（电气工程专业论文）宝钢电网稳定性研究.pdf

丁程f ! ! j i j 论文宝钢电酬稳定性研究 摘要 f 随着国家经济的发展，电力系统通过不断的扩容和并网，规模和结构也越 l t _ e ，_ 。一 来越庞大。但是，在大系统有利于整个电网经济运行的同时，也使发生重大灾 害事故的可能性和危害性大大增加。宝钢电网是上海电网的一部分，当宝钢电网 2 2 0 k v 系统或1i o k v 系统发生故障时，将与上海电网解列，形成两台或三台发 电机供给宝钢生产负荷的独立小系统。在发电机组自动装置作用下，宝钢电网 能否保持独立稳定运行，对宝钢的生产稳定及供电至关重要。) 2 一 一 本论文对宝钢电网与上海电网解列后宝钢电网的频率稳定、电压稳定及独 _ _ _ _ 一 立运行下的稳定性等问题进行了研究。内容包括对宝钢供配电系统的主要接线 方式进行研究；对宝钢电网发电机组上的调速器和自动励磁调节器的静态和动 态特性等进行研究，对低频率自动减载装置和负荷特性等进行研究，建立仿真 模型：在各种不同的运行方式下使宝钢电网突然解列，对解列时的系统频率稳 定、电压稳定及暂态过程中的稳定性等进行数字仿真计算和分析；通过计算给 出了宝钢配电网独立运行下系统的静态稳定储备系数；对处于独立运行方式下 的宝钢配电网发生线路故障、辅机故障及低频减载装置的动作等方式进行数字 仿真计算和分析；提出了保持系统稳定运行的参考方案。 关键词： o 丁程坝 论义宝钢i u 刚稳定性研究 2 0 0 2 a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y , t h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mi s b e c o m i n gm o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e dd u et oc o n t i n u o u s l y i n c r e a s e dc a p a c i t y b a o s t e e l st r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mi sap a r to fs h a n g h a ie l e c t r i c a l n e t w o r k b et h es y s t e mi nt h en o r m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，i faf a u l to c c u r si n b a o s t e e l s1 10 k vo r2 2 0 k vs y s t e m ，b a o s t e e l sn e t w o r kw i l lb ed i s c o n n e c t e df r o m s h a n g h a i sn e t w o r ka n db e c o m ea ni n d e p e n d e n td i s t r i b u t i o ns y s t e m w i t ht h ea c t i o n o fa u t o m a t i cd e v i c e so fg e n e r a t o r s i ti sv i t a lf o rb a o s t e e l sp r o d u c t i o na n ds e c u r i t yt o k e e pt h ei n d e p e n d e n tb a o s t e e l ss y s t e mo p e r a t i n gc o n t i n u o u s l y t h i s p a p e ri s t os t u d yt h es t a b i l i t ya n a l y s i so fb a o s t e e l si n d e p e n d e n t t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e m 晰t l lb p a ( b o n n e v i l l ep o w e ra d m i n i s t r a t i o n ) ， t h ep o w e rs y s t e ma n a l y s