（电气工程专业论文）辽宁电网低压减载的优化整定.pdf

大连理丁大学专业学位硕十学位论文 摘要 本文以辽宁电网现有的运行环境为对象，选取五种典型方式，应用基于数值仿真轨 迹的定量分析理论，采用国电自动化研究院稳定技术所开发的“低压和低周减载参数 优化整定软件 ，专题分析辽宁电网动态电压安全性，在分析故障后电压变化特点的 基础上，研究辽宁电网短路故障和发电机突然停机两类故障下，低压减载参数对动态电 压安全性的影响，并得出结论。研究低压减载对暂态电压稳定性的影响。根据暂态电压 稳定性的要求，进行低压减载参数的优化，并提出建议。最后，阐述频率安全性和电压 安全性都有相应的要求，需要同时考虑，电网才能安全稳定运行。 关键词：低压减载；低频减载；动态电压；暂态电压；优化整定 辽宁电网低压减载的优化整定 t h ec o n f o r m i t ya n do p t i m i z a t i o no fl o a dr e d u c t i o nw i t hl o w v o l t a g ei n l a o n i n gp o w e rg r i d a b s t r a c t a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n to p e r a t i o ne n v i r o n m e n to fl i a o n i n ge l e c t r i cp o w e rg r i d ，t h i s p a p e rc h o o s e sf i v et y p i c a lm o d e s u s i n gt h eq u a n t i t a t i v e a n a l y s i st h e o r yw h i c hi sb a s e do nt h e n u m e r i c a le m u l a t i o nt r a c ka n dt h es o f t w a r en a m e d u n d e r v o l t a g ea n du n d e r f r e q u e n c yl o a d s h e d d i n gt oo p t i m i z et h ei n t e g r a t i o nw h i c hi sd e v e l o p e db ys t a t eg r i da u t o m a t i ca c a d e m e ， t h i sp a p e ra n a l y s i s e st h es a f e t yo fd y n a m i cv o l t a g ei nl i a o n i n ge l e c t r i cp o w e rg r i da n dt h e c h a r a c t o r so fv o l t a g ef l o a ti nd i f f e r e n ta c c i d e n t ss u c h 舔t h es h o r tc i r c u i ta n dg e n e r a t o r sh a l t , a n dc o n c l u d e st h ed y n a m i cv o l t a g ei n f l u e n c em a d e b yu n d e r v o l t a g el o a ds h e d d i n g a c c o r d i n g t ot h ed e m a n do ft r a n s i e n tv o l t a g es t a b i l i t y , i to p t i m i s et h eq u a t oo fu n d e r v o l t a g el o a d s h e d d i n ga n dm a k e st h es u g g e s t i o n f i n a l l y , t h i sp a p e ra r g u e st h a ti ft h e 鲥dn e e ds a f e t ya n d t r a n q u i l i z a t i o nt h es a f e t yo fv o l t a g ea n df r e q u e n c yn e e d ss p e c i a lc o n s i d e r e di nb o t ho ft h e a s p e c t s k e yw o r d s ： u n d e r v oir a g eio a ds h e d din g ； u n d e r f r e q u e n c yio a ds h e d d in g ：d y n a m ic v o i t a g e ，；t r a n s i e n tv o i r a g e ；o p t i i l l i z a t i o na n di n t e g r a t i o n i i 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：辽宝电圆低压遗惑鲍选丝整定 作者签名： 魏照4 整 日期： z ! 