（电气工程专业论文）新电厂投运后大乌海电网安全稳定分析及对策研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文主要通过对新建电厂投运后大乌海地区电网不同目标网架下的有关安全 稳定问题迸行深入的计算分析，找出有可能威胁电网安全运行的隐患，提出建议， 制定对策，提前预防，及时指导运行单位对不适应大容量电网运行的方式及设备进 行整改，防止发生重大电网和设备事故，同时对电网规划和改造提出指导性意见， 保证网内运行设备在高电压大容量电网内可靠运行，确保大乌海电网的安全稳定运 行。首先系统地回顾和总结了国内外有关暂态稳定分析方法的发展状况；其次采用 p s d 电力系统分析软件对电网进行稳定计算；最后根据计算结果制定对策，提出建 议，对现有电网和新建电厂投运后电网进行稳定分析计算，通过计算找出电网的薄 弱环节，并提出对策。 关键词：电力系统，暂态稳定，稳定计算，供电能力 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r ，t h es e c u r i t ya n ds t a b i l i t yu n d e rd i f f e r e n tg o a ln e t w o r kg r i d so fw u h a ia r e a a l ec a r r i e do nw i t hd e e pc o m p u t a t i o n a la n a l y s i sa f t c rn e w p o w e rp l a n t sp u r i n gi n t oo p e r a t i o n t of r e do u tt h eh i d d e nd a n g e rt h a tm a yt h r e a t e nt h es a f eo p e r a t i o no ft h ee l e c t r i cn e t w o r k , p r o p o s et h es u g g e s t i o n , m a k et h ec o u n t e r m e a s u r e ，p r e v e n ta h e a do f t i m e t u n e l yg u i d a n c et o t h o s e i n a d a p t a t i o n o fl a r g e - c a p a c i t yn e t w o r ko p e r a t i n gm e t h o d s a n de q u i p m e n tf o r r e c t i f i c a t i o n , p r e v e n t i n gt h eg r e a te l e c t r i cn e t w o r ka n de q u i p m e n ta c c i d e n t ；a tt h es a n l et i m e ， p u tf o r w a r dt h eg u i d a n c es u g g e s t i o nt ot h ep l a n n i n ga n dt h er e c o n s t r u c t i o no fe l e c t r i c n e t w o r k g u a r a n t e en e t w o r ke q u i p m e n to p e r a t i n gt or u nr e l i a b l yi nh i g h - v o l t a g e ，l a r g e c a p a c i t yn e t w o r k , a n de n s u r et h a tt h es a f ea n ds t a b l eo p e r a t i o no fp o w e rg r i d si nw u h a i f i r s t l y , t h ed o m e s t i ca n da b r o a dd e v e l o p m e n t sa b o u t t r a n s i e n ts t a b i l i t ya n a l y s i sm e t h o d sh a v e b e e nr e v i e w e da n ds u m m a r i z e d ；s e c o n d l ya d o p tp s de l e c t r i cn e t w o r ka n a l y s i ss o f t w a r et o c a r r yo ns t e a d yc a l c u l a t i o n ；f i n a l l y ，m a k ee n u n t e r m e a s u r ea n dp r o p o s es u g g e s t i o na c c o r d i n g t ot h er e s u l t so fc a l c u l a t i o n ，a n a l y z et h es t a b i l i t yo fe x i s t i n ge l e c t r i cn e t w o r ka n dn e w l y - b u i l t p o w e rp l a n t sb yc a l c u l a t i o nt oi d e n t i f yw e a kl i n k sa n dp u tf o r w a r dt h ec o u n t e r m e a s u r e h a ol i x i a ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f e s s o rp e nj i a n w e n k e yw o r d s ：p o w e rs y s t e m ，t r a n s i e n ts t a b i f i t y , s t a b i l i t yc a l c u l a t i o n ，p o w e rs u p p l y c a p a b i