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北京电网解环后的运行方式分析研究 摘要 随着近几年北京电网的不断建设和发展，目 前已经形成了5 0 0 k v的主网架 环网结构，与己 有的2 2 0 k v 双环网线路形成了高低压电 磁环网，如2 2 0 k v 线路 仍保持环网运行， 有可能造成电网内 的部分变电 所的母线短路容量超过断 路器 额定值， 对系统的安全、 稳定运行不利。 本文应用b p a 仿真软件对北京电网进行 建模，在此基础上从电网供电能力、 n -1 校验、 短路电流水平以及静态电压稳 定性等方面通过仿真、计算对解环运行方式下的北京电网进行了深入分析，对 北京电网2 2 0 k v 解环方案进行了评估，总结了解环对系统稳定运行、 可靠供电 带来的有利和不利影响，并对电网的规划发展提出了合理建议。 关键词:电磁环网:供电能力:供电可靠性:电压稳定性 北京电网解环后的运行方式分析研究 ab s t r a c t wi t h t h e f as t d e v e l o p m e n t o f b e ij i n g p o w e r n e t w o r k , t h e 5 0 0 k v l o o p n e t w o r k h a s b e e n f i n i s h e d , w h i c h i s c o n j o i n e d w it h t h e e x i s t i n g 2 2 0 k v l o o p n e t w o r k , f o r m i n g a n e l e c t r o m a g n e t i c l o o p w i t h t h e t w o v o l t a g e l e v e l s . i n s u c h c i r c u m s t a n c e , t h e s h o rt c i r c u i t c u r r e n t i n s o me s u b s t a t i o n s wi l l e x c e e d t h e r a t e d v a l u e o f t h e 2 2 0 k v c i r c u i t b r e a k e r s . t o l i m i t t h e s h o rt c i r c u i t c u r r e n t , t h e 2 2 0 k v l o o p s t r u c t u r e h as t o b e b r o k e n d o w n a n d t h e p o w e r s u p p l y a r e a i s s c h e d u l e d t o b e d i v i d e d i n t o f o u r s e p a r a t e d r e g i o n s t h i s p a p e r p r e s e n t s t h e c a l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s r e s u l t s o f b e ij i n g p o w e r n e t w o r k i n v a r i o u s o p e r a ti n g s t a t e s , i n c l u d i n g p o w e r fl o w d i s t r i b u t i o n , s h o r t c i r c u i t c a l c u l a t i o n , n - i a n a l y s i s , s t a t i c v o l t a g e s t a b i l i t y , e t c . b e f o r e a n d a ft e r t h e b r e a k d o w n o f t h e 2 2 0 k v l o o p , i n o r d e r t o f i n d o u t t h e b e n e fi t a n d w e a k n e s s o f t h e s y s t e m a f t e r i t i s d i v i d e d i n t o f o u r s u p p l y r e g i o n s . k e y w o r d s : e l e c t r o m a g n e ti c l o o p n e t w o r k , p o w e r s u p p l y c a p a c i t y , r e l i a b i l i ty , v o l t a g e s t a b i l i t y 北京电网解环后的运行方式分析研究 第一章绪 论 1 . 1研究背景 北京作为我国的政治、经济和文化中心，拥有上千万人口的大都市，电网 能否安全可靠供电不仅关系到国计民生，而且具有重要的政治影响。为保证中 央领导正常开展工作和国际交往活动，满足北京市居民生活与社会经济发展， 保持良 好的城市供电运行状况具有重大的政治意义和社会意义，北京电网担负 着为首都提供安全、稳定、可靠供电的神圣使命。 