1 3 年l l 月泣日 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目： 辽宝坚图塑压越蠢旦盈丝量垒： 作者签名： 堑壁。j 垫日期_ 迎旦年j l 月鱼日 导师签名 大连理工大学专业学位硕十学位论文 己i 言 jl 口 辽宁电网低压减载优化整定是辽宁电网低频减载和低压减载优化整定项目成果 总结的一部分。辽宁电网低频减载和低压减载优化整定是辽宁省电力有限公司针对正在 发展的辽宁电网面临的暂态频率和电压安全问题设立的科研项目，由辽宁省电力有限公 司电力调度通信中心和国电自动化研究院稳定技术所合作完成。 低压减负荷装置作为电力系统安全运行的第三道防线，在电网发生事故，电压下降 时准确可靠切除负荷，对电网安全稳定、经济运行极为重要。目前通常采用单机带负荷 模型，根据电网的静态电压特性按功率缺额，进行电网低压减载参数整定。随着电网规 模扩大，机组容量增大，电力负荷特性越来越复杂，电网控制技术日益先进，上述方法 已难以适应要求，低压减载参数的整定缺乏对系统动态特性的考虑。辽宁电网在电压安 全方面存在较为突出的问题，因此，本文主要就以下方面开展研究： 1 分析辽宁电网的电压安全稳定问题，确定辽宁电网电压安全稳定的薄弱地区。 2 进行辽宁电网考虑动态安全约束的低压减载参数优化整定研究。 本论文对上述低压减载部分工作进行了研究。 辽宁电网低压减载的优化整定 1 分析方法和计算条件 本项目选用国电自动化研究院开发的f a s t e s t 电力系统暂态安全定量分析软件为分 析工具，该软件具有基于扰动后的仿真轨迹进行定量评估频率安全性和电压安全性的功 能，利用该软件便于以提高系统的频率和电压的动态安全性为目标的低频减载和低压减 载优化整定。 1 1 电压安全裕度 只有动态负荷才可能存在稳定问题，感应电动机是电力系统动态负荷的主要组成部 分，暂态电压稳定主要考虑了感应电动机的稳定性。 感应电动机的电磁功率和机械功率的差值不仅决定了它是否加速，而且给出了滑差 对时间的导数的负值( 一d s d t ) 。感应电动机节点的电压直接影响感应电动机的动态， 在暂态过程中，电压值越高，感应电动机的加速度就越高，因此，可以通过观察感应电 动机节点电压达到极值时感应电动机的运动特性来快速精确地判断它的稳定性。如果感 应电动机在其节点电压达到最小值时仍然加速，则认为滑差在这之后将继续减小，感应 电动机将保持稳定；如果感应电动机在其节点电压达到最大值时还在减速，则滑差在这 之后必然继续增大，感应电动机将失去稳定。将判断感应电动机负荷稳定性时刻一d s d t 的值对机械功率( 坂) 的比值定义为考虑感应电动机负荷的暂态电压稳定的裕度，用 式( 1 1 ) 表示( 其中肋感应电动机的惯性时间常数) ； r v s = hx - d i s - d t 1 0 0 ( 1 1 ) 坦册 暂态安全定量分析软件用一组二元表 ( 。，乙。) ( ，囊，) 来描述一条母线 的动态跌落可接受性问题。在动态仿真过程中，分别考核系统中所关注母线的电压安全 性。在经受扰动后，如果对于所有f ，该母线电压低于吃，的持续时间都小于对应的乙， 则认为该母线的电压跌落是安全的。动态电压跌落可接受性裕度指标为： r 谢= z m i l l f 一( f 一后乙，) 10 0 ( 1 2 ) 其中。指动态过程中母线f 电压的极小值( 标幺值) ，后为把临界低电压持续时间换算成 电压的折算因子，由程序根据搜索过程自动生成。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 2 低压减载参数优化整定 目前众多的整定低压减载参数方法是，着眼于避免电压失稳和电压崩溃，以潮流程 序和中长期动态仿真程序作为分析的主要工具，以扰动前后p v 和或q v 线曲线的鼻 点( n o s ep o i n t ) 变化确定u v l s 的参数。低频减载和低压减载参数的整定，都忽视了系 统受到扰动后暂态过程中的频率和电压安全性的要求，它们之间的相互影响及其协调配 合也没有顾及到。在本文中我们仅对低压减载优化整定进行论述。 低压减载参数的优化整定，与电压安全约束密切相关。本文立足于，系统受到扰动 后，暂态电压安全的要求，研究低压减载参数的优化整定。基于以实际系统详细模型， 考虑低压减载及其它稳控装置的动作特性，仿真系统受到扰动后的电压轨迹得到的暂态 电压安全裕度对减载参数的灵敏度信息，以安全运行对暂态电压安全裕度的要求为约 束，综合考虑不同方式及故障下动态电压特性对低压减载的影响、各种运行条件下的减 载性价比，确定减载参数，使所考虑的方式及故障下低压减载所付出的总体代价最小。 电压跌落可接受性二元表表征暂态电压安全性的要求，根据电网中主要机组厂用系 统对低电压的要求和大用户对电压质量的约束，考虑电网运行对枢纽厂站母线暂态电压 的要求，参考国内外相关标准，确定描述电网扰动后发电机节点、负荷节点和枢纽厂站 的暂态电压跌落可接受性的二元表。 