i ss o f t w a r ep a c k a g e i ti n c l u d e ss t u d yt ot h eb a o s t e e l sp o w e r n e t w o r k ；s t u d yt o c h a r a c t e r i s t i c so ft h eg e n e r a t o r , p r i m a r yd r i v e r ，a u t o m a t i cv o l t a g e r e g u l a t o ra n dg o v e m o rs y s t e m ；b u i l d i n gm o d e l s ；a n a l y z i n gt r a n s i e n ts t a b i l i t y , f r e q u e n c ys t a b i l i t ya n dv o l t a g es t a b i l i t yi nv a r i o u so p e r a t i o nc o n d i t i o n so fb a o s t e e l s t r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e mw h e ns u d d e n l yd i s c o n n e c t e df r o ms h a n g h a i s n e t w o r k ；g e a i n gt h es y s t e m s s t a t i cs t a b i l i t y r a n g e i ni n d e p e n d e n to p e r a t i o n c o n d i t i o n sb yc a l c u l a t i n g ；a n a l y z i n gf r e q u e n c ys t a b i l i t ya n dv o l t a g es t a b i l i t yi n i n d e p e n d e n to p e r a t i o nc o n d i t i o n so f b a o s t e e l st r a n s m i s s i o na n dd i s t r i b u t i o ns y s t e m i faf a u l to c c u r si nl i n eo ra u x i l i a r ye q u i p m e n to fg e n e r a t o rs e t ；a n dg i v et h er e f e r e n t s c h e m et ok e e pt h es y s t e m ss t a b i l i t yi nt h ef a u l t ys t a t e k e y w o r d s ：v o l t a g e ，f r e q u e n c y , t r a n s i e n ts t a b i l i t y , s t a t i cs t a b i l i t y , f r e q u e n c y s t a b i l i t y , v o l t a g es t a b i l i t y 工程硕士论文宝钢电网稳定性研究 第一章绪论 1 1 课题来源 本课题来源于宝钢股份公司与上海交通大学电力学院电力工程系合作的科 研项目“宝钢供配电系统独立运行稳定性研究”。 1 2 课题的目的及意义 宝钢电厂共有四台发电机组，总装机容量为1 1 9 5 万千瓦。其中l 号发电 机( 3 5 0 m w ) 和2 号发电机( 3 5 0 m w ) 通过各自的主变联结于宝钢中央变 1 1 0 k v 系统，供宝钢一、二期负荷用电；0 号发电机( 1 4 5 m w ) 和3 号发电机 ( 3 5 0 m w ) 通过各自的主变联结于新宝钢变1 1 0 k v 系统，供宝钢三期负荷用 电。新、老宝钢变2 2 0 k v 两个系统通过三回2 2 0 k v 输电线路同上海电网相 连。上述宝钢电网的安全稳定运行是宝钢安全生产的重要基础。当宝钢电网 2 2 0 k v 系统、1 1 0 k v 系统母线或主变发生故障时，宝钢电网将与上海电网解 列，形成两台或三台发电机供给宝钢生产负荷的独立小系统。在解列后的初始 阶段，有功和无功均处于严重的不平衡状态。