（电气工程专业论文）天生桥联络线的暂态稳定分析.pdf

中文摘要 2 0 0 5 年南方五省( 区) 经济将继续保持快速增长，电力需求总体上仍将维 持较高水平。广东电力需求将保持较快增长，广西工业化和城镇化进程加快推进， 电力需求增长总体保持在较高水平。而2 0 0 4 年和2 0 0 5 贵州电网缺煤限电严重， 会因电煤供应不足导致机组停运或降低出力现象严重。 在西电东送工程中，作为贵州、广东、云南、广西的交汇地一一天生桥电站， 是贵州作为主要送端系统的一个枢纽点，有5 0 0 k v 、2 0 0 k v 交直流通道，尤其以 安顺变一一天生桥二级电站的联络线，即安天线，将贵州电网与南方电网的送端 更直接地与广西和云南系统连在一起。 2 0 0 5 年，随着天广四回交流线路的建成投产，西电送交流通道有所加强，云 南电网与主网的联接也得到显著加强。 当直流系统发生故障，会加大对交流系统的冲击，而直流系统输送功率越大， 直流功率在交流系统故障期间和故障后恢复过程的波动就越大，对电网稳定性就 越不利。 0 5 正常方式下，5 0 0 k v 各送电断面潮流控制在断面极限内，任一回5 0 0 k v 交流线路三相永久故障，保护正确动作，系统保持稳定，任意一回直流单极闭锁， 或大机组失磁跳闸后系统都能保持稳定，主网能够基本满足送电计划及正常供电 的需要。 相对于其它n 1 故障而言，5 0 0 k v 安天线安顺侧三永，天平线天生桥侧三 永，高肇直流单极闭锁等故障最为严重，是影响南方电网安全稳定运行，约束各 断面输电极限的约束性故障。可见，天生桥电站作为集交、直流系统的中间站， 其运行故障情况影响整个南方电网的稳定运行。而其中尤以5 0 0 k v 安天线安顺侧 三永故障是影响贵州电网外送能力的约束性故障，而随着交流电网电压的大幅波 动，直流系统功率也相应有较大幅度的波动，更进一步阻碍交流系统波动的平息， 引起全网性的波动。 故本文对天生桥电站及其联络线的5 0 0 k v 、2 0 0 k v 交流系统及其直流系统 的暂态稳定提出分析，尤以5 0 0 k v 安天线为主要分析对象，以了解整个电网发生 4 故障时对故障实时状态及对外送功率的影响，有一定的参考作用。 在研究过程中，研究计算工具采用w i n d o w s9 5 n t 平台中国版b p a 电力系统 分析软件包。 关键词：联络线故障暂态稳定电力系统分析 5 i n2 0 0 5 ，s o u t hf i v ep r o v i n c e s ( a r e a ) e c o n o m yw i l lc o n t i n u et h ek e e p i n g i n c r e a s e sq u i c k l y ，t h et o t a lt o pi nn e e di ne l e c t r i cp o w e rw i i is t i l l m a i n t a i nt h eh i g h e rl e v e l t h ee l e c t r i cp o w e rn e e do fg u a n g d o n gw i l lk e e p t h a ni n c r e a s eq u i c k l y ，g u a n g x ii n d u s t r i a l i z e st ot u r nt h ep r o g r e s st op u s h f o r w a r dq u i c k l yw i t ht h et o w n ，e l e c t r i cp o w e rt h en e e di n c r e a s et h et o t a l k e e p i n gi nt h eh i g h e rl e v e l b u t2 0 0 4w i t h2 0 0 5e x p e n s i v es t a t ec h a r g e d b a r b e dw i r en e t sl a c kc o a lr e s t r i c t i o no fe l e c t r i c i t ys e r i o u s ，m e e t i n g b e c a u s eo fe l e c t r i c i t yc o a ls u p p l yt h es h o r t a g ec a u s e sm a c h i n es e ts t o p p e d t oc a r r i e so rd e c l i n et ol i f tah a n dt ot h ep h e n o m e n o ns e r i o u s l y i nw e s tg a v eo rg e ta ne l e c t r i cs h o c ke a s ts e n te n g i n e e r i n g ，b eu s e d a st h ee x p e n s i v es t a t e ，g u a n g d o n g ，y u n n a n ，g u a n g x ih a n do v e rt or e m