在进行优化整定时，考虑低压减载装置是多轮动作的，在每轮的起动电压及相应的 延时确定的条件下，优化整定每轮所切负荷的数量。本文主要着眼于基本轮减载参数的 优化整定，特殊轮的整定宜在中长期动态仿真的基础上进行，基于静态电压安全约束的 要求。 考虑暂态安全性的低压减载装参数优化整定的目标是针对参数整定周期内系统的 各种典型运行方式，和各种典型方式相应的故障集，在所有的低压减载装的各轮切负荷 量的组合中，寻找能使系统暂态安全且代价最小的组合。鉴于低压减载装装置的动作过 程除特殊轮之外，是从第一轮开始逐轮动作的，各轮整定的负荷量总和也是有限制的， 可以把低压减载装控制作为多级控制序列，每一轮的切负荷量作为状态变量。因此，低 j j 瓦减城装参数优化整定是包含微分代数方程、多级系统的最优化问题。 低频减载参数和低压减载参数可分别进行，亦可进行一体化整定。低频减载与低压 减载参数一体化整定，优化的结果是，暂态频率安全裕度和暂态电压安全裕度都满足安 全约束，低频减载和低压减载的总代价最小。根据进行优化整定时研究的方式与故障的 需要，有单方式单故障优化、单方式多故障优化和多方式多故障优化等形式。 辽宁电网低压减载的优化整定 1 3 计算条件 1 3 1 数学模型 发电机采用考虑阻尼绕组的双轴6 阶模型，计及转子超瞬变过程，且转子q 轴考虑 阻尼绕组。励磁系统采用连续、旋转直流励磁系统模型。汽轮机采用串联组合、单再热 器的汽轮机模型，计及调速器的影响；水轮机采用带软反馈调节的调速器和原动机模型。 关于负荷模型，东北电网采用5 0 的电动机负荷和5 0 的恒阻抗负荷，华北电网采用 4 0 的恒阻抗负荷和6 0 的恒功率负荷。考虑负荷的频率静态特性时，频率变化1 0 ， 引起有功变化1 8 ，引起无功变化2 o 。 1 3 2 继电保护和安全自动装置动作时间 依照中华人民共和国电力行业标准电力系统安全稳定导则( d l 7 5 5 2 0 0 1 ) ，结 合辽宁电网的实际情况，确定继电保护和安全自动装置动作时间。 ( 1 )2 2 0k v 线路 三相永久性短路：0s 故障，近端0 18 、远端o 1 2s 跳开，分别经5 0s 延时后三相 重合，再分别经o 1s 和o 1 2s 跳开。 三相瞬时性短路：0s 故障，近端0 1s 、远端o 1 2s 跳开，分别经5 0s 延时后三相 重合。 单相永久性短路：0s 故障，近端o 1s 、远端o 1 28 跳开单相，分别经1 0s 延时后 单相重合，再分别经o 1s 和0 1 2s 跳开三相。 单相瞬时性短路：0s 故障，近端o 1s 、远端0 1 2s 跳开单相，分别经1 0s 延时后 单相重合。 ( 2 )2 2 0k v 母线 三相永久性短路：0s 故障，o 1 2s 跳开与该母线相联所有线路及主变的本侧开关。 ( 3 )5 0 0k v 线路 三相永久性短路：0s 故障，近端0 0 8s 、远端0 1 0s 跳开。 单相永久性短路：近端0 0 8s 、远端0 1 0s 跳开单相，分别经0 8s 延时后单相重合， 再分别经0 0 8s 和0 1 0s 跳开三相。 单相瞬时性短路：近端o 0 8s 、远端o 1 0s 跳开单相，分别经0 8s 延时后单相重合。 ( 4 )5 0 0k v 母线 三相永久性短路：0s 故障，0 1 0s 跳开与该母线相联所有线路及主变的本侧开关。 火连理t 大学专业学位硕士学位论文 ( 5 ) 低频和低压减载装置：发出动作信号，经0 2 0s ( 1 0 个周波) 延时后断路器 跳闸，包括辅助继电器时延。 ( 6 ) 电压释放：马达低压释放的电压值是0 6 p u ，释放时延为0 5s 。 1 3 3 电压安全性标准 目前辽宁电网低压装置首轮动作值为电压低于0 8 0p u ，持续时间0 3s 。电压安全 性考核标准确定为，事故后暂态过程中电压低于0 7 5p u ，持续时间不超过0 3s 。 监视电压的母线如下：2 2 0k v 母线有朝阳、董家、阜新、建平、锦州、青堆、大四、 南关岭、吴屯、凤城、丹东、营口、红旗、熊岳、王石、浑河、虎石台、辽阳、李石寨、 清河、水丰、华山、锦变、锦西、团山、义县、盘山、祁家、海城、和平、东鞍、本溪； 5 0 0 k v 母线有董家、绥中、南关岭、王石、辽阳。 1 3 4 计算数据 分析计算的基础数据为辽宁电网2 0 0 3 年冬大方式和夏大方式，分别考虑东北与华 北联网和不联网两种情况。原始数据格式为电科院p s a s p 6 1 版的格式，转换为国电自 动化研究院开发的f a s t e s t 兼容格式的数据。 1 4 本项目前期研究结论 利用仿真系统受到扰动后低压减载装置的动作特性，分析它们对动态电压安全性的 影响，得出如下结论： 目前低压减载装置的区域分布是合理的，装设在锦州、大连和丹东电网，与动态电 压安全薄弱区域辽西电网和辽南电网中的大连地区基本上一致。 低压减载装置的现有配置对电压安全性的提高能起到一些作用，与方式及故障形态 有关。在大四厂3 台机运行时，对于大四厂全停故障，在冬大不联网无旋转备用方式、 冬大联网方式和夏大联网方式，低压减载动作能使大连地区的电动机不失速，体现了其 在改善大连地区电压安全性方面所发挥的作用。