因此，在发电机调速器、自动励 磁调节装置和按频率自动减负装置的共同作用下，宝钢电网能否恢复到新的平 衡点保持独立稳定运行，对宝钢的生产稳定及供电至关重要。 近几年来，宝钢供配电系统曾发生过几起大的停电事故。1 9 9 8 年6 月2 7 同，蕴藻浜变电站发生故障，引起宝钢1 1 0 k v 母线电压降至6 0 ，造成宝钢厂 区大面积停电；1 9 9 8 年7 月2 日，宝钢l l o k v 系统发生故障，引起宝钢中央 变1 1 0 k v 正付母线分列运行，造成宝钢厂区大面积停电；1 9 9 9 年8 月1 3 日宝 钢三期系统新宝变2 2 0 k v 母线p t 故障引起2 2 0 k v 线路跳闸，宝钢电网三期系 统与上海电网解列，同时电厂o 号和3 号发电机失去稳定而跳闸，造成宝钢三 期系统全部停电的重大事故。这些大面积停电事故，都给宝钢带来了很大的经 济损失。宝钢每天的产值约l 亿元，一旦发生停电事故，将造成重大损失。同 时，如发生系统全停的恶性事故将对公司设备安全和稳定生产造成不可估量的 损失。对此，宝钢集团公司领导高度重视宝钢供配电系统的稳定运行，多次提 出宝钢小系统稳定运行的要求，因此宝钢电网在与上海电网解列后能否稳定运 行，如何稳定运行是我们亟待研究解决的课题，这对宝钢的稳定生产、防止恶 性停电事故具有重要意义。在此背景下，2 0 0 0 年6 月，提出了宝钢配电网独立 t 程坝 论义宝俐电| 】【) 4 稳定性研究 2 0 0 2 - 运行下的稳定性分析这一课题。可见本课题的研究内容不仅仅是一个简单的工 程项目，它的实际意义非常重大。 本课题的主要目标为研究与上海网解列后宝钢电网的频率稳定、电压稳定及 独立运行下的小扰动稳定等问题。重点研究该电网的两个子系统在各种不同的 运行方式下解列时，在现有的自动调节装置共同作用下，宝钢电网频率稳定和 电压稳定的可能性以及必要采取的措施，使其在频率4 9 5 5 0 5 h z ，电压+ 5 一1 0 u 。范围内维持生产负荷运转。内容包括对宝钢供配电系统的主要接线方 式进行研究；对宝钢电网发电机组上的调速器和自动励磁调节器的静态和动态 特性等进行研究，对低频率自动减载装置和负荷特性等进行研究，建立仿真模 型：在各种不同的运行方式下使宝钢电网突然解列，对解列时的系统频率稳 定、电压稳定及暂态过程中的稳定性等进行数字仿真计算和分析；利用“多机 系统化单机无穷大”方法求取宝钢配电网独立运行下的静态稳定储备系数并迸 行分析；对处于独立运行方式下的宝钢配电网发生线路故障、辅机故障或低频 减载装置的投切等方式进行数字仿真计算和分析；对维持宝钢电网稳定运行提 出参考对策。 1 3 稳定性含义和发展概况 电力系统的根本任务，是在国民经济发展计划的统筹规划下，合理开发能 源，用综合最低成本，向国民经济各部门和各电力用户提供充足、可靠而质量 合格的电能。 对于电力系统说来，安全和稳定是电力系统正常运行所不可缺少的最基本 条件。所谓安全，是指运行中的所有电力设备必须在不超过它们允许的电流、 电压和频率的幅值和时间限额内运行。不安全的后果，可能招致电力设备的损 坏；所谓稳定，是指电力系统可以连续向负荷正常供电的状态。 电力系统稳定问题的出现最早要追溯到上世纪初，随着电力系统的不断扩 大，传输功率的距离越来越长，由于发电机间的联系比较松散，就出现了输送 功率的稳定极限问题。特别在故障情况下，有可能使发电机失去同步。自1 9 6 0 年以来，国际上出现过多次大面积停电事故。例如，1 9 7 7 年7 月，美国纽约市 的电力系统由于雷击、保护不正确动作、调度中心掌握实时信息不足等原因， 造成事故的连锁发展和扩大，致使全系统瓦解。事故前后延续2 5 小时，造成巨 t 程坝 论义 宝俐电m 稳定性研究 大的经济损失 1 】。1 9 7 8 年法国、1 9 8 2 及1 9 8 9 年加拿大魁北克、1 9 8 7 年日本东 京、1 9 9 6 年马来西亚、1 9 9 9 年7 月我国台湾等等相继发生大面积电网停电事 故，造成了巨大的经济损失和社会影响。因此，电力系统的安全稳定供电对于 社会文明和国民经济至关重要，对它的研究也应该是深入而又持久的。在我 国，随着国家经济的发展，电力系统通过不断的扩容和并网，规模和结构也越 来越庞大。但是，在大系统有利于整个电网经济运行的同时，也使发生重大灾 害事故的可能性和危害性大大增加。因此国家科技部把“我国电力大系统灾变 防治和经济运行的重大科学问题的研究”项目列为1 9 9 8 年首批启动的1 0 个重 点基础项目之- 2 1 。 