i ta g r o u n do f sn a t u r a l l yb r i d g et h ee l e c t r i c i t ys t a n d s i sa ne x p e n s i v e s t a t et h ec o n d u c ta n da c t i o n ss e n dt oc a r r yt h es y s t e mp r i m a r i l yo fav i t a l p o i n to r d e r s ，h a v eat h e1i n eo fc o n t a c tf o r ，t h e2 0 0k v sh a n d so v e rt h e d i r e c tc u r r e n tp a s s a g e ，p a r t i c u l a r l yw i t hp e a c e f u l l yf o l l o w i n gt oc h a n g e t h e n a t u r a l l yb r i d g et h es e c o n dc l a s se l e c t r i c i t ys t a n d s ，t h e n i n s t a l la n t e n n a s e n d i n gw i t hs o u t h e r nc h a r g e db a r b e dw i r en e tt h e e x p e n s i v es t a t ec h a r g e db a r b e dw i r en e tt oc a r r yt oc o n n e c tw i t hg u a n g x i w i t ht h es y s t e mo fy u n n a nm o r ed i r e c t l yt o g e t h e r i n2 0 0 5 c o n n e c tt oa l s ob es h o w na l o n gw i t haf o rw i d e l yf o u r t h r e t u r n i n ge x c h a n g e sc i r c u i ts e t t i n gu ph u r lp r o d u c i n g ，w e s te l e c t r i c i t y d e l i v e r i n gc i r c u l a t i n gf i r s tw a yh a v i n gt oe n h a n c e ，t h ec h a r g e db a r b e d w i r en e to fy u n n a na n dm a i nn e tt h ee n h a n c e w h e nt h ed i r e c tc u r r e n ts y s t e mo c c u r r e n c eb r e a k sd o w n ，m e e t i n g e n l a r g e m e n tt ot h ei m p a c to ft h ee x c h a n g e ss y s t e m ，b u tt h ed i r e c tc u r r e n t s y s t e mt r a n s p o r t st h ep o w e rm o r eb i g ，t h ed i r e c tc u r r e n tp o w e rr e c o v e r s t h em o t i o no ft h ep r o c e s sa f t e re x c h a n g e ss y s t e mb r e a kd o w np e r i o dw i t h b r e a kd o w nm o r eb i g ，t oc h a r g e db a r b e dw i r en e ts t a b i l i t ym o r e d i s a d v a n t a g e o u s 0 5n o r m a lw a y sa r en e x t ，t h e5 0 0k v si se a c ht os e n dt og i v eo r g e ta ne l e c t r i cs h o c kt h ec r o s ss e c t i o nc u r r e n tc o n t r o li nc r o s ss e c t i o n e x t r e m e1 i m i t ，i ti sa n yt or e t u r nt oa ne x c h a n g e sc i r c u i tt h r e eb r e a k d o w nm u t u a l l ya n dp e r m a n e n t l y ，p r o t e c tt h er i g h ta c t i o n ，t h es y s t e mk e e p s s t a b i l i t y ，a r b i t r a r