低压减载对短路类故障及其它部分故障 下电压安全性的改善，从故障后电压不安全的范围有所减小和电压不安全程度的降低两 个方面得以体现，但不能从定性上改变电压安全性的特性。 低压减载对短路类故障及其它部分故障下电压安全性改善效果不显著，与辽宁电网 在这些故障下的动态电压变化特点有关。故障期间电压跌至最低值，故障清除后，即使 不考虑低压减载装置动作，电压也开始恢复，且恢复特性较好，在最小值都大于0 7 5p u 的区间振荡，电压安全存在问题的时间段是故障期间及故障清除后的初始时段。 辽宁电网低压减载的优化整定 2 压减载参数对动态电压安全性影响的研究 结合辽宁电网故障下动态电压变化的特点，分析研究低压减载参数对动态电压安全 性的影响，探讨通过低压减载改善辽宁电网动态电压安全性的可行性。 2 1 短路故障 2 1 1 动态电压变化的特点 对于线路和母线故障，存在电压安全问题的区域是辽西和辽南地区，这两个区域内 部分线路和母线发生三相短路故障，暂态过程中电压跌落幅度和持续时间超过动态电压 安全性考核标准。虽然在不同的方式下，对于不同地点和类型的短路故障，电压安全裕 度不同，动态电压变化曲线有区别，但动态电压变化特性存在一些相似之处。 图2 1 冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，锦州董家线路发生三相永 久性故障后，建平、锦州、华山、锦变、团山和锦西等厂站母线的电压变化曲线 f i g 2 1t h ec u r v eo fv o l t a g ei nj i a n p i n g ，j i n z h o u ，h u a s h a n ，j i n b i a n ，t u a n s h a na n d j i n x ia f t e rt h r e e - p h a s e p e r m a n e n tb r e a k d o w ni nj i n z h o u - d o n g i i al i n e 大连理工大学专业学位硕士学位论文 图2 1 是冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，锦卅i 一 董家线路发生三相永久性故障( 有重合闸) 后，建平、锦州、华山、锦变、团山和锦西 等厂站母线的电压变化曲线。从曲线可知：电压跌落最严重的两个时间段是7 2s 和 5 1 0 5 9 4s ，电压低于o 7 5p u ，相应于短路期间和故障线路跳开的初始一段时间，其它 时间段电压恢复较好，都超过0 7 5p u ，经过一段时间的振荡后能恢复到1 0p u 以上。 在其它方式下，辽西电网的其它线路三相永久性故障下的电压变化曲线与其类似，只是 电压跌落严重的母线不同，低于o 7 5p u 的时间和电压恢复到1 0p u 以上的时间略有区 别。 图2 2 冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，锦州一董家线路发生 三相瞬性故障后，建平、锦州、华山、锦变、团山和锦西等厂站母线的电压变化曲线 f i g 2 2t h ec u r v eo fv o l t a g ei nj i a n p i n g ，j i n z h o u ，h u a s h a n ，j i n b i a n ，t u a n s h a na n dj i n x ia f t e rt h r e e p h a s e i n s t a n tb r e a k d o w ni nj i n z h o u - d o n g j i al i n e 图2 2 是冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，锦州一 董家线路发生三相瞬时性故障后，建平、锦州、华山、锦变、团山和锦西等厂站母线的 电压变化曲线。从曲线可知：电压跌落最严重的时间段是7 2s ，电压低于o 7 5p u ， 相应于短路期间和故障线路跳开的初始一段时间，然后电压逐渐恢复到1 0p u 以上。在 其它方式下，辽西电网的其它线路三相瞬时性故障及母线故障下的电压变化曲线与其类 辽? j f 。电网低压减载的优化整定 似，只是电压跌落严重的母线不同，低于o 7 5p u 的时间和电压恢复到1 0p u 以上的时 间略有区别。 图2 3 冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，大四一吴屯线 路发生三相永久性故障后，大四、南关岭和吴屯等厂站母线的电压变化曲线 f i g 2 3t h ec u r v eo fv o l t a g ei nd a s i ，n a n g u a n l i n ga n dw u t u na f t e rt h r e e - p h a s ep e r m a n e n tb r e a k d o w ni n d a s i w u t u nl i n e 图2 3 是冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，大四一 吴屯线路发生三相永久性故障( 有重合闸) 后，大四、南关岭和吴屯等厂站母线的电压变 化曲线。