近年来，国际上发生过多起电网停电事故，如1 9 8 7 年法国电压崩溃事故、 1 9 9 6 年美国西部系统停电 事故， 2 0 0 3 年美国纽约和加拿大东部、 伦敦、 意大利 等电网相继停电事故等，其中许多事故都是由 于局部故障和运行方式变化后继 电 保护和自 动装置动作不正确而引发的电 压崩溃，造成大面积停电的灾难。 借 鉴国内外发生的电网安全事故的经验教训，高度重视和防范由于负荷中心电 源 支撑弱、 继电 保护的 配置和整定不合理、无功电 压支撑能力不足等导致的事故 范围扩大，甚至电压崩溃等系统安全和稳定问题，对于北京电网解环后的安全 运行具有重要的社会和经济意义。 随着北京电网的不断发展，5 0 0 k v线路和 2 2 0 k v线路都己形成环网线路， 如仍保持环网运行，有可能造成电网内的一些变电所的母线短路容量超过断路 器额定值， 对系统的安全、 稳定运行不利。 考虑电网的安全稳定运行， 北京电网 于2 0 0 4 年将电网实施了2 2 0 k v 线路解环运行。 对于发生重大运行方式改变的北 京电网来说，能否继续保持对北京市的安全、可靠供电，其总体供电能力在电 网 解环运行后有所提高还是下降，需要采取何种措施来保证供电能力等等这些 都是我们目 前最关心的问题因此对解环后的北京电网 进行全面供电能力及可 靠性评估分析具有非常重要的 意义。 1 2 论文 研究内 容 对于北京电网在2 2 0 k v 解环后可能出 现的一系列问 题，如合环电流过大可能 引起的继电保护误动问题， 负荷重新分配及运行方式的变化可能引起的过负荷和 电压稳定问题， 各供电分区之间的相互支援问题， 重要用户的供电可靠性保障等 问题，本文主要研究北京电网解环后必须关注以下问题: 1 ) 2 2 0 k v 解环后， 同一变电 站来自 不同电 源的两段母线在母联开关闭 合时 产生的环路冲击电流可能超过保护的整定值造成保护误动， 使变电 站的 运行受到影响; 解环后潮流重新分布， 若现状网结构不合理， 可能造成 北京电网解环后的运行方式分析研究 第一章绪 论 1 . 1研究背景 北京作为我国的政治、经济和文化中心，拥有上千万人口的大都市，电网 能否安全可靠供电不仅关系到国计民生，而且具有重要的政治影响。为保证中 央领导正常开展工作和国际交往活动，满足北京市居民生活与社会经济发展， 保持良 好的城市供电运行状况具有重大的政治意义和社会意义，北京电网担负 着为首都提供安全、稳定、可靠供电的神圣使命。 近年来，国际上发生过多起电网停电事故，如1 9 8 7 年法国电压崩溃事故、 1 9 9 6 年美国西部系统停电 事故， 2 0 0 3 年美国纽约和加拿大东部、 伦敦、 意大利 等电网相继停电事故等，其中许多事故都是由 于局部故障和运行方式变化后继 电 保护和自 动装置动作不正确而引发的电 压崩溃，造成大面积停电的灾难。 借 鉴国内外发生的电网安全事故的经验教训，高度重视和防范由于负荷中心电 源 支撑弱、 继电 保护的 配置和整定不合理、无功电 压支撑能力不足等导致的事故 范围扩大，甚至电压崩溃等系统安全和稳定问题，对于北京电网解环后的安全 运行具有重要的社会和经济意义。 随着北京电网的不断发展，5 0 0 k v线路和 2 2 0 k v线路都己形成环网线路， 如仍保持环网运行，有可能造成电网内的一些变电所的母线短路容量超过断路 器额定值， 对系统的安全、 稳定运行不利。 考虑电网的安全稳定运行， 北京电网 于2 0 0 4 年将电网实施了2 2 0 k v 线路解环运行。 对于发生重大运行方式改变的北 京电网来说，能否继续保持对北京市的安全、可靠供电，其总体供电能力在电 网 解环运行后有所提高还是下降，需要采取何种措施来保证供电能力等等这些 都是我们目 前最关心的问题因此对解环后的北京电网 进行全面供电能力及可 靠性评估分析具有非常重要的 意义。 1 2 论文 研究内 容 对于北京电网在2 2 0 k v 解环后可能出 现的一系列问 题，如合环电流过大可能 引起的继电保护误动问题， 负荷重新分配及运行方式的变化可能引起的过负荷和 电压稳定问题， 各供电分区之间的相互支援问题， 重要用户的供电可靠性保障等 问题，本文主要研究北京电网解环后必须关注以下问题: 1 ) 2 2 0 k v 解环后， 同一变电 站来自 不同电 源的两段母线在母联开关闭 合时 产生的环路冲击电流可能超过保护的整定值造成保护误动， 使变电 站的 运行受到影响; 解环后潮流重新分布， 若现状网结构不合理， 可能造成 北京电网解环后的运行方式分析研究 某些线路长期过负荷运行。 2 )分区供电后负荷重新分配， 在外受电比 例较大的情况下， 若负荷中心无 功支撑不足，负荷很重或增长过快，可能引发系统电压稳定问题。 3 )系统发生故障失去一条或多条外受电力通道后， 各供电区域联络线潮流 将发生较大变化， 因此对联络线的继电保护和自 动装置的整定和配合应 进行系统的分析。 系统发生故障失去一条或多条外受电力通道出 现功率缺额， 解列和低频减载 等应急控制措施实施后， 可能会出现后续的动态电 压稳定问 题， 或网络重构后由 于无功分布不合理而引发的系统电压崩溃事故。 1 .3论文主要工作 本论文完成的主要工作有: 北京电网原始数据的收集、整理与校验。 模拟电网实际运行的过程， 建立发电机、 输电网、 负荷数学模型， 对 外网电力进行等值处理。 