i l yo nr e t u r n i n gt od i r e c tc u r r e n ts i n g l es h u t t i n gt h e l o c kv e r y ，o rb i gm a c h i n ead e m a n df o rl o s i n gj u m p i n ge m p r e s ss y s t e mc a n k e e p i n gs t a b i l i t y ，m a i nn e tc a nb a s i c l ys a t i s f y i n gs e n d i n ge l e c t r i c i t y p l a n n i n ga n dn o r m a lp o w e rs u p p l y i ti so p p o s i t et ob r e a kd o w ni nt h eo t h e rn 一1b u tt a l k as t i p u l a t i o n f o ri n s t a l l i n ga n t e n n ap e a c e f u l l yf o l l o w i n gs i d et h i r d ，w e i g h i n gs c a l e s 1 i n en a t u r a l l yb r i d g es i d et h i r d ，h i g ht h ed i r e c tc u r r e n to fs i n g l e l y v e r ys h u t t i n gl o c ke t c b r e a k i n gd o w nt h em o s ts e r i o u s l y ，i sa f f e c t i n g 6 s a f es t a h i l i t yi ns o u t h e r nc h a r g e db a r b e dw i r en e tc i r c u l a t i n g ， c o n t r o l i n ge a c hc r o s ss e c t i o nl o s i n ge l e c t r o d e1 i m i t t i n gb r e a k d o w n c a n o u t ，n a t u r a l l yt h eb r i d g ee l e c t r i c i t ys t a n d st h ec o n d u c ta n da c t i o n s g a t h e r st h em i d d l et h a th a n do v e r ，t h ed i r e c tc u r r e n ts y s t e ms t a n d s ，i t s m o v e m e n tb r e a k sd o w nc i r c u m s t a n c ei n f l u e n c ew h o l eas t a b i l i t yf o r s o u t h e r nc h a r g e db a r b e dw i r en e tm o v e m e n t a n da m o n gt h e mp a r t i c u l a r l y b r e a kd o w n w i t has t i p u l a t i o nf o ri n s t a l l i n ga n t e n n ap e a c e f u l l yf o l l o w i n g s i d et h i r dt h eb r e a k d o w no fi se x p e n s i v es t a t e si ni n f l u e n c ec h a r g e d b a r b e dw i r en e t so u t s i d es e n d i n ga b i l i t y ，a n du n d u l a t es i g n i f i c a n t l y a l o n gw i t ht h ee x c h a n g e sc h a r g e db a r b e dw i r en e te l e c t r i cv o l t a g e ，d i r e c t c u r r e n ts y s t e mp o w e rt o oc o w g i r lc o n t a i ns i g n i f i c a n tm o t i o n ，t h ef u r t h e r b a re x c h a n g e ss y s t e mu n d u l a t e so fq u e l l ，c a u s et h ea 1 1a n dn e tm o t i o n t h ep a s tat e x ts t a n d st ot h eb o r nb r i d g ee l e c t r i c i t ya n dl i n e a r a