一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法
【专利摘要】本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，基于互联系统的频率特性、拓扑结构、功率平衡等特点，确定高频切机的基本配置原则，再构建单机单负荷模型，对最佳切机频段、最小切机容量、切机轮次、切机延时、各切机轮次切机比例等参数进行详细配置，具有适应性强、考虑因素全面、方案合理等优点。
【专利说明】-种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配制方法，具体涉及一种基于区域互联电网频率特性的高频切机 仿真配置方法。
【背景技术】
[0002] 目前，我国仍维持特高压交流互联电网格局，而大型区域互联电力系统的频率稳 定性一直倍受关注，特别是在特高压交流联络线解列后，对区域电网频率稳定性的影响，有 时更需借助频率紧急控制和第三道防线才能维持系统频率稳定。
[0003] 大型互联系统频率特性的研究主要从负荷模型和机组一次调频两个角度开展。对 于大型互联区域电网的低频减载方案，许多学者已经进行了大量的研究。目前，国内对高频 切机方案的工程实用化研究仍处于起步阶段，各研究机构更多的关注送端电网，例如地区 电网或省级电网。但是，随着大型电源的开发，特高压直流投运等因素，区域互联电网已经 具有明显的功率外送特征，一旦发生严重故障导致区域互联电网解列，极有可能面临高频 问题，甚至引起汽轮机超速保护动作。
【发明内容】
[0004] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高 频切机仿真配置方法，基于互联系统的频率特性、拓扑结构、功率平衡等特点，确定高频切 机的基本配置原则，再构建单机单负荷模型，对最佳切机频段、最小切机容量、切机轮次、切 机延时、各切机轮次切机比例等参数进行详细配置，具有适应性强、考虑因素全面、方案合 理等优点。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0006] 本发明提供一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，所述方法 包括以下步骤：
[0007] 步骤1 :根据区域互联电网的网架结构，建立区域互联电网仿真数据模型，通过分 析区域互联电网拓扑结构和潮流分布，确定高频切机仿真配置故障集；
[0008] 步骤2 :根据区域互联电网的频率特性，确定区域互联电网高频切机的仿真配置 原则；
[0009] 步骤3 :建立单机单负荷模型，并验证单机单负荷模型的可用性；
[0010] 步骤4 :确定适合区域互联电网频率特性的最终高频切机配置策略。
[0011] 所述步骤1中，采用以下分析方法对区域互联电网拓扑结构和潮流分布进行分 析；
[0012] ⑴分析区域互联电网整体出现高频现象风险的故障，即联络线解列故障、甩负荷 故障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障；
[0013] (2)分析区域互联电网内部各省级电网出现高频现象风险的故障，即孤网运行故 障。
[0014] 高频切机仿真配置故障集中的故障包括括联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭 锁且稳定控制措施拒动故障和孤网运行故障。
[0015] 所述步骤2中，仿真配置原则包括以下原则：
[0016] 原则一：区域互联电网出现高频现象时，频率控制的边界条件根据《电网运行准 则》(DL/T10402007)制定；若区域互联电网中含有火力发电机组，则使区域互联电网最高频 率不超过51. 5Hz，且火力发电机组超速保护控制装置不动作；
[0017] 原则二：若区域互联电网已有高频切机配置策略，则先对其适应性进行分析，若存 在不适应性的情况，在已有高频切机配置策略的基础上采用最终高频切机配置策略；
[0018] 原则三：若区域互联电网正常运行方式下发电容量不能满足负荷需求，且需要外 受功率满足负荷需求，暂不考虑此类区域互联电网配置高频切机；
[0019] 原则四：若区域互联电网配有低频减载装置，高频切机动作后，低频减载装置不动 作；
[0020] 原则五：若区域互联电网存在大容量直流送出情况，直流换相失败过程中和直流 再启动成功后，高频切机不动作；
[0021] 原则六：高频切机应在区域互联电网维持功角稳定运行前提下动作，若区域互联 电网存在因直流闭锁导致暂态功角失稳情况，则不在高频切机防范范围；
[0022] 原则七：若区域互联电网高频现象由直流闭锁故障而引起，则考虑优先切除直流 闭锁故障近端的发电机组。
[0023] 所述步骤3包括以下步骤：
[0024] 步骤3-1 :建立单机单负荷模型，从高频切机仿真配置故障集中选择故障，采用 PSD-BPA仿真分析软件仿真得到单机单负荷模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域仿真 解 Af-、;