电力系统稳定一般按电力系统承受干扰的大小分为静态稳定和暂态稳定两 大类。小干扰一般指正常的负荷波动：大干扰则指电力系统中元件的短路和突 然断开等。小干扰对系统行为特性的影响一般与干扰的大小和地点无关，在原 始运行状态的周围，可以使系统线性化，其研究结果不是确定电力系统运行参 数对原始稳态运行值的偏移量，而是确定运行参数变化的性质，得出稳定不稳 定的结论；大干扰时，电力系统的运行参数将发生很大的偏移和振荡，所以必 须考虑电力系统的非线性特性，从电力系统的机电暂态过程来判断系统稳定 性。 电力系统安全稳定导则中对电力系统稳定作了如下规定： 1 电力系统静态稳定是指电力系统受到小干扰后，不发生非周期的失步，自 动恢复到起始运行状态的能力。 2 电力系统暂态稳定是指电力系统受到大干扰后，各同步发电机保持同步运 行并过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。通常指第一或是第二振荡 周期不失步。 3 电力系统动态稳定是指电力系统受到干扰后，不发生振幅不断增大的振荡 而失步。 其中静态稳定包括小干扰下不发生非周期性失步和自发振荡失步两种情况。 电力系统稳定性能是与特定的系统结构( 故障前和故障后) 、运行方式、调节 装置的参数和干扰的大小、地点及延续的时间相关联的。电力系统的稳定与否 只能是对于某特定电力系统在特定的初始条件下和干扰而言的，而不能笼统 丁程坝 论文宝钢电悯稳定性研究 的说某个系统是稳定的，或者是不稳定的。 频率和电压是衡量电能质量的重要指标，电力系统稳定性遭到破坏之后， 也会出现由于电压和频率变化而引起的电力系统稳定性问题。 电力系统频率不稳定现象一般出现在有功电源开断或负荷突然增大时， 由于电源和负荷间有功功率的严重不平衡，会引起电力系统频率突然大幅度下 降，危险电力系统的正常运行。例如，频率变化时，电动机的转速和输出功率 随之改变，因而严重的影响到产品的质量。汽轮发动机在额定频率下运行的效 率最高，频率偏低或偏高对叶片都有不良的影响。电厂用的许多机械设备如给 水泵、循环水泵等在频率降低时都要减少出力，降低效率，因而影响发电设备 的正常工作，使整个发电厂的有功出力减少，从而导致系统频率的进一步降 低，如此循环即产生所谓频率崩溃现象，导致全系统瓦解，从而造成巨大损 失。因此有必要采取措施控制电力系统的频率在一定范围内波动，例如我国一 般规定不允许偏离0 1 0 2 h z 。 电力系统受到大扰动冲击后频率、电压的稳定性分析和控制关系到电力系 统的安全运行。系统在出现严重的有功或无功功率的缺额情况下，调速器和自 动调压器等正常时的调节手段已发挥不了多大作用。国内外普遍采用了自动低 频减载装置，如用频率变化率的特性d f d t 来控制切除负荷，有些还采用了低压 减载装置等紧急控制措施。在频率或电压降低到安全的临界值以下时切除部分 负荷，使频率或电压回升到临界值以上。这些措施对防止事故的扩大，保障系 统的安全发挥了重要作用。 电压不稳定现象，一般出现在电源远离负荷中心或输电系统带重负荷的情 况，当无功电源( 发电机、调相机、电容器、高压输电线) 突然切除或是电力 系统无功电源不足，负荷( 特别是无功负荷) 慢慢增加到一定程度时，有可能 使电压大幅度下降，以至发生所谓的电压崩溃现象。各种用电设备都是按照额 定电压来设计制造的，这些设备在额定电压下运行将能取得最佳的效果。电压 过大的偏离额定值将对用户产生不良影响。电力系统中常见的用电设备是异步 电动机，若电动机所拖动的机械负荷的阻力矩不变，电压降低时，电动机的转 差增大，定子电流也随之增大，影响电动机的使用寿命。当端电压太低时，电 动机可能由于转矩太小而失速甚至停转。电压偏移过大，除了影响用户的正常 t 程硕j j 论文盅制也喇稳定性研究 工作外，对电力系统本身也有不利的影响。电压降低会使网络中的功率损耗和 能量损耗加大，还可能危机电力系统安全稳定运行。文献 3 建议在潮流计算中 引入电力系统完整模型，将代数方程和微分方程联立求解，称之为扩展潮流计 算方法，可得到比传统方法更多的信息，得到更加精准的系统静态电压稳定功 率。 随着电力系统自动调节装置诸如a v r ，g o v ，p s s 等的不断介入，对提高 电力系统的稳定性能发挥了积极作用，其中尤以对p s s 的研究发展最为深入。 文献 4 介绍了基于神经网络的自适应电力系统稳定器。为彻底解决常规自校正 控制器中受控制系统参数难以识别的问题，提出了一种可以根据受控系统运行 工况自动调整控制参数的新型自适应控制。