ne x c h a n g e ss y s t e mi ni t sc o n t a c ta n di t sd i r e c tc u r r e n ts y s t e mt e m p o r a r y 态t h es t a b i l i t yp u t sf o r w a r dt h ea n a l y s i s ，p a r t i c u l a r l yw i t ha n i n f l u e n c ef o ri n s t a l l i n ga n t e n n af o rm a i na n a l y s i so b j e c t ，t h e n u n d e r s t a n d i n gw h o l ec h a r g e db a r b e dw i r en e tt a k i n gp l a c eb r e a k i n gd o w n t ob r e a k i n gd o w ns o l i d l yh o u ra p p e a r a n c ea n do u t w a r ds e n d i n gp o w e r ，h a v e t oc o n s u l t sc e r t a i n l yf u n c t i o n i ns t u d yp r o c e s s ，t h er e s e a r c hc a l c u l a t i o nt o o la d o p t st h ec h i n e s e v e r s i o ni n9 5 t h et e r r a c eo fn ti nw i n d o w sb p ae l e c t r i cp o w e rs y s t e mt h e a n a l y s i st h es o f t w a r ep a c k a g e k e yp h r a s e ：t h ec o n t a c tl i n e b r e a k sd o w n t e m p o r a r ys t a b i l i t y e l e c t r i cp o w e rs y s t e ma n a l y s i s 7 前言 2 0 0 4 年南方电网负荷屡创新高，统调负荷达到4 6 0 6 6 m w ，受持续缺水少 煤和电网装机容量不足的影响，全年电力，电量平衡矛盾突出，电网安全形势严 峻。2 0 0 5 年南方电网计划新投产5 0 0 k v 天广四回交流线路，纳雍电厂一高坡换 流站交流线路等2 2 项重点输变电工程，南方电网西电东送通道进一步加强。送电 及供电能力进一步提高。但安全形势十分严峻，交直流系统的相互作用及其对电 网稳定性的不利影响进一步凸现，主网安全稳定运行对二次系统的依赖程度加深。 2 0 0 5 年南方五省经济持续高速发展，用电需求将有大幅度增长，电煤供应 情况更加紧张，缺煤停机局面进一步加剧，作为“西电东送”主要的能量集散地， 贵州电网的大部分电能送往广东和广西。 其中，安顺变以双回线与贵广直流( 双极3 0 0 0 m w ) 高坡换流站相联络，同 时，以双回线与5 0 0 k v 青岩变相联络，以安顺变一一天生桥二级和青岩变一一河 池变5 0 0 k v 送出交流通道建成投运，形成5 0 0 k v 日字环网，贵州电网电力送出 的规模登上新的台阶。 2 0 0 5 年南方电网的总体运行形势是：全年性、全网性、电源性缺电，电力 电量双缺，受电煤供应等因素的影响，电量平衡矛盾更加突出，供电形势非常严 峻；多馈入直流落点相对集中，直流系统长期满负荷运行，直流系统运行可靠性 至关重要；广东网内“西电东送”潮流过重，对应通道“卡脖子”问题进一步凸 现，相关设备故障威胁全网安全；局部地区电压调控困难，受端动态无功支撑能 力不足；机组临停概率增加；调峰、调频困难进一步加大；全网安全生产形势十 分严竣。 随着5 0 0 k v 送出交流通道的投运和自身网架结构的变化，贵州电网在南方 电网中作为主要送端系统的重要性是日益凸现，而天生桥电厂有5 0 0 k v 、2 0 0 k v 交直流通道，尤其以安顺变一一天生桥二级电站的联络线，即安天线，将贵州电 网与南方电网的送端更直接地与广西和云南系统连在一起，所以本项目将以与天 生桥电厂联络线的各种状态进行分析，包括正常运行方式下、故障情况下、检修 工况下等系统间的机组调节、系统失稳及外送功率的影响，都将作出一定的讨论 分析。 第一章研究目的、研究方式与方法 1 、1概述 由于电网系统结构和运行方式越来越复杂多变，在其系统的任一点发生故障， 都将在不同程度上影响整个电力系统的正常运作。开始往往是电力系统中某一元 件受到一个不大的干扰，引起正常工作的破坏，如果不能及时而正确的处理，随着时 间的推移有可能使事故连锁性扩大，波及其他元件，导致大量用户停电和设备损 坏。这些故障的原因、发展过程及其后果对社会的政治、经济和人民生活造成极 大的损失和灾难。 电力系统的暂态稳定性是电力系统在一个特定的大干扰情况下，能否经过暂 态过程达到新的稳定运作状态或者恢复到原来的状态，并保持同步发电机同步运 作的能力。