[0025] 步骤3-2 :基于区域互联电网仿真数据模型，从高频切机仿真配置故障集中选择 与步骤3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到区域互联电网仿真数据模 型最大频率偏差和稳态频率偏差时域仿真解A f、Δ f ；
[0026] 步骤3-3 :基于区域互联电网频率动态特性，确定区域互联电网仿真数据模型最 大频率偏差和稳态频率偏差的时域解析解△￡_、Δ?^ ;
[0027] 步骤 3-4 :若 Afmaxl = Afmax2 = Afmax 和 八;^2 = Δ?^都满足，则可表 明单机单负荷模型具有可用性。
[0028] 所述步骤3-3包括以下步骤：
[0029] 步骤3-3-1 :确定有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程；
[0030] 步骤3-3-2 :采用频域法确定区域互联电网中发电机的转速差值标幺值；
[0031] 步骤3-3-3 :确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时 域解析解Δ?"χ、Δ?^。
[0032] 所述步骤3-3-1中，区域互联电网中发电机转子运行方程如下：
[0033]
【权利要求】
1. 一种基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特征在于：所述方法 包括以下步骤： 步骤1:根据区域互联电网的网架结构，建立区域互联电网仿真数据模型，通过分析区 域互联电网拓扑结构和潮流分布，确定高频切机仿真配置故障集； 步骤2 :根据区域互联电网的频率特性，确定区域互联电网高频切机的仿真配置原则； 步骤3 :建立单机单负荷模型，并验证单机单负荷模型的可用性； 步骤4 :确定适合区域互联电网频率特性的最终高频切机配置策略。
2. 根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特 征在于：所述步骤1中，采用以下分析方法对区域互联电网拓扑结构和潮流分布进行分析； (1) 分析区域互联电网整体出现高频现象风险的故障，即联络线解列故障、甩负荷故 障、直流闭锁且稳定控制措施拒动故障； (2) 分析区域互联电网内部各省级电网出现高频现象风险的故障，即孤网运行故障。
3. 根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特 征在于：高频切机仿真配置故障集中的故障包括括联络线解列故障、甩负荷故障、直流闭锁 且稳定控制措施拒动故障和孤网运行故障。
4. 根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特 征在于：所述步骤2中，仿真配置原则包括以下原则： 原则一：区域互联电网出现高频现象时，频率控制的边界条件根据《电网运行准则》 (DL/T10402007)制定；若区域互联电网中含有火力发电机组，则使区域互联电网最高频率 不超过51. 5Hz，且火力发电机组超速保护控制装置不动作； 原则二：若区域互联电网已有高频切机配置策略，则先对其适应性进行分析，若存在不 适应性的情况，在已有高频切机配置策略的基础上采用最终高频切机配置策略； 原则三：若区域互联电网正常运行方式下发电容量不能满足负荷需求，且需要外受功 率满足负荷需求，暂不考虑此类区域互联电网配置高频切机； 原则四：若区域互联电网配有低频减载装置，高频切机动作后，低频减载装置不动作； 原则五：若区域互联电网存在大容量直流送出情况，直流换相失败过程中和直流再启 动成功后，高频切机不动作； 原则六：高频切机应在区域互联电网维持功角稳定运行前提下动作，若区域互联电网 存在因直流闭锁导致暂态功角失稳情况，则不在高频切机防范范围； 原则七：若区域互联电网高频现象由直流闭锁故障而引起，则考虑优先切除直流闭锁 故障近端的发电机组。
5. 根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特 征在于：所述步骤3包括以下步骤： 步骤3-1 :建立单机单负荷模型，从高频切机仿真配置故障集中选择故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到单机单负荷模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域仿真 解
步骤3-2 :基于区域互联电网仿真数据模型，从高频切机仿真配置故障集中选择与步 骤3-1中相同的故障，采用PSD-BPA仿真分析软件仿真得到区域互联电网仿真数据模型最 大频率偏差和稳态频率偏差时域仿真解
步骤3-3 :基于区域互联电网频率动态特性，确定区域互联电网仿真数据模型最大频 率偏差和稳态频率偏差的时域解析解Afmax、Af00 ; 步骤 3-4 :若Afmaxl =Afmax2 =Afmax 和Afool =Afoo2 =Af00都满足，则可表明单 机单负荷模型具有可用性。
