置的誤動(dòng)作。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,事例： 如圖變電站供電的

14、兩回線路，正常運(yùn)行時(shí)一條線路斷開備用，一條線路供電。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,當(dāng)供電線路三相重合閘重合后，變電站已無運(yùn)行負(fù)荷，這就是低頻減載裝置的誤動(dòng)作。在此種情況下， 很大，U很小，采用 某一值，U某值，使低頻減載裝置不動(dòng)作，可有效地防止低頻減負(fù)荷裝置的誤動(dòng)作。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,6）設(shè)計(jì)的切荷量一般要大于實(shí)際所需切荷量（考慮線路負(fù)荷變化可能預(yù)計(jì)值比實(shí)際值大、低頻繼電器拒動(dòng)、低頻切荷壓板未投入等因素），但要防止過切。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,傳統(tǒng)的方法是將系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的集合、系統(tǒng)潮流方式的集合以及預(yù)想事故的集合按照某種方式進(jìn)行組合，離線計(jì)算出各種組

15、合方式下最大功率缺額，進(jìn)而計(jì)算出各級(jí)的減載量。但是這種離線整定的方法往往是根據(jù)系統(tǒng)最嚴(yán)重故障下的頻率絕對(duì)值情況來整定，存在如下缺陷： 減載量不準(zhǔn)確 減載速度慢 頻率恢復(fù)緩慢,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,復(fù)雜電力系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時(shí)，系統(tǒng)各點(diǎn)的頻率變化是不一致的，即頻率的動(dòng)態(tài)過程具有空間分布性。各節(jié)點(diǎn)的頻率動(dòng)態(tài)過程都不同，可能導(dǎo)致同一級(jí)裝置動(dòng)作時(shí)間上的差異。另外根據(jù)傳統(tǒng)方法整定的減負(fù)荷裝置切負(fù)荷必須要等到頻率降低到整定值以下才動(dòng)作，可能會(huì)錯(cuò)過最佳切除時(shí)間。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,目前我國國家調(diào)度通信中心統(tǒng)一規(guī)定，低頻切荷定值為頻率49-48HZ，級(jí)差0.2HZ，延時(shí)0.2秒，為防

16、止頻率長期懸浮在49HZ附近，設(shè)49HZ、延時(shí)20秒動(dòng)作為特殊輪。低頻總切荷量大于最大負(fù)荷的47。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,具體切荷輪次 4948Hz 級(jí)差 0.2Hz 延時(shí)0.2s 49 Hz 0.2s 48.8 Hz 0.2s 48.6 Hz 0.2s 48.4 Hz 0.2s 48.2 Hz 0.2s 48.0 Hz 0.2s 49 Hz 20s 特殊輪,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,在系統(tǒng)發(fā)生功率缺額的動(dòng)態(tài)過程中，能夠明確表征系統(tǒng)頻率變化的變量有頻率f、頻率變化率 ，因此裝置可以有效利用的參量也只有頻率f、頻率變化率 、時(shí)限等為數(shù)較少的幾個(gè)量。 近年新生產(chǎn)的一些低頻減載裝

17、置具有比較檢測(cè)的頻率變化率和整定的頻率變化率定值的功能，可以確定是否實(shí)施加速切除1、2、3輪負(fù)荷，當(dāng)系統(tǒng)功率缺額較大時(shí)，可加快切負(fù)荷的速度，防止發(fā)生頻率崩潰事故。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,對(duì)于無大機(jī)組又有可能系統(tǒng)事故造成孤網(wǎng)運(yùn)行的地區(qū)小網(wǎng)，如果切荷量不夠，一般增設(shè)48HZ47.5HZ之間切荷輪數(shù)。這樣，在主網(wǎng)事故時(shí)，增設(shè)的切荷輪數(shù)不動(dòng)作。增設(shè)切荷量要根據(jù)預(yù)計(jì)的有功功率缺額確定。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,事例： 如圖，當(dāng)主變壓器故障，該小網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行，需增設(shè)低頻減載。設(shè)置時(shí)，按電廠開機(jī)最小，網(wǎng)內(nèi)功率缺額最大安排低頻切荷輪數(shù)和切荷量 。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,河南電網(wǎng)

18、“ 6.25” 事故 2004 年 6 月 25 日豫東南地區(qū)川匯變電站2 號(hào)主變停運(yùn)檢修，110kV川匯變電站所接隆達(dá)電廠 1、 2 號(hào)機(jī)組總出力 160 MW, 110 kV系統(tǒng)總用戶負(fù)荷 73 MW, 有 87 MW的剩余有功功率通過川匯變電站 1 號(hào)主變送往 220 kV系統(tǒng)。 下午豫東南地區(qū)天氣突變， 出現(xiàn)雷雨大風(fēng)。19 10 川 匯變 1 號(hào)主變中壓側(cè)開關(guān)及 母聯(lián) 220開關(guān)跳閘。,第三章 提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施,形成了隆達(dá)電廠帶 110 kV系統(tǒng)小網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行的特殊運(yùn)行方式, 送往 220 kV系統(tǒng)的 87 MW多余出力約為當(dāng)時(shí)小系統(tǒng)總用電負(fù)荷的 120 %, 出現(xiàn)嚴(yán)重的負(fù)荷不平衡，引起110 kV系統(tǒng)頻率迅速上升、 機(jī)組超速。1號(hào)機(jī)組在 23min內(nèi) 超速保護(hù)控制系統(tǒng)反復(fù)動(dòng)作 252 次, 2 號(hào)機(jī)組在 4min內(nèi)動(dòng)作 50 次, 使機(jī)組的調(diào)速汽門周期性動(dòng)作, 頻率在 51.5 Hz至 49 Hz之間頻繁波動(dòng)，以 5 s 的周期進(jìn)行近乎等幅的劇烈振蕩, 給小網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行及機(jī)組設(shè)備安全都造成了嚴(yán)重的威脅。 至隆達(dá)電廠2 號(hào)發(fā)電機(jī)被迫手動(dòng)解列并手動(dòng)降低1號(hào)發(fā)電機(jī)出力。甩負(fù)荷88MW至總出力 72 MW。小網(wǎng)