反之，如果系统受到大的干扰后不能再建立稳态运作状态，而转子间一 直有相对运动，相位角不断变化，因而系统的功率、电流、电压不断振荡，以致整个 系统不能再继续运行下去。 大干扰一般指短路故障，如单相接地、两相短路、三相短路等，故障发生后，根 据干扰的大小，发电机送出的功率发生不同程度的突变，不同的故障类型、故障地 点，对稳定性的影响亦是不同，三相短路最严重( 占短路总数的5 1 0 ) ，最轻的是 单相短路( 占短路总数的7 0 ) 。电力系统的暂态稳定的研究要求解电力系统在 大干扰下的动态特性，即由电力系统机电方程式所描述的发电机转子和相应的电 压、电流等运行状态变量的变化，并考虑某些自动控制系统动态行为的影响。 南方电网的暂态稳定研究需要很多电力系统元件的数据而且这些参数不断 变化，为准确模拟电力系统带来了困难，同时，电力系统是一个非线性系统，其稳定 性与初始条件有关，亦与其参数变化有关，对电力系统暂态稳定的实际研究主要是 用计算机进行数值积分计算方法来进行，逐时段求解描述电力系统运动状态的微 分方程式组，从而得出动态过程中各状态变量的变化规律，用以判定电力系统的稳 定性 实际的暂态稳定研究由于研究方法和手段的限制，往往是在简化的基础上进 行，其目的是减轻计算工作量，同时突出研究问题的重点，根据不同的研究目的，一 般采用的简化有：在一个发电厂内的所有发电机用一等值发电机表示；不计所有元 件中由电磁过程引起的电流和电压的非周期分量；在暂态电抗x 、d 后的电动势e 、g 2 近似地与磁链成正比；用标么制表示时，转矩和功率的值可以认为是相等的；忽略 阻尼作用，负荷用等值阻抗来表示；计算用的接线图的等值化。 同时，在联合电力系统中往往不能用简单的等值网络来模拟各部分电网间的 相互影响和作用，而是较完整和详尽地来计算大系统的行为，不仅要研究故障后的 电力系统暂态稳定过程，还包括切除发电机、切负荷、系统解列等操作控制的影响 改进模型精度，注意模型所需数据的测量值和估计值，在需要得到较精确的解时，可 计及发电机的电磁过程，原动机的调节过程，负荷的动态过程；另一方面，要考虑多 种运行条件和故障，对其进行研究和计算。 1 、1 、1 稳定的分类概况 将电力系统稳定适当分类，对电力系统稳定问题的分析，造成不稳定基本因素 的识别以及构架改善稳态运行的方法等都是有利的分类基于如下考虑； i 造成不稳定的物理物质； i i 所考虑的扰动规模； i i i 为确定稳定性所必须考虑的装置、过程和时间范围； i v 最适合的稳定计算和预测方法。 图1 - 1 为电力系统的完整问题分类图，但在实际的必要性，分类基于种种不同的 考虑，从而使得在选择很清晰的区别分类并提供严格而便于实际应用的定义方面 遇到困难 3 图1 - 1电力系统稳定的分类 1 、1 、2电力系统的运行状态和控制策略 在概念上将系统运行条件分为以下5 种状态：正常、警戒、紧急、极端和恢复 状态 正常状态下，所有系统变量都在其额定范围内，没有过负荷设备，系统运行于安 全方式，能够承受偶然事故而不超出任何约束条件 警戒状态下，由于系统安全水平下降，故障干扰性增加，但系统变量仍在允许的 范围内，所有约束条件都能满足，所以，系统已到了很脆弱的程度，依次偶然事故便 会造成设备的过负荷，使系统进入紧急状态若干扰非常严重，则直接进入极端状 态。此时，可采取预防措盍虹将系统恢复到正常状态，若不成功，仍处于警戒状态。 紧急状态下，许多母线电压下降。设备负荷超出其短时紧急额定值，此时， 系统仍保持完整，采取紧急控制措施，如：故障清除，励磁控制等、hvdc 调 制，可能将系统恢复到警戒状态。 极端状态下，若以上措旌未能采取或不能奏效，其结果是连锁反应停电并可 能使系统的主要部分停机，可采取一些控制措施如切除负荷及有控制的系统解列， 4 使系统尽可能多的部分为停电范围中挽救出来。 恢复状态下，以上采取措施有效，并使系统转到警戒状态或正常状态。 为适应各种系统控制要求而提出相应的控制策略，以图1 - 2 分层结构来说明 澎渺 图1 - 2电力系统分层控制 以上结构中，有若干控制器直接运行于各单独系统元件如励磁系统、原动机、 锅炉、变压器轴头和直流交换器厂站控制器受控制中心的系统控制和监控：系统 控制器的动作又受联合电网的主控制器协调控制，整个控制系统是高度分布式的， 依赖于众多不同种类的遥测和控制信号其中，数据采集与监控系统提供描述系统 状态的信息经状态估计程序过滤的监测数据，提供系统状况的精确图景 1 、1 、3 稳定性的设计和运行准则 系统的设计和运行应使系统能承受更多可能的故障而不损失负荷，能在最不 利的可能故障情况下不致生产不可控的，广泛的连锁反应式的停电。 设计和运作准则对避免系统遭受严重故障后产生对系统的大干扰方面有重 要的作用。 自20 世纪60 年代，电力系统按暂态稳定的准则设计和运行，电力系统设 计和运行中稳定分析的主要工具是暂态稳定程序，能专用于很大的系统并具有详 细的设备模型，其得益于数值方法和数字计算机技术的发展。在设备特别是同步 5 电机、励磁系统等以及负荷的建模和实验方面有重要进展。此外，通过采用高速 故障清楚、高起始响应励磁机、串联电容器和专门的稳定措施，电力系统暂态稳 定性能有很大改善。 