从曲线可看出，与锦州一董家线路发生三相永久性故障类似，电压跌落最严重 的有两个时间段，是4 2s 和5 1 0 5 5 4s ，电压低于0 7 5p u ，相应于短路期间和故 障线路跳开的初始一段时间，其它时间段电压恢复较好，都超过o 7 5p u 经过一段时 间的振荡后能恢复到1 0p u 以上。在其它方式下，辽南电网的其它线路三相永久性故障 下的电压变化曲线与其类似，只是电压跌落严重的节点不同，低于o 7 5p u 的时间和电 压恢复到1 0p u 以上的时间略有区别。 大连理工大学专业学位硕十学位论文 图2 4 冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，大四一吴屯线路发 生三相瞬时性故障后，大四、南关岭和吴屯等厂站母线的电压变化曲线 f i g 2 4t h ec u r v eo fv o l t a g ei nd a s i ，n a n g u a n l i n ga n dw u t u na f t e rt h r e e - p h a s ei n s t a n tb r e a k d o w ni n d a s i w u t u nl i n e 图2 4 是冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，不考虑低压减载装置动作，大四一 吴屯线路发生三相瞬时故障后，大四、南关岭和吴屯等厂站母线的电压变化曲线。从曲 线可知：电压跌落最严重的时间段是o o 5 2s ，电压低于o 7 5p u ，相应于短路期间，然 后电压逐渐恢复到1 0 p u 以上。在其它方式下，辽南电网的其它线路三相瞬时性故障下 及母线故障的电压变化曲线与其类似，只是电压跌落严重的节点不同，低于o 7 5p u 的 时间和电压恢复到i 0p u 以上的时间略有区别。 辽宁电网在线路和母线发生短路故障的情况下，动态电压变化的特点是，在短路期 间和故障清除后初始一段时间内，部分节点的电压跌落严重，低于0 7 5p u ，且持续时 间超过o 3s ，因而电压安全裕度小于o ；电压恢复特性较好，短路故障清除后约0 6s 左右，电压能恢复到1 0p u 以上。 辽宁电网低压减载的优化整定 2 1 2 低压减载参数对动态电压安全性的影响 由上述分析可知，短路故障期间及短路故障清除后初始的一段时间内，辽宁电网的 电压特性对其动态安全性的影响最大，电压安全裕度主要表征的是这段时间内的电压安 全状况的。因而，只有低压减载装置能明显改变辽宁电网短路故障期间及故障清除后初 始一段时间内的电压变化曲线，才能对辽宁电网动态电压安全性有明显影响。 1 不考虑故障闭锁低压减载装置 为更充分的体现低压减载的作用，不考虑故障期间低压减载装置闭锁，相应的电压 安全性考核也包括故障期间的电压安全性状况。 对于没有重合闸的故障，短路故障发生时刻，节点电压跌落最严重，电压安全的薄 弱节点电压低于0 4 0p u ，小于通常的各轮电压动作门槛值，通过一段时间延时，一般 为0 3 0s ，发出动作信号，考虑到辅助继电器的时延和断路器动作时间，约为0 2 0s ，真 正实现切负荷在短路故障后的o 5 0s ，各轮次动作时间相同。此时，一般电压已经恢复 到接近0 7 5p u ，不太严重的故障或受影响程度较小的区域，节点电压已恢复到超过0 7 5 p u ，而切负荷后的电压特性改变还要滞后一定时间，对电压的恢复水平有所影响。改变 低压动作的起动值，不影响动作的轮次和切负荷动作的时间；调整延时，也不能根本改 变短路故障后0 - 4 ) 6s 这段时间内的电压特性。 对于重合闸不成功的故障，发生短路故障，故障线路跳开，至重合于故障线路前， 这段时间内，低压减载装置的动作特性及对电压特性的影响与没有重合闸的故障情形相 同；故障线路重合，至再跳开，及其以后，低压减载装置各轮不再动作。所以，低压减 载对该类故障下的电压安全性的影响也不大。 图2 5 是冬大不联网辽宁电网无旋转备用方式，在目前低压减载装置配置的基础上， 各轮电压起动门槛值、延时和切负荷量等参数变化情况下，锦州一董家线路发生三相永 久性故障后，华山母线的电压变化曲线。图2 6 是上述情况下，大四一吴屯线路发生三 相瞬时性故障后，南关岭2 2 0 k v 母线的电压变化曲线。从图2 5 可见，在两次短路期间 及故障线路跳开的初始一段时间，低压减载载参数对电压曲线基本上没有影响，各种减 载参数条件下电压曲线重合，在恢复到0 7 5p u 以上才能分辩出减载参数对电压曲线的 影响。对于三相瞬时性故障，从图2 6 可见，情况与图2 5 类似，在短路故障期间及故 障线路跳开的初始时段，减载参数变化，电压曲线依然基本相同，电压恢复到0 7 5p u 以上，才能观察到减载参数对电压曲线有一定的影响。图2 5 和图2 6 说明，减载参数 对电压安全最危险的时段的电压特性影响很小，以至于从仿真曲线很难表现出来。 