在其中，人工神经网络被用来对控 制系统的运行状况进行识别。根据系统识别的结果，控制器可按传统p i d 控制 器的设计原则自动调整控制器参数，达到最佳控制效果。并据此设计了一种变 参数自适应p i d 型电力系统稳定器( n n p i d p s s ) 。将设计的n n p i d p s s 用于 单机一无穷大电力系统和具有多模振荡特性的多机电力系统，仿真结果表明了其 有效性。电力系统稳定性分析的重要依据是电力系统的数学模型，为了得到可 靠的分析结果，要求模型应十分准确，但对于一个实际系统而言，建立一个比 较准确的模型是比较困难的。当我们进行小扰动稳定性分析时，往往将系统作 为线性定常系统束处理。事实上，电力系统是一个具有高度非线性的系统，系 统的运行点、和其中各元件的参数都是不确定的。因此，从系统稳定性分析的 角度来看，把模型表述的过于“准确”将大大增加其复杂程度，这不仅增加了 系统分析所需要的计算量，而且往往给深刻揭示系统的稳定性机能造成困难。 电力系统鲁棒稳定性分析因此孕育而生，它在常规稳定性分析的基础上加上一 个保证系统稳定性所允许的模型不确定域，将使所得到的结果更具有可信性。 将控制理论与鲁棒分析综合应用于电力系统大大提高了稳定性分析结果的可靠 性。 1 4 稳定计算分析的任务 电力系统安全稳定计算分析的任务是确定电力系统的静态稳定，暂态稳定 和动态稳定水平，分析和研究提高安全稳定的措施，以及研究非同步运行后的 再同步运行后的再同步及事故后的恢复措施。 工程硕七论文宝钢电嘲稳定性研究 进行电力系统安全稳定计算分析时，应针对具体校验对象( 线路、母线等) 。 选择下列三种运行方式中对安全稳定最不利的情况进行安全稳定校验。 a ) 正常运行方式：包括计划检修方式，和按照负荷曲线以及季节变化出现的水 电大发、最大或最小负荷、最小开机和抽水蓄能运行公况等可能出现的运行 方式； b ) 事故后运行方式：电力系统事故消除后，在恢复到正常运行方式前所出现的 短期稳念运行方式； c ) 特殊运行方式：电力系统事故消除后，在恢复到正常运行方式前所出现的短 期稳态运行方式。 应研究、实测和建立电网计算中的各种元件、装置及负荷的参数和详细模 型。计算分析中应使用合理的模型和参数，以保证满足所要求的精度。规划计 算中可采用典型参数和模型，在系统设计和生产运行计算中，应保证模型和参 数的致性，并考虑更详细的模型和参数。 在互联电力系统稳定分析中，对所研究的系统原则上应予保留并详细模 拟，对外部系统可进行必要的等值简化，应保证等值简化前后的系统潮流一 致，动念特性基本一致。 1 5 仿真工具介绍 1 5 1b p a 介绍 b p a 潮流程序最大可以计算分析2 5 0 0 个节点、4 7 5 0 条支路、1 5 条两端直 流线路、7 0 条多端直流线路和6 0 个功率交换区域的电力网络，采用的计算方 法有pq 分解法和牛顿拉夫逊法，以及改进的牛顿拉夫逊法。其主要的功能 有： ( 1 )负荷静特性模型 ( 2 ) 区域联络线功率和发电功率控制 ( 3 ) 节点电压控制 ( 4 ) 节点q v 、p v 和p _ _ q 曲线求解功能 ( 5 )灵敏度分析 ( 6 ) 网络阻抗快速调整模拟 6 t 程坝f 论文宝俐电州稳定性研究 ( 7 )网络简化等值 ( 8 ) 系统合并 ( 9 )系统事故分析( n 1 开断模拟) q 0 ) 确定系统网络极限传输水平 0 d详细的输出内容和灵活的输出方式 区域或者分区互联方面的功能 ( 1 3 )专用控制语言 ( 1 4 ) 检错功能 ( 1 5 ) 潮流图绘制 b p a 稳定程序是用于分析电力系统在稳态下受到各种扰动时的系统动态行 为之有力工具。程序采用的基本解法是：所有微分方程线性化后用梯形积分法 求解；网络方程可用导纳阵三角分解后迭代求解，也可用牛顿法求解网络方 程。稳定程序分成求解和输出两部分，求解部分生成两个求解文件，以保存求 解过程中所有母线的输出信息和复故障计算信息。输出部分利用求解文件，潮 流库文件以及稳定输出文件进行输出。这种结构允许用户运行求解部分并保存 求解文件，然后不用重新求解而能够任意地有选择地进行输出。