两渡直流投产后南方电网失步特性及应对措施分析

两渡直流投产后南方电网将形成"八交八直"并列运行的局面,可大幅提高西电东送的能力,但也会给南方电网严重故障后的失步特性带来新的问题。为此,研究了南方电网现有失步解列控制措施的适应性及存在问题,通过仿真研究分析了两渡直流投产后南方电网失步振荡特性的变化,并根据南方电网发展情况给出了云南与主网异步联网、强化稳定防线等方面的应对措施。     

电网失步解列装置配置研究

本文针对失步解列Ucosφ原理,研究了滇东北电网的振荡中心,论证了失步解列装置的配置方案,提出了失步解列的控制策略,仿真了牛从直流多极闭锁、甘永故障跳双回、永多故障跳双回的控制效果。研究成果于2014年6月得到现场应用。     

考虑次要失步机群的大区电网失步解列配置

通过对大规模电网的失步仿真研究发现,当系统失步时失步机群可能会呈现为主要失步机群和次要失步机群2种失步模式。主要失步机群决定着整个大区电网的失步中心断面联络线,而次要失步机群不能决定整个大区电网的失步中心断面联络线。该现象将导致通过捕捉失步断面电压最低点（失步中心）寻找失步断面联络线的方法一般只能将主要失步机群分开,却未必能够将次要失步机群也合理分布到与之同调的机群之中。因此,工程中应结合系统离线仿真分析,尽可能对有可能成为次要失步模式的机组安装失步解列装置,以作为一种后备,防止次要失步模式机组扰动系统,造成事故扩大。     

基于电压频率特性的大区联网失步振荡中心研究

长距离、大区互联电网背景下,研究电力系统失步中心的电气量特性是解决失步解列问题的关键点之一。为此,基于理论分析,从频率的角度研究了失步中心电气量的特性,提出了基于电压频率特性识别与定位失步中心的方法。通过构建与求解电网的失步模型,得到失步振荡时任意位置的电压频率解析表达式,基于此,详细分析了失步中心与非失步中心的电压频率特性,得出相应结果:失步中心的电压频率等于系统两侧等值电势平均电压频率;在失步中心同一侧不同位置的频率在时间轴上存在相似的变化规律且曲线有交点;在失步中心两侧的电压频率变化趋势相反且曲线不相交;距离失步中心越近电压频率振荡越剧烈。四机两区域系统和某实际区域互联电网算例的仿真结果验证了上述方法和结论的正确性与有效性。     

基于电压相量轨迹的失步振荡中心特性解析及解列断面预判

利用电压相量轨迹信息解析电网失步振荡中心分布特性并实时预判解列断面,能够为主动解列控制提供决策依据。首先针对两机失步模型,证明了沿线各节点的电压相量轨迹是圆,其圆心坐标、半径大小与两侧电势及节点位置有关,依据失步振荡中心的电压过零这一特征,推导出失步振荡中心分布特性是圆或直线的解析方程;其次,针对理想两群摇摆,提出了无需等值参数辨识的失步振荡中心精准定位方法,针对实际电网环境下的失步振荡,利用失步振荡中心所在线路端点的电压相量轨迹与坐标原点的位置关系,构建失步振荡中心所在线路的预判指标,指标存在固定临界值零;最后,提出了失步解列断面预判方法,仅依据线路端点量测即可实现实时预判。500kV两机系统、IEEE-118节点系统和实际交直流混联电网算例验证了方法的有效性,方法计算简单、适用性强、时效性好,具有较高的工程应用价值。     

失步振荡解列安自装置相位角原理阐述

继电保护监督汇编中要求：为防止电力系统中受到各种原因的较大扰动而发生失步振荡时引起系统稳定破坏,造成大面积和重要地区停电,应装设解列装置,当超过振荡周期后将与系统进行解列[1][2]。电厂供电出线可能发生的故障对系统、机组产生失步振荡,原有装设的发变组失步保护装置不能满足电网的要求,须装设第三道稳控防线解列安自装置切机。本文对失步振荡解列安自装置相位角原理进行了阐述。     

福建电网失步断面的仿真与预测

论述了电力系统失步断面分析在系统解列研究中的意义,对福建电网典型故障模式下的失步断面位置进行仿真预测分析,为解列点的选择提供依据。     

长距离输电型电网振荡中心分布及解列措施

针对中国典型的长距离输电型互联电网——西北电网,采用时域仿真分析并结合电网物理特性的定性分析方法,基于不同水平年多个运行方式下大量仿真计算,进行西北电网失步振荡中心在不同水平年、不同故障扰动条件下分布情况的对比分析,论述了在该类型电网中失步振荡中心分布的特点、影响因素和一般特征。在此基础上,针对失步断面近区发电机组受振荡能量冲击,与振荡中心两侧振荡机群均失去同步的情况及其对常规解列措施的影响,提出了在确保主失步振荡机群合理解开前提下,按失步断面解开后形成的末端电网恢复效果原则选择解列断面或加配其他措施的改进解列措施。     

一种捕捉失步中心位置的新方法

目前工程应用的失步解列装置基本是通过最小测量电压或最小测量视在阻抗幅值去捕捉失步中心的位置,然后判断装置是否实施解列,但仅通过电压幅值或反映电压幅值的视在阻抗幅值不能判断失步中心的位置方向。无功功率与电压存在强耦合的关系,通过u cosφ轨迹过零等方法可以判断出失步中心出现的时刻,此时瞬时无功功率在失步断面联络线上呈单调性分布且在失步中心处大小为0。基于此,提出了通过无功功率捕捉失步中心位置的算法。该算法在确定失步中心的位置范围的同时可判断出失步中心的位置方向,可给出更多的振荡信息。最后,通过仿真进行了必要的说明。     