应用中国电科院开发的中国版 b p a程序，对原始数据进行处理、 运行凋试，建立北京电网仿真模型。 研究北京电网现行运行方式，分析解环运行必要性。 应用b p a 程序，在己建模型基础上从电网供电能力、n - 1 校验、短路 电流水平、 静态电压稳定性等方面深入分析解环运行方式下北京电网 运行的安全稳定性以及解环对北京电网的影响。 、，、.了 1门气， 、jj， 4工f 北京电网解环后的运行方式分析研究 某些线路长期过负荷运行。 2 )分区供电后负荷重新分配， 在外受电比 例较大的情况下， 若负荷中心无 功支撑不足，负荷很重或增长过快，可能引发系统电压稳定问题。 3 )系统发生故障失去一条或多条外受电力通道后， 各供电区域联络线潮流 将发生较大变化， 因此对联络线的继电保护和自 动装置的整定和配合应 进行系统的分析。 系统发生故障失去一条或多条外受电力通道出 现功率缺额， 解列和低频减载 等应急控制措施实施后， 可能会出现后续的动态电 压稳定问 题， 或网络重构后由 于无功分布不合理而引发的系统电压崩溃事故。 1 .3论文主要工作 本论文完成的主要工作有: 北京电网原始数据的收集、整理与校验。 模拟电网实际运行的过程， 建立发电机、 输电网、 负荷数学模型， 对 外网电力进行等值处理。 应用中国电科院开发的中国版 b p a程序，对原始数据进行处理、 运行凋试，建立北京电网仿真模型。 研究北京电网现行运行方式，分析解环运行必要性。 应用b p a 程序，在己建模型基础上从电网供电能力、n - 1 校验、短路 电流水平、 静态电压稳定性等方面深入分析解环运行方式下北京电网 运行的安全稳定性以及解环对北京电网的影响。 、，、.了 1门气， 、jj， 4工f 北京电网解环后的运行方式分析研究 第二章北京电网运行方式分析 2 . 1北京电网现状 2 0 0 4 年，北京5 0 0 k v 电网己经形成了以昌平、顺义、安定、房山4 个5 0 0 k v 变 电站为中心的5 0 0 k v 环网， 主要通过5 0 0 k v 沙昌双回线、 万顺双回线、 大房双回线、 源安双回线， 分别与内蒙电网和山西电网相连， 接受 “ 西电东送”电力， 在很大 程度上改善了北京地区的 用电 紧张状况和供电 可靠性。 但北京电网的主网 部分设 备负载率依旧很高。 来自山西、内蒙和河北的电力分别通过大同至房山、 沙岭子至昌平、 托克托 经浑源至安定、丰镇经万全至顺义、 绥中 经姜家营至顺义、 盘山 至安定等5 0 0 k v 线路直接向 北京负荷中心远距离输送电力。 其中5 0 0 k v 绥姜、姜顺线同时担负华 北电网与东北电网之间的互联任务。 而且北京电网除承担为首都供电的任务， 还向相邻的河北省部分地区转送电 力， 在京津唐电网中处于十分重要的地位。目 前华北电网“ 西电东送” 潮流很重， 己接近系统暂态稳定极限。 北京电网是一个大的受电系统， 是华北电网的重要组成部分和负荷中心。 截 止到2 0 0 3 年1 2 月底， 北京地区总装机容量4 2 7 9 m w ， 而2 0 0 3 年北京地区整点高峰负 荷达到了8 2 2 3 m w ,瞬时最大负荷达到了8 3 3 3 m w , 2 0 0 4 年夏季高峰负荷达到了 9 2 5 2 m w 。 依据2 0 0 4 年夏季高峰负荷期间 北京电网 运行数据表明，高峰负荷期间， 北京地区统调发电 厂的发电出力仅能 满足地区负荷需要的3 0 % ， 大约了 0 % 的电 力需 要依靠外网 送入以 达平衡。 但是受资源和环保等因素制约， 北京地区不可能建很 多大的发电 厂，以 满足自 身负荷的需要。 2 .2北京电网运行方式分析 2 0 0 4 年由于电网基建项目:2 2 0 k v 莲花池、 定福庄、上庄站投运，定福庄、 上庄站作为枢纽站其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母线合环运行。其中莲花池站的投运， 极 大地缓解了张仪、草桥地区的负荷压力。定福庄、 上庄站投运后，与定福庄、 上庄站相配套的顺义一 定福庄一 西大望、 西沙屯一 上庄2 2 0 k v 输电线路的建设， 以 及2 2 0 k v 石清线破口 接入上庄站， 进一步加强了 顺义、 房山、 昌 平及安定5 0 0 k v 站与2 2 0 k v 电网间的 联系。 2 0 0 4 年北京电网主网运行方式如下: 1 .由昌 平、 房山、 安定及顺义站构成的5 0 0 k v 电网 合环运行;由吕 村、 芦城、 南苑、老君堂、北寺、孙河、清河、聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构 成的2 2 0 k v环网于昌 怀双回线、清孙双回线及苑老双回线处开环运行，使 北京电网解环后的运行方式分析研究 第二章北京电网运行方式分析 2 . 1北京电网现状 2 0 0 4 年，北京5 0 0 k v 电网己经形成了以昌平、顺义、安定、房山4 个5 0 0 k v 变 电站为中心的5 0 0 k v 环网， 主要通过5 0 0 k v 沙昌双回线、 万顺双回线、 大房双回线、 源安双回线， 分别与内蒙电网和山西电网相连， 接受 “ 西电东送”电力， 在很大 程度上改善了北京地区的 用电 紧张状况和供电 可靠性。 但北京电网的主网 部分设 备负载率依旧很高。 