稳定程序有以 下模型： ( 1 ) 发电机模型 ( 2 ) 励磁系统模型二十种 ( 3 ) 电力系统稳定器模型四种 ( 4 ) 调速器、原动机综合模型 ( 5 ) 单独的调速器模型 ( 6 ) 原动机模型 ( 7 ) 负荷模型 ( 8 ) 静补及其控制装置 ( 9 ) 各种稳定措施及其控制回路 0 0 ) 两端直流及其调节调节系统模型 ( 1 1 ) 两端直流系统简化模型 多端直流系统模型 t = 程倾卜论文宝钢电嘲稳定性划f 究 ( 1 3 ) 在暂态稳定程序中考虑了继电保护自动装置，这对正确研究事故过程和 自动装置的特性都有一定价值。 ( 1 4 ) 可以模拟各种对称及不对称故障； q 5 ) 可模拟各种复故障 ( 1 d 可模拟发电机失磁故障 在本项目研究中，主要利用b p a 来仿真小系统的潮流分布，研究负荷恢复 时原动机的频率响应，节点的电压变化，以及各自动装置的调节作用，并校核 机组并列引起的暂态稳定问题，考核小系统和最终系统的小扰动稳定性。 1 5 2 e m t p 介绍 e m t p 是一个技术高级的暂态分析程序，用于对电磁暂态的仿真和谐波分 析，能满足电能质量、雷击保护、铁磁谐振、电力电子等领域的研究分析，可 以模拟各种对称及不对称故障、各种复故障、发电机失磁故障等，其辅助支持 程序还可以进行变压器阻抗矩阵、磁饱和、磁滞回线、氧化锌避雷器、线路参 数等计算。其主要模型有： ( 1 ) 各种e m t p 支路模型 ( 2 )各种开关模型 ( 3 ) 各种e m t p 电源元件模型 ( 4 )各种动态同步发电机模型 ( 5 ) 数字仿真模拟机1 a c s ( 6 )e m t p 潮流计算 ( 7 ) 数据打印输出和图形输出 在本项目研究中，主要利用e m t p 来仿真分析合空载长线路时是否出现操作 过电压问题。 工程顾 论文宝俐电嘲稳定性研究 第二章宝钢电网研究 2 1 宝钢电网组成 宝钢电网属于上海电网的一部分，2 0 0 1 年其主接线图如图2 1 所示。宝钢 电网4 台发电机组装机容量为1 4 1 2 m v a ，由一三两期组成。一期包括容量均为 3 5 0 m w 的l 号机和2 号机；1 t o k v 中央变( 中央s s ) ，系统图如图2 2 所 示；11 0 k v 轧钢变( 轧s s ) ，系统图如图2 3 所示；1 1 0 k v 2 2 0 k v 宝钢变( 宝 钢s s ) ，宝钢变1 1 0 k v 系统图如图2 - 4 所示；2 条2 2 0 k v 出线宝泰2 2 2 8 和宝 荣2 2 2 9 ；三期包括容量分别为1 5 0 m w 的0 号机和3 5 0 m w 的3 号机；1 l o k v 轧板变( 轧板s s ) ，系统图如图2 5 所示；1 1 0 k v 2 2 0 k v 新宝钢变( 新宝钢 s s ) ，l 条2 2 0 k v 出线宝石2 1 3 1 ，新宝钢变1 1 0 k v 系统图如图2 - 6 所示；宝 钢变和新宝钢变2 2 0 k v 母线之间由联络线宝宝2 1 0 0 相连，宝钢变和新宝钢变 1 1 0 k v 之间通过宝板1 4 1 0 相连。整个系统是全电缆供电。 2 2 宝钢电网运行潮流和特点 宝钢4 台发电机大部分功率供给宝钢负荷，剩余功率送入上海电网。在正 常运行方式下宝钢变和新宝钢变2 2 0 k v 母线由宝宝2 1 0 0 相连，宝板1 4 1 0 断 开，新宝钢变从石洞口受入部分功率，并由宝钢变送出部分功率。以2 0 0 1 年为 例，在上海电网夏季高峰潮流图中，石洞口电站向新宝钢变注入6 7 5 m w 有 功，新宝钢变向宝钢变注入1 7 4 9 m w 有功，而宝钢变分别向万荣和泰和输出 1 4 9 9 m w 和1 8 7 0 m w i 在2 0 0 1 年一般高峰潮流图中，石洞口电站向新宝钢变 注入6 0 7 m w 有功，新宝钢变向宝钢变注入1 7 9 i m w 有功，而宝钢变分别向 万荣和泰和输出】5 1 o m w 和2 0 5 6 m w ；在2 0 0 1 年夏季低谷潮流图中，石洞口 电站向新宝钢变注入7 0 6 m w 有功，新宝钢变向宝钢变注入1 1 9 5 m w 有功，而 宝钢变分别向万荣和泰和输出3 8 3 m w 和1 1 0 0 m w 。 本课题主要研究的是宝钢电网与上海电网解列时的情况。此时宝钢电网与 上海电网的交换功率为ap = 0 ，aq = 0 。宝钢电网最大的特点在于它的负荷， 其中相当部分是冲击负荷，如钢管负荷和电炉负荷等，冲击负荷对系统的影响 随电力系统容量的增大，因其在负荷总容量中的份额减少而减小，比如宝钢电 网与上海网相连接的时候；但在互联系统中与主系统电气联系薄弱的局部系 统，比如宝钢电网独立运行情况下，运行中由冲击负荷带来的频率和电压波动 的影响不容忽视。 