振荡中心迁移下的电网失步解列策略

振荡中心迁移严重危害电网的安全稳定,选取合适的解列判据,准确定位并实施解列具有重要意义。基于等值两机系统推导分析振荡中心迁移的理论原因,分析失步过程中电压的变化特点,依据两侧系统频率差与失步中心出现频率的对应关系提出基于支路两端母线频率差的失步解列判据;针对振荡中心迁移对失步解列控制的影响,提出了基于广域测量信息的自适应失步解列策略。通过对某区域互联电网进行仿真分析,发现振荡中心迁移现象,认为失稳模式的改变是振荡中心迁移的直接原因,并进行解列策略的仿真验证。仿真结果证明了所提出的解列策略的有效性。     

基于无功功率捕捉失步解列断面的理论研究

就等值双机系统在失步振荡过程中失步断面联络线的电气量进行了研究分析。当多机电力系统失步成2组同调机群,失步断面通常是由考虑到解列后子系统的同步运行并可以将系统解列成2个同调子系统的一组联络线组成。这组联络线的电气量的共同特征主要是:失步断面联络线上有功功率周期性过零振荡;失步断面联络线上有一点(失步中心),其电压幅值的变化幅度明显大于联络线的其他地方,且距离失步中心越远,幅值变化越小,即在失步振荡过程中,失步断面联络线存在明显的电压梯度;失步过程中,无功功率由失步断面两侧流向失步断面中。利用有功过零判断振荡周期并在该周期内对无功功率进行积分,该积分值能够反映出失步断面的这些特征。基于此,提出了基于无功功率寻找失步解列断面的方法。     

电力系统失步解列综述

对国内外目前电力工程中应用的电力系统失步解列装置的原理进行了概述和分析,通过对目前失步解列装置研制方法的分析与研究,指出目前大部分应用的失步解列装置的实现原理,实质上反映了失步断面联络线上有功功率周期性过零的特征,这易于将同调机群间发生同步振荡的联络线误切,故建议目前的失步解列装置应具备正确捕捉失步断面(中心)的能力。基于光纤通信系统将失步解列装置组合成失步解列控制系统,应是当前解决大区失步解列问题的主要发展方向之一,但应当首先寻找到可用于协调解列装置的失步断面电气量共性。预测性快速失步解列是当前学术上研究的热点,其需要解决的关键问题是能否准确预测并有效可靠地实现于实际工程之中。最后,对大区多频失步振荡的解列问题进行了探讨。     

中国南方电网失步解列装置的配合

通过对南方电网各种运行方式下严重故障的分析计算,结合现有失步解列装置的配置及其设计原理,分析了各种失步情况下电网所配置的失步解列装置的动作及其解列后电网各电气孤岛的稳定情况。南方电网的失步解列装置按照目前的配置在大部分情况下都能正确动作,但存在仅依靠孤立装置难以完全切开失步断面的情况。而失步解列只有断开失步机群之间的所有电气联系线路才能有效消除失步系统间的振荡,避免事故扩大。根据南方电网网情及其现有失步解列装置配置,指出了应在各失步解列装置之间建立通信联系,通过装置配合,可靠地实现系统失步时断开失步机群之间的失步断面,并进一步给出了失步解列建议方案。     

多频振荡下的失步振荡中心变化规律及其定位

基于三机等值系统,研究了多频振荡下失步振荡中心的特性及其变化规律。在同一失稳模式下,机组不同调导致振荡中心向不同调侧偏移,不同调越明显,偏移量越大。多频失步振荡过程中,同一个时刻仅有一个断面由于机组振荡导致电压为零,为系统失步振荡中心。失步振荡中心出现时,所在线路两侧等值两机系统功角摆开180°。系统阻抗参数决定了系统振荡中心最大迁移范围,在确定阻抗参数情况下,三机系统功角变化趋势决定了振荡中心迁移方向。传统基于就地信息的解列判据难以适应多频振荡下的失步场景,通过线路两侧相位差摆开180°的判据,可准确定位多频振荡下失步振荡中心出现时刻及其位置。     

多频振荡下失步解列判据的适用性分析

目前国内使用的失步解列装置应用的失步判据都是在两机失稳的情况下推导得出,在多频失步振荡情况下是否仍然适用值得探讨。以三机等值系统为模型,推导出各电气量的表达式,得出在多频振荡时失步中心在不同线路之间以及同一线路的不同位置之间发生迁移,而且各机组越不同调,失步中心可能在更多的线路之间发生迁移。此外,对基于Ucosφ轨迹、测量阻抗轨迹以及视在阻抗角变化规律的三种失步解列判据在多频振荡情况下的适用性进行分析研究,可知三种失步判据都存在误判的风险,建议将基于视在阻抗角判据与线路两端相角差判据配合使用,提高失步解列装置的正确性。     

异步联网方式下云南电网超低频振荡的机理分析与仿真

2016年云南电网与南方电网主网将实施异步联网运行方式,然而在异步联网系统试验中进行预设的直流功率提升等试验项目时发现云南电网频率出现长时间超低频率的振荡。通过大量现场试验数据分析,锁定了水电机组调速系统是造成本次振荡的直接原因,并对水电机组调速系统在振荡过程中提供负阻尼的机理进行了分析。在此基础上,利用离线数据仿真成功复现了试验过程中的超低频振荡现象,验证了理论分析的正确性,最后对下一步工作提出了初步建议。     

异步运行状态下振荡中心研究

基于等值两机系统模型,提出一种系统异步运行过程时求取振荡中心新的算法———函数求导法,分析了振荡中心与失步中心的位置以及漂移轨迹的特征,得出联络线两端等值电势幅值不等是产生振荡中心漂移的真正原因,失步解列的依据是失步中心的位置的确定。