来自山西、内蒙和河北的电力分别通过大同至房山、 沙岭子至昌平、 托克托 经浑源至安定、丰镇经万全至顺义、 绥中 经姜家营至顺义、 盘山 至安定等5 0 0 k v 线路直接向 北京负荷中心远距离输送电力。 其中5 0 0 k v 绥姜、姜顺线同时担负华 北电网与东北电网之间的互联任务。 而且北京电网除承担为首都供电的任务， 还向相邻的河北省部分地区转送电 力， 在京津唐电网中处于十分重要的地位。目 前华北电网“ 西电东送” 潮流很重， 己接近系统暂态稳定极限。 北京电网是一个大的受电系统， 是华北电网的重要组成部分和负荷中心。 截 止到2 0 0 3 年1 2 月底， 北京地区总装机容量4 2 7 9 m w ， 而2 0 0 3 年北京地区整点高峰负 荷达到了8 2 2 3 m w ,瞬时最大负荷达到了8 3 3 3 m w , 2 0 0 4 年夏季高峰负荷达到了 9 2 5 2 m w 。 依据2 0 0 4 年夏季高峰负荷期间 北京电网 运行数据表明，高峰负荷期间， 北京地区统调发电 厂的发电出力仅能 满足地区负荷需要的3 0 % ， 大约了 0 % 的电 力需 要依靠外网 送入以 达平衡。 但是受资源和环保等因素制约， 北京地区不可能建很 多大的发电 厂，以 满足自 身负荷的需要。 2 .2北京电网运行方式分析 2 0 0 4 年由于电网基建项目:2 2 0 k v 莲花池、 定福庄、上庄站投运，定福庄、 上庄站作为枢纽站其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母线合环运行。其中莲花池站的投运， 极 大地缓解了张仪、草桥地区的负荷压力。定福庄、 上庄站投运后，与定福庄、 上庄站相配套的顺义一 定福庄一 西大望、 西沙屯一 上庄2 2 0 k v 输电线路的建设， 以 及2 2 0 k v 石清线破口 接入上庄站， 进一步加强了 顺义、 房山、 昌 平及安定5 0 0 k v 站与2 2 0 k v 电网间的 联系。 2 0 0 4 年北京电网主网运行方式如下: 1 .由昌 平、 房山、 安定及顺义站构成的5 0 0 k v 电网 合环运行;由吕 村、 芦城、 南苑、老君堂、北寺、孙河、清河、聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构 成的2 2 0 k v环网于昌 怀双回线、清孙双回线及苑老双回线处开环运行，使 北京电网 解环后的 运行方式分析研究 得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌怀双回线处解环，分为 东、西两大电网运行。 2 ， 吕门一 ( 二)线开环运行。 3 . 2 2 0 k v 老营线破入华能高碑店电厂; 北京三热改并2 2 0 k v 榆管营站; 断开安 龙线，改为龙河双回接入大屯。 4 . 2 2 0 k v 怀柔、西沙电、上庄、新八里庄、高丽营、榆管营、定福庄、李遂、 王四营、 西大望、台 湖、韩村河站为 枢纽站， 其2 2 0 k v 及1 1 0 k v 母线合环 运行;知春里站2 2 0 k v 母联合环运行，1 1 0 k v 母联断开运行。 5 . 2 2 0 k v 通州、东北郊、太阳宫、 大兴、 左安门、 草桥、张仪、王府井、 西直 、长椿街及朝阳门站为负荷站，其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母联开关断开运行， 变压器2 2 0 k v 侧中性点不接地、1 1 0 k v 侧中 性点接地运行。 2 .3解环运行必要性 现代电网发展的规模越来越大， 大电网的优越性显而易见， 但大电网一 旦发生事故， 如不能迅速消除， 并恢复安全稳定运行， 则后果是相当严重的。 电 网的结构与电网的调度运行管理， 与电网的安全稳定有着直接的关系。 合理的电 网结构， 能确保电网安全稳定运行， 使调度人员更加容易掌握和处理电网的安全 稳定问题， 避免恶性事故的发生和发展， 在技术上、 经济上适应电网发展的需要。 据统计， 我国1 9 7 0 1 9 9 0 年共发生与电网结构相关的功角和电 压稳定破坏事 故1 8 7 次， 其中与高低压网络结构有关的事故达5 5 次， 占 2 0 . 2 % 。 国外与电 磁环网 相关的大停电事故也屡见不鲜， 如1 9 9 6 年7 月2 日 美国 西部电力系统w s c c 大停电事 故，当p l1 c i ( 三回5 0 0 k v 交流) 断开后， 大量潮流涌向 东部3 4 5 / 2 3 0 k v 网络， 导致 电 压稳定破坏， w s c c 解列为5 个孤岛， 2 0 0 多万个用户停电，损失负荷1 0 5 7 6 m w , 最长停电时间达6 . 4 小时。 同年8 月1 0 日， 该电力系统同 类事故再度发生， 停电 用 户、 损失负荷、 停电时间都远远超过了 月2 日事故。 因此， 人们往往“ 谈环色变” ， 只要可能，电 磁环网均采取开环方式运行。 在一定条件下， 高低压电磁环网可能 带来电压与网 损效益， 但是由于安全性较差， 为了提高安全性能而增加的自 动装 置将抵消这个效益。 在电 磁环网中， 由于高一级电压线路断开造成负荷转移， 在国内外电力系统 中， 已 经多次重复地造成了 事故扩大， 即使很强的电磁环网( 例如华北电网1 9 9 6 年 “ 5 . 