6. 根据权利要求5所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特 征在于：所述步骤3-3包括以下步骤： 步骤3-3-1 :确定有备用容量存在时区域互联电网频率变换方程； 步骤3-3-2 :采用频域法确定区域互联电网中发电机的转速差值标幺值； 步骤3-3-3 :确定区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差和稳态频率偏差的时域解 析解Afniax、Af00。
7. 根据权利要求6所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其特 征在于：所述步骤3-3-1中，区域互联电网中发电机转子运行方程如下：
其中，J为发电机的转动惯量为同步角速度；Tm为机械转矩；Te为电磁转矩；Pm为发 电机机械功率；Pe为发电机电磁功率；为负荷电功率；不考虑有功网损时，有匕?Py于 是式⑴表示为：
不考虑发电机组备用容量的情况下，Pm保持为恒定值Pmtl;认定母线电压不变，匕可表 示为Pi ，其中Pui为负荷电功率初始值，&为负荷的频率调节系数，于是式⑵表 示为：
令故障瞬间发电机的同步角速度为同步角速度差值为△?，机械转矩差值为ATm，电磁转矩差值为ATe，于是《 =?Q+A?，Tm =Tmtl+ATm，Te =Tetl+ATe，取惯性常数 M=J?Q，则有：
令APm/Pm〇为发电机机械功率增量标么值，△w/w〇为发电机同步角速度增量标么值， 于是，一阶惯性传递函数0 (t)表示为：
根据Af(t)即可得到区域互联电网仿真数据模型最大频率偏差Afmax ;且对Af(t)求 极值，可知Af(t)取Afmax时的tmax满足下式：
其中，k为整正数； 由式（13)可得稳态频率偏差Af00S:
10. 根据权利要求1所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其 特征在于：所述步骤4中，确定配置参数，并根据不同配置参数的组合结果进行对比，最终 确定满足高频切机对区域互联电网不同运行工况和故障形式的配置参数，完成高频切机配 置。
11. 根据权利要求10所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其 特征在于：所述配置参数包括切机动作延时、切机频率定值和各轮次切机量； 通过经验确定切机动作延时，取0. 2?0. 3秒； 通过最佳切机频段确定切机频率定值； 通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量。
12. 根据权利要求11所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其 特征在于：通过最佳切机频段确定切机频率定值过程中，最佳切机频段的确定通过以下步 骤： (1) 基于单机单负荷模型，模拟孤网运行故障，区域互联电网频率变化率分为以下阶 段： 第一阶段：频率上升速率较快阶段，区域互联电网的频率范围为50?50. 5Hz; 第二阶段：频率上升速率减慢阶段，区域互联电网的频率范围为50. 5?51Hz; 第三阶段：频率上升速率较慢阶段，区域互联电网的频率范围为51. 0?51. 3Hz; 第四阶段：频率上升速率最慢阶段，区域互联电网的频率范围为51. 3?51. 7Hz; (2) 确定频率上升速率减慢阶段为最佳切机频段。
13. 根据权利要求11所述的基于区域互联电网频率特性的高频切机仿真配置方法，其 特征在于：通过最小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例确定各轮次切机量的过程中，最 小切机容量、切机轮次和各轮次切机比例分别按照以下方式确定： (1) 最小切机容量的确定：基于区域互联电网的拓扑结构分析，提高高频切机配置策 略的适应性，以区域互联电网可能出现的最严重功率盈余比例为基础，应用单机单负荷模 型，分析不同切机频率定值时，即可确定频率恢复要求的最小切机容量； (2) 切机轮次和各轮次切机比例的确定：根据确定的最小切机容量作为总切机量，将 高频切机的动作轮次及各轮次的切机量，分为以下方式进行校核分析： 方式一：第1轮切60%，第2轮切20%，第3轮切10%，第4轮切10% ; 方式二：第1轮切50%，第2轮切30%，第3轮切10%，第4轮切10% ; 方式三：第1轮切40%，第2轮切20%，第3轮切20%，第4轮切20% ; 方式四：第1轮切50%，第2轮切30%，第3轮切20%。
【文档编号】G06F17/50GK104268332SQ201410487477
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】张志强, 唐晓骏, 徐友平, 徐遐龄, 秦晓辉, 吴丽华, 王青, 郑超, 张彦涛, 宋云亭, 李晓珺 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 华中电网有限公司