大连理工大学专业学位硕十学位论文 1 2 1 0 8 j 厶 、0 6 出 曾 0 4 0 2 o 024681 01 21 41 61 82 0 时间( s ) 图2 6 冬大不联网辽宁无备用，就目前低压减载装置配置，各轮电压起动门槛值减小0 0 5 、延时减 小5 个周波和切负荷量减少2 等参数变化情况下，大四一吴屯线路发生三瞬故障，南关岭2 1 母线 电压变化曲线 f i g 2 6t h ec u r v eo fv o l t a g ei nt h et h r e e - p h a s ei n s t a n tb r e a k d o w ni nd a s i w u t u nl i n ew i mt h ed e l a yo f5 c y c l e sa n d2 r e d u c t i o no fc u t t i n gl o a d 2 考虑故障闭锁低压减载装置 考虑到低压减载装置作为电力系统安全运行的第二道防线，主要为提高故障后的电 压恢复水平服务，在故障期间装置闭锁，在分析动态电压安全性时，不考虑短路故障期 间及故障清除后一定时间内的电压情况。 在这种情况下，低压减载装置参数变化，对辽宁电网在短路故障下的动态电压安全 性没有影响。一方面，由前面的分析，如果不计及短路故障期间及故障清除后一定时间 内的电压情况，在短路故障下，辽宁电网的动态电压安全性不存在问题。另一方面，在 短路故障下，低压减载装置各轮次均不会动作。 在目前配置的基础上，对各轮电压起动门槛值、延时和切负荷量等参数进行调整， 计算短路故障下的电压安全裕度，也发现它们对很多故障下的电压安全裕度没有影响， 部分故障下的电压安全裕度有所变化，但不改变电压安全性的定性结论。 综上所述，在辽宁电网，低压减载对电压安全裕度的影响很小，因而，在进行低压 减载装置参数的整定时，可以不考虑短路类故障。 辽宁电网低压减载的优化整定 2 2 发电机停机 对于发电机突然停机故障，只有大四全厂停，存在电压安全性问题，下面讨论该故 障下的电压变化特性，以及低压减载对电压安全性的影响。 2 2 1 夏大不联网方式和冬大不联网辽宁有旋转备用方式 夏大不联网方式和冬大不联网辽宁有旋转备用方式，大四全厂停机故障，大连地区 的电压特性基本相同。发生故障后，电压急剧下降，足以跌破低压减载动作的各轮门槛 值，即使低压减载装置不动作，电压也能恢复到o 8 0p u 以上，在不超过1 0 4p u 的区 间振荡。电压安全裕度体现的是故障发生后，从电压下降至恢复到最大值这段时间内的 电压变化情况。 图2 7 夏大不联网方式下，大四全厂停，不考虑低压减载装置动作， 大连地区的火四、南关岭和吴屯等厂站节点电压变化曲线 f i g 2 7t h ec u r v eo fv o l t a g ei nd a s i ，n a n g u a n l i n ga n dw u t u ni nd a l i a na r e a 图2 7 是夏大不联网方式下，大四全厂停，不考虑低压减载装置动作，大连地区的 大四、南关岭和吴屯等厂站节点电压变化曲线。大四全厂停，电压从1 0 3p u 左右急剧 跌落到0 9 0p u 附近，继续降低，事件发生后的o 7s 时，降至最低值o 5 1p u ，然后开 大连理工大学专业学位硕士学位论文 始恢复，1 6s 时电压恢复到0 7 5p u 以上。冬大不联网辽宁有旋转备用方式，大四全厂 停，不考虑低压减载装置动作，大连地区的大四、南关岭和吴屯等厂站节点电压变化曲 线与图2 7 的基本特征相同，仅在具体的数值上略有差异。 在这种情况下，低压减载装置动作，对故障发生后、从电压下降至恢复到最大值这 段时间内电压特性的改变，不是很明显，对其以后的电压振荡区间有影响，因此，对电 压安全性的改善不能通过电压安全裕度反应出来。所以，低压减载参数变化，对电压安 全裕度的影响不大。 2 2 2 冬大不联网辽宁无旋转备用方式和联网方式 冬大不联网辽宁无旋转备用方式、冬大联网方式和夏大联网方式，这3 种方式下， 大四厂3 台机运行，大四全厂停，大连地区的电压变化特性基本相同。发生故障后，电 压急剧下降，足以跌破低压减载动作的各轮门槛值，然后电压开始恢复，这一阶段与上 述夏大不联网方式和冬大不联网辽宁有旋转备用方式下的情况相同，但经历的时间比较 长。在后续时间段内，大连地区的电压也是振荡，但振荡区间与上述夏大不联网方式和 冬大不联网辽宁有旋转备用方式下的情况不同，是在0 7 5p u 上下，且相对比较平缓， 振荡频率比较小。在第一个电压下降至恢复的时间段，由于时间比较长，导致大连地区 的电动机失速，从而引起后阶段的电压不能完全恢复到0 7 5p u 以上，这是它与夏大不 联网方式和冬大不联网辽宁有旋转备用方式下的最大区别。 图2 8 是夏大联网，大四厂3 台机运行，大四厂全停故障，不考虑低压减载动作， 大连地区的大四、南关岭和吴屯等厂站节点电压变化曲线，冬大不联网辽宁无旋转备用 方式和冬大联网方式下的情况与其基本相同。 在这种情况下，虽然电压安全裕度反映的可能也是故障发生后，从电压下降至恢复 到最大值这段时间内的电压变化情况，由于恢复时间比较长，低压减载的效果还能从该 段时间的后半部分的电压变化得以体现，从而在一定程度上对电压安全裕度有影响。低 压减载对电压安全影响最大的是，可以使大连地区的电动机负荷保持稳定，不再失速， 同时电压水平也能得到较好的恢复。