2 8 事故，5 0 0 k v 线路 “ n - 2 ” 校核也没问 题)也不可避免地出 现稳定问 题， 现在虽然可采取安全自 动装置来解列或联切相关线路和机组等， 但自 动装置 也有拒动或误动的 可能， 有时是人为的 误操作等。 如果将5 0 0 / 2 2 0 k v 环网 解开运 行， 分别各带一定的电源， 对系统安全运行的危险影响将迎刃而解。 因此在电网 北京电网 解环后的 运行方式分析研究 得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌怀双回线处解环，分为 东、西两大电网运行。 2 ， 吕门一 ( 二)线开环运行。 3 . 2 2 0 k v 老营线破入华能高碑店电厂; 北京三热改并2 2 0 k v 榆管营站; 断开安 龙线，改为龙河双回接入大屯。 4 . 2 2 0 k v 怀柔、西沙电、上庄、新八里庄、高丽营、榆管营、定福庄、李遂、 王四营、 西大望、台 湖、韩村河站为 枢纽站， 其2 2 0 k v 及1 1 0 k v 母线合环 运行;知春里站2 2 0 k v 母联合环运行，1 1 0 k v 母联断开运行。 5 . 2 2 0 k v 通州、东北郊、太阳宫、 大兴、 左安门、 草桥、张仪、王府井、 西直 、长椿街及朝阳门站为负荷站，其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母联开关断开运行， 变压器2 2 0 k v 侧中性点不接地、1 1 0 k v 侧中 性点接地运行。 2 .3解环运行必要性 现代电网发展的规模越来越大， 大电网的优越性显而易见， 但大电网一 旦发生事故， 如不能迅速消除， 并恢复安全稳定运行， 则后果是相当严重的。 电 网的结构与电网的调度运行管理， 与电网的安全稳定有着直接的关系。 合理的电 网结构， 能确保电网安全稳定运行， 使调度人员更加容易掌握和处理电网的安全 稳定问题， 避免恶性事故的发生和发展， 在技术上、 经济上适应电网发展的需要。 据统计， 我国1 9 7 0 1 9 9 0 年共发生与电网结构相关的功角和电 压稳定破坏事 故1 8 7 次， 其中与高低压网络结构有关的事故达5 5 次， 占 2 0 . 2 % 。 国外与电 磁环网 相关的大停电事故也屡见不鲜， 如1 9 9 6 年7 月2 日 美国 西部电力系统w s c c 大停电事 故，当p l1 c i ( 三回5 0 0 k v 交流) 断开后， 大量潮流涌向 东部3 4 5 / 2 3 0 k v 网络， 导致 电 压稳定破坏， w s c c 解列为5 个孤岛， 2 0 0 多万个用户停电，损失负荷1 0 5 7 6 m w , 最长停电时间达6 . 4 小时。 同年8 月1 0 日， 该电力系统同 类事故再度发生， 停电 用 户、 损失负荷、 停电时间都远远超过了 月2 日事故。 因此， 人们往往“ 谈环色变” ， 只要可能，电 磁环网均采取开环方式运行。 在一定条件下， 高低压电磁环网可能 带来电压与网 损效益， 但是由于安全性较差， 为了提高安全性能而增加的自 动装 置将抵消这个效益。 在电 磁环网中， 由于高一级电压线路断开造成负荷转移， 在国内外电力系统 中， 已 经多次重复地造成了 事故扩大， 即使很强的电磁环网( 例如华北电网1 9 9 6 年 “ 5 . 2 8 事故，5 0 0 k v 线路 “ n - 2 ” 校核也没问 题)也不可避免地出 现稳定问 题， 现在虽然可采取安全自 动装置来解列或联切相关线路和机组等， 但自 动装置 也有拒动或误动的 可能， 有时是人为的 误操作等。 如果将5 0 0 / 2 2 0 k v 环网 解开运 行， 分别各带一定的电源， 对系统安全运行的危险影响将迎刃而解。 因此在电网 北京电网 解环后的运行方式分析研究 运行中，有条件时应尽量避免电磁环网运行。 随着北京电网的不断发展， 5 0 0 k v 线路和2 2 0 k v 线路都已形成环网线路， 如仍 保持环网运行，电网内的一些变电所的母线短路容量超过断路器额定值， 对系统 的安全、 稳定运行不利。 考虑电网的安全稳定运行， 因 此北京电网采取开环运行 方式势在必行。 北京电网解环后的运行方式分析研究 第三章b p a 软件介绍及模型构建 3 . 1 b p a简介 目前的中国版 b p a潮流程序是由电力科学研究院系统从美国 b p a ( b o n n e v i l l e p o w e r a d m i n i s t r a t i o n ) 引进的、并在 1 9 9 0版 r y a 程序 的基础上经不断的完善和开发而形成的。电力系统集成分析环境，即p o w e r s y s t e m a n a l y s i s w o r k s h o p ( 简称p s a w ) 是基于b p a 潮流程序的一个面向电力 系统离线分析计算的 集成工作环境， 主要目 的是为电力系统离线分析工作人员 提供一个良 好的数据管理、 编辑、 检查以及计算分析的工作环境， 从而提高工 作效率，减少出错概率。 b p a 为用户提供了电网常用设备如发电机、 线路、 变压器、负荷等模型。 基 于电网基础数据、设备固定模型， b p a 可进行电力系统( 输电、供电和配电系统) 的各种计算分析。 包括: 稳态潮流计算、 暂态稳定计算、 短路电流计算、 静态安 全分析、小干扰稳定计算等。 