t 程f l ! ； l + 论史宝例电刚稳定忡斜究 图2 - 1 宝钢配电网主接线图 f i 9 2 1 c h a r to ft h eb a o g a n gp o w e rg r i d o 1_平呈枣亡仑碎 _*窭舌置嚣计牟章哥： 吕-l 一40互，a 一一o3仙，lol( 一 mo6n啪孓sp认扛王gp n o 王葶 1 2 譬掌 一术 啦心摹 岳宝一u o r p 时1 3 0 n 号茹一3 0 u 寻辩1|3 0曲 音孺一30_7 静母哥舛讳龇哥择浮持再古勺：i句斗1|_。kv10饕 量_、，a = o ，3 u 乔 雹* 互午 o 互声 寻描一u一一 号漤一3 l 寻绺一u 1 3 母n斗净j系固 f器2，ste暑n，an o f l 仇e nn暑茸s 一40王va 一一0u，lol( 一象 u宅62”王 廿苷l | u 0 4 乖月j 舌瓣一u o小 驴j j 寻牟l一3l o 叫j|；呈一酪商 盎皓窭r乜盈蠡耐十牛章哥：9 0 0 _ l 一 天 3 3 1 0r p m ， 汽压对应6 5 负荷负荷预测o p c 保护动 报警 结果：汽机调门瞬作。转速 3 3 2 5r p m ， 时关闭，原动机惰结果：汽机调门瞬时关 脱扣 走带负荷闭，原动机惰走带负 荷。 2 5 宝钢各节点负荷 在电力系统计算中，除了个别情况外，一般不能详细模拟每个负荷的特 性，而往往是将接于负荷节点的各类负荷综合为一个等值负荷。由宝钢能源部 提供的宝钢各节点负荷情况如下表2 - 6 所示。宝钢负荷在计算中其负荷模型设 t 程l 叫l 。论义宝俐电i 叫稳定性研究 定为恒阻抗模型。 表2 - 6 宝钢各节点负荷 线路名称平均值( k w ) 最大值( k w ) 宝炉1 3 3 0 3 9 0 0 0 + j 1 5 4 1 0 7 6 0 0 0 斗j 3 6 8 0 8 宝铁1 3 2 9 1 5 3 0 0 十j 1 1 4 8 0 3 1 9 9 3 + j 2 3 9 9 5 宝炼1 3 2 1 2 2 6 1 0 + j1 6 9 2 0 2 5 7 4 5 + j19 2 8 0 宝氧1 3 2 3 3 1 5 2 3 0 1 5 3 6 9 3 7 9 8 0 - j 18 3 9 0 宝高1 3 2 5 3 1 9 0 3 - j 1 5 4 5 0 3 7 9 8 0 - j 1 8 3 9 0 宝钢s s3 号主变 2 6 2 3 0 + j 1 9 5 9 03 6 1 3 6 + j 2 7 1 0 2 宝炼1 3 2 2 2 2 6 1 0 + j 1 6 9 2 02 5 7 4 5 + j 1 9 2 8 0 宝氧1 3 2 4 3 1 5 2 3 0 1 5 3 6 9 3 7 9 8 0 _ j18 3 9 0 宝高1 3 2 7 3 1 9 0 3 _ j 1 5 4 5 03 7 9 8 0 - j 18 3 9 0 宝钢s s4 号主变2 6 2 3 0 + j1 9 5 9 03 6 1 3 6 + j 2 7 1 0 2 宝高1 3 2 6 3 1 9 0 3 d 1 5 4 5 0 3 7 9 8 0 - j18 3 9 0 中焦1 3 0 5 2 5 8 5 0 + j19 9 2 02 9 2 5 0 + j 2 2 8 9 0 中焦1 3 0 6 2 5 8 5 0 + j1 9 9 2 0 2 9 2 5 0 + j 2 2 8 9 0 中焦1 3 0 710 8 8 0 + j 9 2 9 01 6 2 0 0 十i1 3 6 9 4 中热1 3 1 1 中热1 3 1 2 7 9 9 4 0 + j 3 8 7 1 6 1 2 6 8 9 0 + j 6 1 4 5 8 中热1 3 1 3 中冷1 3 0 3 4 5 3 6 0 + j 3 4 0 2 09 4 3 2 0 + j 6 9 6 0 0 中冷1 3 0 4 中央s s3 号主变 5 5 9 5 + j 4 2 0 06 5 0 0 + j 4 9 0 5 中央s s4 号主变 5 5 9 5 十j 4 2 0 06 5 0 0 + j 4 9 0 5 轧初1 3 4 1 1 5 8 0 0 + j 1 5 8 0 03 3 6 0 0 + j 3 3 6 0 0 轧坯1 3 4 2 7 9 0 0 + j 7 9 0 01 6 8 0 0 + j 1 6 8 0 0 轧管1 3 4 3 1 3 8 0 0 + j 6 6 7 03 0 0 0 0 + j1 