计算结果表明：采用目前辽宁电网的低压减载配茕 方案，大连地区电动机负荷的稳定性就能得到保证，电压稳定裕度大于o ，电压跌落可 接受性裕度也有所变化。 对冬大不联网辽宁无旋转备用方式和联网方式，进行低压减载的优化整定，大连地 区减载量达到极限，电压安全裕度仍小于o 。 辽宁电网低压减载的优化整定 图2 8 夏大联网，大四厂3 台机运行，大四厂停，大连地区的大四、南关岭和吴屯等厂站节点 电压变化曲线 f i g 2 8t h e9 1 l r v eo fv o l t a g ei nd a s i ，n a n g u a n l i n ga n dw u t u ni nd a l i a na r e a 以大连地区极限减载量为基本条件，调整各轮次电压动作值、延时和减载量，并与 不考虑低压减载装置动作的情况进行比较，可看出低压减载参数对电压安全性的影响。 以夏大联网方式为例，表2 1 是原方式以及调整各轮次电压动作值、延时和减载量等方 式下，切负荷量和电压安全裕度的比较情况。图2 9 是上述各种情况下，吴屯母线电压 变化的曲线。 表2 1 原方式以及调整各轮次电压动作值、延时和减载量等方式下，切负荷量和电压的比较 t a b 2 1t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nc u t t i n gl o a da n ds a f e t ym a r g i no fv o l t a g e 比较电压安全裕度 切负荷量 项目 ( m w )大四2 1南关岭2 1南关岭5 1吴屯2 l 方式 原方式 1 6 4 4_ 4 9 7 24 7 9 88 5 9- 4 8 5 6 起动延时减小 1 2 2 25 0 0 6_ 4 8 6 51 0 8 8- 4 9 1 5 5 个周波 大连理丁大学专业学位硕士学位论文 起动值减小0 0 5 1 1 4- 4 0 0 5 3 6 8 0 1 8 9 93 9 1 4 切负荷量减少2 6 2 45 7 1 65 5 7 41 6 6 65 6 3 0 从表2 1 和图2 9 可以看出，各轮起动延时减小5 个周波，电压安全裕度较原方式 总体上变化不大，但电压恢复总体上比较好。各轮电压起动门槛值减小o 0 5 单位，电压 安全裕度较原方式总体上变化也不大，但电压恢复过程比较差。各轮切负荷量减少2 ， 电压安全裕度较原方式总体上降低，电压恢复过程也变差。从图2 8 图2 9 还可看出， 各轮电压起动门槛值过低，低压减载对电压恢复的作用就很小，仍然可能出现大连地区 电动机负荷失速的情况。 在所研究的方式中，大四厂是大连地区唯一的有源无功电源，大四厂全停，该负荷 中心的无功缺额过多，难以通过低压切负荷的方法解决该地区的电压安全性问题。然而， 还是可以看出，低压减载对该地区电压安全性的改善有比较显著的效果。 1 1 o 9 o 7 3 q 。o 5 出 脚0 3 0 1 0 1 时间( s ) 图2 9 原方式以及各轮电压起动门槛值减小o 0 5 、延时减小5 个周波和 切负荷量减少2 等参数变化情况下，吴屯母线电压变化曲线 f i g 2 9t h ec u r v eo fv o l t a g ew u t u nl i n ew i t ht h ed e l a yo f5c y c l e sa n d2 r e d u c t i o no fc u t t i n gl o a d 辽宁电网低压减载的优化整定 2 3 本章小结 本章在分析故障后电压变化特点的基础上，研究了辽宁电网短路故障和发电机突然 停机两类故障下，低压减载参数对动态电压安全性的影响，主要得到以下结论： 1 辽宁电网在线路和母线发生短路故障的情况下，动态电压变化的特点是，在短路 期间和故障清除后初始一段时间内，部分母线的电压跌落严重，低于o 7 5p u ，且持续 时间超过o 38 ，使电压安全裕度小于0 ；电压恢复特性较好，短路故障清除后约0 68 左右，电压能恢复到1 0p u 以上。如果不考虑故障期间及故障清除后初始一段时间内的 电压情况，在短路故障下，辽宁电网动态电压安全性不存在问题。低压减载装置动作， 对短路故障下的电压安全性影响不大，在进行低压减载参数整定时，可不考虑短路类故 障的要求。 2 在发电机突然停机故障中，大四厂全停，对电压安全性的影响最大。大四厂全停 故障，电压变化特性与运行方式有关，以大四厂3 台机运行的情况为例，可分为两种情 况：( 1 ) 夏大不联网方式和冬大不联网辽宁有旋转备用方式； ( 2 ) 冬大不联网辽宁无 旋转备用方式、考虑负荷特性方式和联网方式。对第一种情况，故障后，电压有较好的 恢复特性，即使低压减载装置不动作，电压也能恢复到o 8 0p u 以上，在不超过1 0 4p u 的区间振荡，低压减载参数对电压安全裕度的影响很小。对第二种情况，故障后，电压 恢复比较缓慢，如果不考虑低压减载的作用，大连地区的电压在0 7 5 0p u 上下区间振荡， 大连地区电动机失速；低压减载对这种情况下的电压安全性影响较大，能使大连地区电 动机负荷的稳定性有保证，对改善大连地区电压跌落可接受性裕度也有好处。 