为了 方便用户对计算结果做进一步的深入分析， b p a提供了三级控制 语句供用户使用。 一级控制语句， 主要用于控制潮流计算的开始与结束、 定 义潮流文件名和工程名。 二级控制语句， 主要用于指定潮流作业输入输出文 件名和输出文件选择、 指定基准功率， 指定潮流计算的算法等。 三级控制语 句， 从属于二级控制语句， 用来进一步指定二级控制语句所要求的各种功能。 其中一级控制语句是必须的，本论文中用到的二级、三级控制语句主要有， 变压器、 线路负载率输出控制语句、 n - 1校验计算控制语句、 负荷节点p v、 v q 曲线数据计算控制语句等等。 b p a 集成环境p s a w 有着友好、 方便的人机界面，可以以图形、曲线、 报表等 各种形式输出。 3 .2 模型构建 建立基于b p a 应用软件的电网模型，关键是电网运行数据的收集和处理以 及 电网设备数学模型的选择。 模型一旦选定， 将处理过的数据在b p a 集成环境中 填 写相应的数据卡片如节点卡、 线路卡、 变压器卡， 再配以 计算所需的 基本控制语 句建立b p a集成环境可识别的* .d a t 文件即可。 在模型的选定过程中，主要考虑的问 题有: 1 、发电机选用二阶经典模型; 北京电网解环后的运行方式分析研究 第三章b p a 软件介绍及模型构建 3 . 1 b p a简介 目前的中国版 b p a潮流程序是由电力科学研究院系统从美国 b p a ( b o n n e v i l l e p o w e r a d m i n i s t r a t i o n ) 引进的、并在 1 9 9 0版 r y a 程序 的基础上经不断的完善和开发而形成的。电力系统集成分析环境，即p o w e r s y s t e m a n a l y s i s w o r k s h o p ( 简称p s a w ) 是基于b p a 潮流程序的一个面向电力 系统离线分析计算的 集成工作环境， 主要目 的是为电力系统离线分析工作人员 提供一个良 好的数据管理、 编辑、 检查以及计算分析的工作环境， 从而提高工 作效率，减少出错概率。 b p a 为用户提供了电网常用设备如发电机、 线路、 变压器、负荷等模型。 基 于电网基础数据、设备固定模型， b p a 可进行电力系统( 输电、供电和配电系统) 的各种计算分析。 包括: 稳态潮流计算、 暂态稳定计算、 短路电流计算、 静态安 全分析、小干扰稳定计算等。 为了 方便用户对计算结果做进一步的深入分析， b p a提供了三级控制 语句供用户使用。 一级控制语句， 主要用于控制潮流计算的开始与结束、 定 义潮流文件名和工程名。 二级控制语句， 主要用于指定潮流作业输入输出文 件名和输出文件选择、 指定基准功率， 指定潮流计算的算法等。 三级控制语 句， 从属于二级控制语句， 用来进一步指定二级控制语句所要求的各种功能。 其中一级控制语句是必须的，本论文中用到的二级、三级控制语句主要有， 变压器、 线路负载率输出控制语句、 n - 1校验计算控制语句、 负荷节点p v、 v q 曲线数据计算控制语句等等。 b p a 集成环境p s a w 有着友好、 方便的人机界面，可以以图形、曲线、 报表等 各种形式输出。 3 .2 模型构建 建立基于b p a 应用软件的电网模型，关键是电网运行数据的收集和处理以 及 电网设备数学模型的选择。 模型一旦选定， 将处理过的数据在b p a 集成环境中 填 写相应的数据卡片如节点卡、 线路卡、 变压器卡， 再配以 计算所需的 基本控制语 句建立b p a集成环境可识别的* .d a t 文件即可。 在模型的选定过程中，主要考虑的问 题有: 1 、发电机选用二阶经典模型; 北京电网解环后的运行方式分析研究 2 、三绕组变压器需等值为三个双绕组变压器; 3 、外网等值等值为注入节点; 4 、发电机无功出力范围限定; 5 、变压器并联电容器投切方案; 6 .负荷模型的选择。 建立b p a * .d a t 文件中应考虑的问 题有: 1 、节点类型的选择; 2 、负荷数据的处理，尤其是无功负荷数据。 北京电网解环后的运行方式分析研究 第四章北京电网解环运行方式下系统安全稳定性分析 4 . 1分析方法 本文中将从以下几方面对北京电网解环后系统的安全稳定性进行分析与评 价: 1 )系统供电能力评估 变压器负载情况 线路负载情况 2 ) 系统供电可靠性评估 n - 1 校验 短路 电流计算 3 )静态电压稳定性分析 基于有功负荷裕度 基于无功负荷裕度 4 .2 2 0 0 4 夏季最大负荷运行方式分析 本文以北京电网2 0 0 4 年夏季最大负荷运行方式为研究对象进行分析。 4 .2 . 1 运行方式分析 北京5 0 0 k v 电网己经形成了以昌平、顺义、安定、房山4 个5 0 0 k v 变电站为中 心的5 0 0 k v 环网; 2 2 0 k v 电网 也已 形成了以由吕 村、 芦城、南苑、老君堂、 北寺、 孙河、 清河、 聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构成的环网结构， 在很大程度上 改善了 北京地区的用电紧张状况和供电 可靠性。 