1 、1 、4暂态稳定性研究的数值计算方法的步骤有以下几步： 1 建立一表示电力系统及其各种元件动态行为的数学模型； 2 设置初始运行方式和要研究的干扰； 3 通过计算电力系统各种状态f 的时域解，确定电力系统的暂态响应； 4 分析所得到的时域解，判断是否在干扰后可达到一新的和可接受的稳 定运行方式，或者判断是否失去稳定； 5 重复对别的初始运行条件和干扰下的电力系统动态行为进行计算分 析。 1 、1 、5在进行正式的暂态稳定计算前一般应做下列的准备工作： 明确要研究的目的和范围，确定在一个大系统中兴趣的那区域： 1 准备电力系统运行条件的信息和数据，包括： 1 出力及负荷水平及负荷分配； 2 网络结构及参数； 3 所用设备及参数； 4 研究的内容，如故障类型，要满足的判据等。 2 某些准备性的研究； 3 编辑系统数据； 4 根据程序要求的格式将数据形成合适的数据表； 5 进行一次试验，以校验数据及系统的正确性。 1 、1 、6 时域响应的求解 暂态稳定计算的初始条件由电力系统稳态潮流计算的结果来确定，然 后根据暂态稳定的计算条件，其中一组为代数方程式组，用来描述网络运 行行为： g l ( v l ，v 2 ，；v n ，x 1 ，x 2 ，x r a ) = 0 g n ( v l ，v 2 ；v n ，x 1 ，x 2 ，x m ) = o 6 另一组描述发电机组及其控制回路动态行为的微分方程式组，即： x l = f l ( v 1 v 2 ；v n ，x x ，x 2 ，x m ) x 。= f m ( v 1 ，v 2 ，；v a ，x 1 ，x 2 - ，x m ) 上述两式重v 为所有网络的状态变量，x 为所有发电机组及控制回路的状 态变量，所以暂态稳定研究的数值计算就式要联合求解上述两组方程式，得到随 时间变化的变量v 和x 。 1 、1 、7 潮流框图 上面所讨论的模型建立、运行条件的设置及数值求解，均应反映在一个完整 的电力系统暂态稳定计算程序中。如图1 - 3 。 i 输入暂态稳定数据各元件的动 l 态参数故障条件 i 暂态稳定计算 图1 - 3 7 1 、2对与天生桥电厂联络线的研究目的 南方电网是国内唯一、全世界少有的交直流混合运行大电网，网内不仅有 水、火、核、抽蓄等多种电源结构，而且还有h v d c 、t c s c 、s c 等多种先进输 电设备，电网技术先进，电网技术先进，运行特性复杂。电压稳定、低频振荡等 困扰大电网安全稳定运行的技术问题已经在南方电网实际运行中逐步暴露出来， 并已成为制约电网送电能力，威胁电网安全运行的重要因素。随着南方电网的快 速发展。送电潮流水平不断提高，电网稳定问题更加突出，保证电网安全，防止 系统稳定破坏的压力越来越大。 2 0 0 5 年南方电网“西电东送”容量将超过1 0 0 0 万千瓦，按照南方电网的 统一规划，2 0 1 0 年，贵州电网的外送电量还将增加8 0 0 万千瓦以上，作为贵州 5 0 0 k v 主网大容量送端系统。其自身架构的建设，显得特别重要。 在贵州电网中，天生桥一级水电站是红水河梯级电站的第一级，位于南盘江干流 上，控制流域面积5 0 1 3 9 i ( j l 。坝首左岸是贵州省安龙县，右岸是广西隆林县。下游7 i ( 5 f 是天生桥二级电站首部枢纽，与一级电站进行反调节运行。上游6 2 1 发电机的加载速度； b 故障时发电机的输出；取决于故障位置和类型。 c 故障切除时间； d 故障后输点系统电抗； e 发电机电抗： f 发电机惯性系数； g 发电机内电压幅值( e ) ；取决于励磁 h 无穷大母线电压幅值e b 。 基于以上分析，对与天生桥电站联络线进行讨论，尤其以安天线为重点讨论对象， 对贵州电网及至整个南方电网进行安全稳定运行性分析，并且采取相应安全稳定控制， 具有一定的理论与实践价值。 9 1 、3与天生桥电站联络线的研究内容 1 、3 、1研究0 5 方式下贵州主网安全稳定 1 、3 、2 研究特殊运行方式下贵州主网安全稳定性 1 、3 、3 研究0 5 方式下检修工况下联络线投，停的安全稳定 1 、3 、4研究联络线故障下系统的失稳模式计算与分析 1 、3 、5 研究安全稳定控制措施 1 、4 小结 1 、电力系统的暂态稳定性是电力系统在一个特定的大干扰情况下，能否 经过暂态过程达到新的稳态，而整个过程会影响系统的功率、电流、 电压参数的变化。 2 、对电力系统暂态稳定的分析研究方法采用数值积分计算方法。 3 、将电力系统稳定适当分类，总体分为角度稳定和电压稳定。 4 、对电力系统的运行状态分为5 种状态：正常、警戒、紧急、极端和恢 复状态。 5 、对天生桥电厂联络线的研究目的是由于南方电网的运行复杂，其稳定 问题日趋严重，而天生桥电厂作为西电东送的重要中间点，尤其是安 天线作为贵州与广西的重要联络线，其投入运行状态，将影响整个南 方电网的整体的安全稳定性。尤其是安天线三永故障，较贵州电网的 影响较其它线路发生三相短路故障严重，并将影响贵州电网的外送功 率。 1 0 第二章计算条件说明 2 、1 网络结构 正常方式下，贵州电网经5 0 0 k v 安天线和青河双回线及贵广直流输电线路 与南方电网联网运行；盘县发电厂三台机组经2 2 0 k v 盘兴i 回线、盘红线、红南 线、兴南线、兴天线、兴龙线和龙天线、天生桥二级电站2 2 0 k v 母线并入南方电 网。