3 冬大不联网辽宁无旋转备用方式和联网方式，大四厂3 台机运行，发生大四全厂 停机故障，通过优化低压减载不能完全解决大连地区电压跌落可接受性问题。低压减载 参数变化，对电压安全性有影响，减小各轮起动延时对电压安全裕度影响不大，但可以 改善电压恢复过程；各轮电压起动门槛值和各轮切负荷量减小，不仅会使电压安全裕度 有所下降，而且会恶化电压恢复过程。如果各轮电压起动门槛值过低，低压减载对电压 恢复的作用就很小，仍然可能出现大连地区电动机负荷失速的情况。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 3 低压减载参数对暂态电压稳定性影响的研究 本章研究低压减载对暂态电压稳定性的影响。感应电动机是电力系统动态负荷的主 要组成部分，因此，在本项目中暂态电压稳定主要考虑感应电动机的稳定性。 3 1 不考虑低压减载时的暂态电压稳定性 在不考虑低压减载装置动作时，辽宁电网的暂态电压稳定性存在一定的问题。在所 研究的诸方式下，发生大四2 2 0 k v 母线三永故障，大连地区的暂态电压稳定裕度小于0 ， 该区域的感应电动机失速；发生董家2 2 0 k v 母线三永故障，辽西电网的锦西、华山、团 山等母线的暂态电压稳定裕度小于o ；在冬大不联网、冬大联网和夏大联网方式下，发 生大四厂全停故障，大连地区的暂态电压稳定裕度小于0 ：在冬大方式下，发生董家一 辽阳单回线路三永故障，辽西电网的锦西、华山、团山、盘山等母线的暂态电压稳定裕 度小于o ；在夏大不联网方式下，发生辽阳2 2 0k v 母线三永故障，鞍山地区和辽西地区 的暂态电压安全裕度小于0 。表3 1 列出了各方式下，不考虑低压减载时，暂态电压稳定 裕度小于0 的故障。 分析计算结果表明，在不考虑低压减载装置动作时，辽西和辽南存在暂态电压稳定 性问题。 表3 1 不考虑低压减载时，暂态电压稳定裕度小于0 的故障 t a b 3 1b r e a k d o w no fs t a b i l i t ym a r g i no ft r a n s i e n tv o l t a g ew h i c hw a sl e s st h a n0w i t hn o c o n s i d e r a t i o na b o u tu n d e r v o l t a g el o a ds h e d d i n g 方式名称故障 冬大不联网， 大四2 1 母线三永故障，董家2 2 0k v 母线三永故障， 辽宁无备用 董家一辽阳单同线路三永故障，大四厂全停故障 冬大不联网， 人四2 1 母线三永故障，董家辽阳单回线路三永故障， 辽宁有备用大四厂全停故障 冬大不联网， 大四2 l 母线三永故障，董家一辽阳单回线路三永故障， 考虑负荷静态特 大四厂全停故障 性 冬大联网大四2 1 母线三永故障，大四厂全停故障 夏大不联网董家2 2 0k v 母线三永故障，大四2 1 母线三永故障， 辽! j t 电网低压减载的优化整定 辽阳2 2 0 k v 母线三永故障 董家2 2 0k v 母线三永故障，大四2 l 母线三永故障， 夏大联网 大四厂全停故障 3 2 按目前低压减载方案时的暂态电压稳定性 目前，辽宁电网在大连、锦州、丹东、朝阳和赤峰配有低压减载装置，从分析计算 结果来看，这些装置及目前的参数整定，对改善事故后辽宁电网的暂态电压稳定性起到 了积极作用。表3 2 列出了按目前低压减载方案，暂态电压稳定裕度小于o 的故障；图 3 1 - - 3 4 是按目前低压减载方案，部分暂态电压稳定裕度小于0 的故障下的电动机滑差 曲线。比较表3 1 和表3 2 ，在各方式下，暂态电压稳定裕度小于0 的故障有所减少； 大四厂3 台机运行，发生大四厂全停故障，大连地区的暂态电压稳定性也能有保证；在 冬大联网方式下，不存在暂态电压稳定裕度小于0 的故障。 目前的低压减载方案，不能完全解决辽宁电网存在的暂态电压稳定性问题，在某些 运行方式下，仍然有故障使辽西和辽南电网的暂态电压稳定裕度小于0 。暂态电压稳定 性存在隐患的故障有：大四2 2 0k v 母线三永故障( 大四3 台机运行) 、董家2 2 0k v 母 线三永故障、董家一辽阳单回线路三永故障和辽阳2 2 0k v 母线三永故障。 就低压减载装置的配置而言，目前的低压减载装置都安装在暂态电压稳定性存在一 定问题的区域，基本上是合理的，建议在此基础上，在鞍山地区配置低压减载装置，进 一步发挥低压减载在改善暂态电压稳定性中的作用。 表3 2 目前低压减载方案，暂态电压稳定裕度小于0 的故障 t a b 3 2b r e a k d o w no fs t a b i l i t ym a r g i no ft r a n s i e n tv o l t a g ew h i c hw a sl e s st h a n0u n d e rt h e p l a no fu n d c r v o l t a g el o a ds h e d d i n gn o w 方式名称故障 冬大不联网， 大四2 1 母线三永故障 辽宁无备用 冬大不联网， 大四2 1 母线三永故障，董家2 2 0k v 母线