但为了 缓解5 0 0 k v 电网和2 2 0 k v 电网形成电磁环网后2 2 0 k v 母线短路电流越限的问题， 考虑电网的安全稳定运行， 2 0 0 4 年北京电网采取了在昌怀双回线、 清孙双回线及苑老双回线处解环， 使得整 个2 2 0 k v 电网于苑老双回线、清孙双回线、昌 怀双回线处分为东、 西两大电网的 解环运行方式。 北京电网解环后的运行方式分析研究 第四章北京电网解环运行方式下系统安全稳定性分析 4 . 1分析方法 本文中将从以下几方面对北京电网解环后系统的安全稳定性进行分析与评 价: 1 )系统供电能力评估 变压器负载情况 线路负载情况 2 ) 系统供电可靠性评估 n - 1 校验 短路 电流计算 3 )静态电压稳定性分析 基于有功负荷裕度 基于无功负荷裕度 4 .2 2 0 0 4 夏季最大负荷运行方式分析 本文以北京电网2 0 0 4 年夏季最大负荷运行方式为研究对象进行分析。 4 .2 . 1 运行方式分析 北京5 0 0 k v 电网己经形成了以昌平、顺义、安定、房山4 个5 0 0 k v 变电站为中 心的5 0 0 k v 环网; 2 2 0 k v 电网 也已 形成了以由吕 村、 芦城、南苑、老君堂、 北寺、 孙河、 清河、 聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构成的环网结构， 在很大程度上 改善了 北京地区的用电紧张状况和供电 可靠性。 但为了 缓解5 0 0 k v 电网和2 2 0 k v 电网形成电磁环网后2 2 0 k v 母线短路电流越限的问题， 考虑电网的安全稳定运行， 2 0 0 4 年北京电网采取了在昌怀双回线、 清孙双回线及苑老双回线处解环， 使得整 个2 2 0 k v 电网于苑老双回线、清孙双回线、昌 怀双回线处分为东、 西两大电网的 解环运行方式。 北京电网解环后的运行方式分析研究 2 0 0 4 年夏季高峰负荷期主网运行方式如下: 1 由昌平、房山、安定及顺义站构成的5 o o k v 电网合环运行;由吕村、芦城、 南苑、老君堂、北寺、孙河、清河、聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构 成的 2 2 0 k v环网于昌 怀双回线、 清孙双回线及苑老双回线处开环运行，使 得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌怀双回线处解环，分为 东、西两大电网运行。 2 . 吕门一 ( 二)线开环运行。 3 . 2 2 0 k v 莲花池、定福庄、上庄站投运，定福庄、上庄站作为枢纽站其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v母线合环运行。其中莲花池站的投运，极大地缓解了张仪、草桥 地区的负荷压力。定福庄、上庄站投运后，与定福庄、上庄站相配套的顺 义一 定福庄一 西大望、 西沙屯一 上庄2 2 0 k v 输电线路的建设，以及2 2 0 k v 石清 线破n 接入上庄站， 进一步加强了 顺义、 房山、 昌平及安定5 0 0 k v 站与2 2 0 k v 电网间的联系。 4 . 2 2 0 k v 老营线破入华能高 碑店电 厂; 北京三热改并2 2 0 k v 榆管营站; 断开安 龙线，改为龙河双回接入大屯。 5 . 2 2 0 k v 怀柔、西沙屯、上 庄、新八里庄、高 丽营、 榆管营、定福庄、 李遂、 王四营、西大望、台湖、韩村河站为枢纽站，其2 2 0 k v 及 i l o k v 母线合环 运行;知春里站2 2 0 k v 母联合环运行，1 1 0 k v 母联断开运行。 6 . 2 2 0 k v 通州、 东北郊、 太阳宫、 大兴、 左安门、 草桥、张仪、 王府井、 西直 门、长椿街及朝阳门 站为负荷站， 其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母联开关断开运行， 变压器 2 2 0 k v 侧中性点不接地、1 1 0 k v 侧中性点接地运行 4 .2 . 2 高峰负荷电力平衡情况 2 0 0 4 年北京地区统调发电厂共1 4 座，主要有一热、二热、 三热、高井、石景 山、 华能等， 总装机容量4 2 7 9 m w 。 依据2 0 0 4 年夏季高峰负荷期间北京电网运行数 据表明， 北京地区整点高峰负荷达到了 9 2 5 2 m w ， 高峰负荷期间， 北京地区统调发 电 厂 的发电 机已 基本满载运行， 发电出 力达到2 8 9 7 m w ， 仅能满足地区负荷需要的 3 1 0% ， 大约6 9 % 的电 力需要依靠外网 送入以 达平衡。 在紧急情况下， 可以 考虑增发 电的电 厂有十三陵和其他一些小水电厂， 但其增发容量都有限， 而且十三陵电厂 的发电容量也不能够完全保证。 4 .2 .3 基本运行数据分析 2 0 0 4 年夏季整点最大负荷 (c 7 月2 3日1 2 时)达到9 2 5 2 m w ，北京地区统调 发电厂己 基本满发， 具体出力情况见表4 - 1 。 通过联络线从外网受电共6 7 2 5 m w , 北京电网解环后的运行方式分析研究 2 0 0 4 年夏季高峰负荷期主网运行方式如下: 1 由昌平、房山、安定及顺义站构成的5 o o k v 电网合环运行;由吕村、芦城、 南苑、老君堂、北寺、孙河、清河、聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构 成的 2 2 0 k v环网于昌 怀双回线、 清孙双回线及苑老双回线处开环运行，使 得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌怀双回线处解环，分为 东、西两大电网运行。 