4 5 0 0 轧管1 3 4 4 轧钢s s1 号主变 7 4 8 0 + j 5 9 9 09 7 9 5 斗j 7 8 8 5 轧钢s s2 号主变 7 4 8 0 + j 5 9 9 09 7 9 5 + j 7 8 8 5 t 程坝l j 论义宝制电嘲稳定一阵研究 2 0 0 2 - 新烧1 4 0 3 3 1 5 0 0 + j 1 0 0 6 5 3 4 3 3 0 + j 1 3 0 1 5 新烧1 4 0 4 3 1 5 0 0 + j 1 0 0 6 53 4 3 3 0 + j 1 3 0 1 5 新烧1 4 0 5 3 6 5 6 0 + j 1 4 5 3 04 4 5 4 0 + j1 9 4 6 0 新炉1 4 0 6 3 7 2 0 0 + j 1 8 0 1 7 板炼1 4 1 1 板炼1 4 1 25 4 0 4 4 + j 4 2 7 6 5 6 8 6 8 0 + j 5 5 1 4 0 板炼1 4 1 3 板热1 4 1 6 板热1 4 1 7 3 5 0 0 0 + j 1 0 2 1 0 7 8 1 0 0 + 2 2 7 8 0 板热1 4 1 8 板冷1 4 1 9 板冷1 4 2 0 4 6 0 0 0 + j 2 3 2 5 09 0 9 8 0 + j 4 4 0 5 0 板冷1 4 2 1 板氧1 4 1 5 3 2 6 0 0 - j 6 6 2 04 6 5 0 0 - j 9 4 4 0 板氧1 4 1 4 板氧1 4 2 4 4 2 4 0 0 - j18 9 3 0 板氧1 4 2 3 9 t 程倾i 论文宝钏i 乜嘲稳定性研究 第三章宝钢电网仿真计算分析的建模 3 1 暂态稳定分析的建摸 根据仿真计算程序的要求，需要对宝钢系统各个元件进行建模， 包括对发电机、励磁调节器、原动机、调速器等进行建模。 3 1 1 发电机建模 电力系统暂态稳定计算中采用的同步电机数学模型，包括转子运 动方程、电流电压方程以及电磁暂态过程方程三部分。其中转子运动 方程描述转子运动的机械暂态过程；电流电压方程式反映接入网络 后，同步电机电势与机端电压电流的关系；电磁暂态过程方程式描写 同步电机次暂念电势的变化规律。 同步电机转子运动方程式为如下： t 塑：m( 3 1 ) 。d t 堂：a 0 )( 3 2 ) d t 其中t 。是机组的惯性时间常数，单位取秒。 t j - j q2 0 sj ( 3 3 ) 同步电机电流电压方程式： e ：= u q + l q r 。+ i d x ： 0 = u d + i d r 。一 q x 。 ( 3 4 ) ( 3 5 ) 并可以得到暂态电势与空载电势的关系： e 。= e ：+ i 。( x d x ：) ( 3 6 ) 对于某些比较精确的计算，需进一步考虑阻尼绕组对暂态过程的 影响，即模拟同步电机的次暂态电磁过程。记入阻尼绕组的作用后， 相应的电压平衡方程式如下： e ：= u q + i q r 。+ i d x ： ( 3 7 ) e ：= u d + l d r 。+ i q x ： ( 3 8 ) 丁程坝f 。论文宝俐电嗍稳定性州究 随着电力系统的发展，象宝钢投入运行的新型励磁调节装置的出 现，按电势e ：恒定进行稳定计算已不能满足一些情况下系统分析的要 求。对此，所使用的同步电机的双轴( d 、q ) 模型必须考虑e ：的变 化，还要计及阻尼绕组的作用，引出次暂态电势e ：、e ：，并考虑它 们的变化对暂态过程的影响。e ：，e ：、e ：的变化过程与转子绕组的 暂态和次暂态电磁过程有密切关系，而描述e ：，e ：、e ：电势变化规 律的微分方程式实际上是同步电机定子电磁暂态过程方程式的一种表 达形式。 3 1 2 励磁系统建模 宝钢电厂4 台发电机励磁系统都为无刷交流励磁系统，主要由自 动电压调节器、中频副励磁机、交流励磁机、旋转整流器等组成。以 l 号机为例，电压调节器主要由电压检测和无功补偿单元、放大单 元、励磁稳定单元几部分构成。各部分模型如下。 1 电压检测和无功补偿单元 如图3 1 ( a ) 所示，本单元的输入量是发电机p t 来的端电压 u ，和c t 来的电流i ，l d c 是无功补偿电抗器，i v 是电流电 压变换器，取发电机电流无功分量以作为附加的无功补偿， u c = u t + i t x c s i n o ，9 0 r 为电压设定器，滤波回路为一阶r c 滤 波，输出量至放大单元。由此得到图3 1 ( b ) 数学模型，t 。为