安顺发电厂舞1 、2 、3 、4 机组经5 0 0 k v 安电双回线从安顺变并网运行；纳雍 发电一厂、二厂机组经5 0 0 k v 纳安回线、纳安i 回线、二纳线、纳换线并入安 顺变、高坡变运行；黔北发电厂机组通过5 0 0 k v 黔荷双回线与鸭溪电厂一起经荷 鸭双回线从鸭溪变并网运行；黔西电厂接入5 0 0 k v 息烽变运行。 2 0 0 5 年贵州电网新投产项目全部完成，形成5 0 0 k v 日字型环网，即鸭溪变 单回息烽变双回一贵阳变双回一安顺变双回青岩变单回一福泉变单回一鸭溪变、贵阳 变；息烽变双回黔西发电厂；福泉交双回铜仁变；安顺变双回- 高坡变、安顺变 单回一天生桥二级电厂；青岩变双回5 0 0 k v 河池变。 贵州电网的大部分电能经由5 0 0 k v 安顺变送往广东和广西。安顺变以双 回线与贵广直流( 双极3 0 0 0 m w ) 高坡换流站相联络，同时以双回线与5 0 0 k v 青 岩变相联络，而青岩变至广西河池变为5 0 0 k v 双回交流线路联络，安顺变与天生 桥二级电站( 天二) 间的单回线路联络，经由天二双回交流送至广谣，至此，安 天单回，青河双回，贵广直流共4 回5 0 0 k v 黔电送粤交直流通道形成。 详细网络见附录图2 - 1 ( 2 0 0 5 年南方电网地理接地图) 附录图2 - 2 ( 2 0 0 5 年贵州电网地理接地图) 由于5 0 0 k v 主网架构发生巨大变化，造成地区电网存在的安全稳定问题显 得复杂化。 本数据以2 0 0 5 年底贵州电网网络结构为基础。在计算数据上还包含了由南 电公司统一提供的2 0 0 5 年典型方式下的广东网、广西网、云南网计算数据。 2 、2 计算工具 本项目计算工具采用w i n d o w s9 5 n t 平台中国版b p a 电力系统分析软件包。 中国版b p a 电力系统分析软件包是由电科院在美国b p a 程序的基础上，增加了适 1 1 合我国电力系统计算要求的新功能，以不断开发和完善而成的。 b p a 电力系统分析软件包，包括潮流计算程序、暂态稳定计算程序、地理 接线图绘画程序及稳定曲线绘图程序等。 并使用南自院的f a s t e s t 程序对部分分析结果进行了校核。 2 、3数学模型 由2 0 0 i 年月7 月我国新颁电力系统安全稳定导则中强调在进行暂态稳 定计算时，简化电力系统暂态稳定研究应包括下列模型：1 、同步电机；2 、励磁 系统；3 、机械转距；4 、负荷：5 、网络。在条件允许情况下发电机应考虑采用详 细模型进行模拟；对发电机组进行详细模拟，每一模型的精度与研究的目的、干 扰的强度，以及控制特性有关。采用考虑次暂态过程的e q ”和e d ”变化模型，将 调速系统和励磁系统纳入考虑。故本项目根据潮流及稳定计算的原始数据，形成 了全网的潮流及稳定计算数据。稳定计算中各种元件采用的模型如下： i ) 发电机采用e q ”和e d ”变化模型，考虑自动励磁调节装置、调速器作用， p s s 投入情况见表2 - i ，机组阻尼系数d 取0 。 + 表2 - 1 投运的p s s 装置 电网名称投入p s s 装置的机组 贵州电网贵阳电厂# 8 # 9 机组、乌江渡电厂# 1 # 3 机组、乌江渡新厂# 1 # 2 机组、引子渡电厂# 1 # 3 机组、东风电厂# 1 # 3 机组、安顺电 厂# l # 4 机组、洪家渡电厂# l # 3 机组、盘县电厂# 1 # 5 机组、 索风营电厂# 1 机组 直调系统 鲁布革电厂# 1 # 4 机组、天生桥二级电厂# 1 # 6 机组、天生桥一 级电厂# l # 4 机组、 2 ) 天广直流系统采用b p a 程序中的两端直流详细模型，考虑直流控制系统 作用，控制方式为定功率，不考虑调制功能。直流系统控制模型中，天广 直流的电压测量环节的时间常数取9 秒。 3 ) 天平串补不考虑可控部分的控制功能。 4 ) 负荷采用考虑频率特性的z i p 静态模型，负荷模型采用恒定功率、恒定 电流、恒定阻抗组成的综合模型，并计及负荷有功频率因子和无功频率因子的影 响，见下式： p l = p o ( p 。v 2 + p ：v + p 。) ( 1 + ( d p d f ) xf ) p l = q o ( q l v 2 + q 2 v + q 。) ( 1 十( d q d f ) xf ) 南方电网的综合负荷特性如下表2 - 2 。 表2 - 2南方电网负荷详细模型如下表： ( ) 广东电网 广西电网云南电网贵州电网香港 恒阻抗负荷 3 03 0 3 03 04 0 恒电流负荷 4 04 0 3 04 0 恒功率负荷 3 03 04 03 06 0 频率变化1 引 1 81 21 21 2 起的有功变化 1 8 频率变化1 引 一2222- 2 起的无功变化 网络模型：采用稳态的网络结构和参数，即潮流计算用的网络模型。最 常用的是用节点导纳矩阵表示的模型。 2 、4故障类型及切除时间 根据电力系统安全稳定导则的要求，以及贵州电网的实际情况，安全 自动装置动作时间如下表2 - 3 。 