2 . 吕门一 ( 二)线开环运行。 3 . 2 2 0 k v 莲花池、定福庄、上庄站投运，定福庄、上庄站作为枢纽站其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v母线合环运行。其中莲花池站的投运，极大地缓解了张仪、草桥 地区的负荷压力。定福庄、上庄站投运后，与定福庄、上庄站相配套的顺 义一 定福庄一 西大望、 西沙屯一 上庄2 2 0 k v 输电线路的建设，以及2 2 0 k v 石清 线破n 接入上庄站， 进一步加强了 顺义、 房山、 昌平及安定5 0 0 k v 站与2 2 0 k v 电网间的联系。 4 . 2 2 0 k v 老营线破入华能高 碑店电 厂; 北京三热改并2 2 0 k v 榆管营站; 断开安 龙线，改为龙河双回接入大屯。 5 . 2 2 0 k v 怀柔、西沙屯、上 庄、新八里庄、高 丽营、 榆管营、定福庄、 李遂、 王四营、西大望、台湖、韩村河站为枢纽站，其2 2 0 k v 及 i l o k v 母线合环 运行;知春里站2 2 0 k v 母联合环运行，1 1 0 k v 母联断开运行。 6 . 2 2 0 k v 通州、 东北郊、 太阳宫、 大兴、 左安门、 草桥、张仪、 王府井、 西直 门、长椿街及朝阳门 站为负荷站， 其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母联开关断开运行， 变压器 2 2 0 k v 侧中性点不接地、1 1 0 k v 侧中性点接地运行 4 .2 . 2 高峰负荷电力平衡情况 2 0 0 4 年北京地区统调发电厂共1 4 座，主要有一热、二热、 三热、高井、石景 山、 华能等， 总装机容量4 2 7 9 m w 。 依据2 0 0 4 年夏季高峰负荷期间北京电网运行数 据表明， 北京地区整点高峰负荷达到了 9 2 5 2 m w ， 高峰负荷期间， 北京地区统调发 电 厂 的发电 机已 基本满载运行， 发电出 力达到2 8 9 7 m w ， 仅能满足地区负荷需要的 3 1 0% ， 大约6 9 % 的电 力需要依靠外网 送入以 达平衡。 在紧急情况下， 可以 考虑增发 电的电 厂有十三陵和其他一些小水电厂， 但其增发容量都有限， 而且十三陵电厂 的发电容量也不能够完全保证。 4 .2 .3 基本运行数据分析 2 0 0 4 年夏季整点最大负荷 (c 7 月2 3日1 2 时)达到9 2 5 2 m w ，北京地区统调 发电厂己 基本满发， 具体出力情况见表4 - 1 。 通过联络线从外网受电共6 7 2 5 m w , 北京电网解环后的运行方式分析研究 2 0 0 4 年夏季高峰负荷期主网运行方式如下: 1 由昌平、房山、安定及顺义站构成的5 o o k v 电网合环运行;由吕村、芦城、 南苑、老君堂、北寺、孙河、清河、聂各庄八座枢纽变电站及门头沟站构 成的 2 2 0 k v环网于昌 怀双回线、 清孙双回线及苑老双回线处开环运行，使 得整个 2 2 0 k v电网于苑老双回线、清孙双回线、昌怀双回线处解环，分为 东、西两大电网运行。 2 . 吕门一 ( 二)线开环运行。 3 . 2 2 0 k v 莲花池、定福庄、上庄站投运，定福庄、上庄站作为枢纽站其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v母线合环运行。其中莲花池站的投运，极大地缓解了张仪、草桥 地区的负荷压力。定福庄、上庄站投运后，与定福庄、上庄站相配套的顺 义一 定福庄一 西大望、 西沙屯一 上庄2 2 0 k v 输电线路的建设，以及2 2 0 k v 石清 线破n 接入上庄站， 进一步加强了 顺义、 房山、 昌平及安定5 0 0 k v 站与2 2 0 k v 电网间的联系。 4 . 2 2 0 k v 老营线破入华能高 碑店电 厂; 北京三热改并2 2 0 k v 榆管营站; 断开安 龙线，改为龙河双回接入大屯。 5 . 2 2 0 k v 怀柔、西沙屯、上 庄、新八里庄、高 丽营、 榆管营、定福庄、 李遂、 王四营、西大望、台湖、韩村河站为枢纽站，其2 2 0 k v 及 i l o k v 母线合环 运行;知春里站2 2 0 k v 母联合环运行，1 1 0 k v 母联断开运行。 6 . 2 2 0 k v 通州、 东北郊、 太阳宫、 大兴、 左安门、 草桥、张仪、 王府井、 西直 门、长椿街及朝阳门 站为负荷站， 其2 2 0 k v 及 1 1 0 k v 母联开关断开运行， 变压器 2 2 0 k v 侧中性点不接地、1 1 0 k v 侧中性点接地运行 4 .2 . 2 高峰负荷电力平衡情况 2 0 0 4 年北京地区统调发电厂共1 4 座，主要有一热、二热、 三热、高井、石景 山、 华能等， 总装机容量4 2 7 9 m w 。 依据2 0 0 4 年夏季高峰负荷期间北京电网运行数 据表明， 北京地区整点高峰负荷达到了 9 2 5 2 m w ， 高峰负荷期间， 北京地区统调发 电 厂 的发电 机已 基本满载运行， 发电出 力达到2 8 9 7 m