表2 - 3安全自动装置动作时间 类别 时间 连切机、连切负荷 0 2 0 秒 远方切机、远方切负荷0 2 5 秒一0 3 2 秒 就地解列0 2 0 秒 远方解列0 2 8 秒 低电压切负荷 0 3 0 秒 故障类型、切除时间、故障后果如下表2 4 。 表2 4故障类型、切除对问、故障后果 故障类型故障元件故障形态故障切除时间( 秒)故障后果 电压等级 ( k v ) 5 0 0 k v 三相短路 0 1 0 切一条线路 单相短路重0 1 0 秒跳单相；1 6 0 秒重切一条 线路故障 合闸不成功 合：1 7 秒跳三相线路 单相短路重 0 1 0 秒单相 秒重合 合成功 2 2 0 k v 三相短路近故障端o 1 ；远故障端切一条线路 0 1 2 单相短路重o 1 秒跳单相；1 1 秒重切一条线路 合闸不成功 合：1 2 秒跳三相 变压器故障 5 0 0 k v 三相短路 0 1 切一台变压器 母线故障 5 0 0 k v 三相短路 0 1 2 2 0 k v 三相短路 0 1 切相关线路 线路故障，单5 0 0 k v 三相短路 0 1 秒跳两相切1 - 2 条线路 相开关拒动0 3 秒一o 4 秒跳三相 发电机故障失磁4 秒切机切失磁机组 发电机跳闸切i - 2 台大机组 1 4 2 、5稳定计算标准 按照 正常运行方式 包括正常检修运行方式，以及按照负荷曲线和季节变化出现的水电大发、 火电大发、最小或最大负荷最小开机等实际可能出现的运行方式等。 2 事故后运行方式 再电力系统事故消除后，到恢复正常运行方式前所出现的短期稳态运行方 式，对于特别重要的主干线路除了必须进行静态稳定性校验外，还应该校 验暂态稳定性。 3 严重的运行方式。 一般情况下很小出现，通常是在最大运行方式时又遇到重要设备临时较长 时间退出运行。 本论文采用0 5 方式，与0 4 方式相比，有贵广直流双极运行，其极限 1 6 方式下，贵州的总装机容量为1 2 7 0 9 m w ，总有功出力为1 2 6 0 8 m w ，总无功 出力为3 3 1 6 、3 m v a r ，总有功负荷为7 5 4 6 、4 m w ，总无功负荷为2 4 2 4 、8 m v a r 。 贵州送出断面的潮流情况如下： 兴天双回线约为3 1 5 、2 m w ，安天线潮流为3 5 、2 m w ，青河线为1 7 2 0 m w ， 贵广直流送出3 0 0 0 m w ，总计为5 0 0 0 m w 。 云南送出断面的潮流( 罗马线和鲁马线) 总计为2 1 0 0 m w 。 广东西部入口交流断面( 梧罗线、玉茂线、贺罗线共五个交流断面) 的 潮流总计为3 4 5 0 m w 。 天广和贵广直流送入广东的功率分别为8 3 7 、3 2 m w 和2 8 3 6 、4 m w 。 广东西部入口断面的潮流总计为：3 4 5 0 m w + 2 8 3 6 、4 m w + 8 3 7 、3 x 2 m w = 7 9 6 0 、4 m w 。加之广东北部由三广直流送入的功率1 7 3 5 、2 m w ，广东 电网该方式下的总的馈入潮流为9 6 9 5 、6 m w 。 潮流图见附录图2 - 3 。( 2 0 0 5 年贵州电网潮流图) 2 、9 研究采用故障集 按照电力系统安全稳定导则三级安全稳定标准的要求，从以下几方面进 行计算： 对贵州电网内所有5 0 0 k v 线路的三永故障进行故障扫描计算， 得出了相应的稳定性定性结论。 直流输电系统的单极故障。 直流输电系统的双极故障。 贵州电网内的部分双回5 0 0 k v 线路一回三永故障，故障后另 一回路同时跳。 贵州电网内的部分5 0 0 k v 线路三永短路且断路器单相拒动故 障。 2 、1 0 系统参数 2 、1 0 、1 天生桥一级电站参数 ( 一) 简介 1 7 k 厶 文 “ 又 天生桥一级水电站是红水河梯级电站的第一级，位于南盘江干流上，控制流域面积 5 0 1 3 9 k m 。坝首左岸是贵州省安龙县，右岸是广西隆林县。下游7 删是天生桥二级电站首部 枢纽，与一级电站进行反调节运行。上游6 2 脚处是南盘江支流黄泥河上的鲁布革水电站。 电站装机容量为4 3 0 0 姗，设计年发电量5 2 2 6 亿蚶h ，保证出力4 0 5 2 姗；并将 增加下游已建的天生桥二级、岩滩和大化3 个水电站的保证出力8 8 3 9 姗，年发电量4 0 7 7 亿k w h 。电站通过4 回2 2 0 k v 线路送至4 5 脚外的马窝换流站交流场，马窝换流站通过 1 8 0 0 i l y 、5 0 0 k v 直流输电至广州北郊换流站。并通过两回2 2 0 k v 线路和7 5 0 m v a 联络变压 器接入南方四省区5 0 0 k v 交流主网。 主系统运行操作 ( 二) 主系统运行和接线方式 12 2 0 k v 母线正常运行电压为2 0 9 2 4 2 k v 。并且不得高于主变分接头电压+ 5 。 2 正常情况下由机组带主变升压至2 2 0 k v 接入系统，机组解并列点为主变高压侧断路器。 3 正常情况下主变压器不得由高压侧充电。 4 电气主接线为单元接线方式，每单元经4 5 k m 2 2 0 k v 线路接入天生桥换流站。 5 主变高压侧与线路之间设有断路器，断路器线路侧设有隔离刀闸，发电机和