l i t y i 声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文新电厂投运后大乌海电网安全稳 定分析及对策研究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的 研究工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名蛰鱼馨日 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名：j 蛸 日期：2 鲤笸：丝：少 导师签名：多7 匀匕之 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 电力系统稳定 第一章绪论 电力系统稳定可以概括地定义为这样一种电力系统的特性，即它能够运行于正 常运行条件下的平衡状态，在遭受干扰后能够恢复到可以容许的平衡状态。电力系 统正常运行时，所有并联运行的同步电机处于同步运行，即都有相同的电角速度。 这种情况下，表征运行状态的参数具有接近不变的数值，通常称此情况为稳定运行 状态。电力系统稳定性问题指当系统在某一正常运行状态下受到某种干扰后，能否 经过一定的时间后回到原来的运行状态或过渡到一个新的稳定性运行状态的问题【l 2 1 a 根据系统结构和运行模式的不同，电力系统不稳定可以通过不同的方式表现出 来。传统上，稳定是一个维持同步运行的问题。由于电力系统依靠同步电机发电， 因而良好的系统运行的必要条件是所有同步电机保持同期，俗称“同步”。这一稳 定的状况受发电机转子角的动态和功角关系的影响。 不失去同步也可能产生不稳定。例如，由一台同步发电机向一台感应电动机负 荷通过一条输电线供电的系统，可因负荷电压的崩溃而变得不稳定。这种情况下保 持同步不成为问题，所关心的问题是电压的稳定和控制。这种形式的不稳定也可能 在大系统向一广大区域负荷供电的情况下发生。 在稳定性评价中，所关心的问题是电力系统遭受暂态扰动后的行为。扰动可大 可小。小扰动随负荷的变化而连续发生，系统本身必须不断调整以适应变化的条件。 系统必须有能力在这些条件下令人满意地运行，在出现最大负荷时能成功地供电， 系统还必须有能力在多种严重的扰动下保持运行，这些扰动包括输电线上短路、失 去一台大发电机或负荷，或者失去两个子系统间的联络线等。系统对扰动的响应涉 及大量设备。例如短路发生在关键元件上后被保护继电器动作所隔离，这将造成功 率传送、电机转速和母线电压的变化；电压变化将使发电机和输电系统的电压调节 器动作；转速变化将使调速器动作；联络线上负荷的变化可引起发电机控制的响应； 而电压和频率的变化则取决于各负荷的特性从而对系统的负荷产生不同程度的影 响。此外，用来保护单个元件的装置对系统变量变化的响应也影响系统特性。然而， 在任何给定条件下，只有有限数量设备的响应是至关重要的。因此，通常给出很多 假定来简化问题并集中研究那些影响某些特定稳定问题的因素。 电力系统稳定性问题分为两大类：静态稳定性和暂态稳定性。静态稳定是指系 统受到小的干扰后，不发生自发振荡和非周期性失步，自动恢复到起始运行状态的 华北电力大学工程硕士学位论文 能力。暂态稳定是指系统突然遭受大扰动后，能从原来的运行状态，不失同步地过 渡到新的稳定运行状态的能力 3 , 4 j 。 1 2 暂态稳定概述 电力系统暂态稳定性是指系统突然经受大扰动后，各个同步电机能否继续保持 同步运行的能力。通常所考虑的扰动包括各种短路故障、切除大容量发电机或输电 设备以及某些负荷的突然变化等州。 遭受扰动后，除了在系统中出现电磁暂态过程【5 ，6 】以外，特别地，由于扰动引 起系统结构或参数的变化，使系统潮流和各发电机的输出功率也随之发生变化，从 而破坏了原动机和发电机之间的功率平衡，在机组轴上产生不平衡转矩，使它们开 始加速或减速。在一般情况下，扰动后各发电机输出功率的变化并不相同，因此它 们的转速变化情况各不相同。这样，各发电机转子之间将因转速不等而产生相对运 动，结果使转子之间的相对角度发生变化，而相对角度的变化又反过来影响各发电 机的输出功率，从而使各个发电机的功率、转速和转子间的相对角度继续发生变化 【7 1 。 与此同时，由于发电机端电压和转子电流的变化，将引起转子绕组电流的变化 和励磁调节系统的调节过程；由于机组转速的变化，将引起调节系统的调节过程和 原动机功率的变化；而由于电网中各节点电压的变化，将引起功率的变化，等等。它 们在不同程度上直接或间接地影响发电机和原动机功率的变化。 上述各种变化过程相互联系又相互影响，形成了一个以各发电机转子机械运动 和电磁功率随时间变化为主体的机电暂态过程1 7 】。 扰动后的暂态过程可能有两种不同的结局。一种是各发电机转子间相对角度随 时间的变化呈摇摆状态，且振荡幅值逐渐衰减，各机组之间的相对转速最终衰减为 零，使系统回到扰动前的稳态运行状况，或者过渡到一个新的稳态运行情况。在此 运行情况下，所有发电机仍然保持同步运行。对于这种结局，称电力系统是暂态稳 定的。另外一种结局是暂态过程中某些发电机转作子之间的相对角度随时间不断增 大，它们之间始终存在着相对转速，使这些发电机之间失去同步。对于这种结局， 称电力系统是暂态不稳定的，或称电力系统失去暂态稳定。发电机失去同步后，将 在电力系统中产生功率和电压的强烈振荡，结果使一些发电机和负荷被迫切除。在 严重的情况下，甚至导致系统的解列或瓦解【6 】。 显然，电力系统的暂态稳定性不但取决于扰动的性质及其发生的地点，而且与 扰动前系统的运行情况有关。因此，通常需要针对不同的稳态运行情况以及各种不， 同的扰动分别进行暂态稳定性分析。然而，如果要求系统在所有可能的运行情况下， 遭受各种可能发生的扰动后，都能保持暂态稳定，则不但没有必要而且也不经济。 2 华北电力大学工程硕士学位论文 为此，各国对于暂态稳定性的要求都有自己的标准。 为了保证电力系统运行的安全性，在系统规划、设计和运行过程中都需要进行 暂态稳定分析。当稳定性不满足规定要求，或者需要进一步提高系统的传输能力时， 还需要研究和采取相应的提高稳定措施。另外，在系统发生稳定性破坏事故以后， 往往需要进行事故分析，找出破坏稳定的原因，并研究相应的对策【引。 由于扰动后系统的暂态过程实际上非常复杂，因此，在电力系统暂态稳定性分 析中大都采用以下简化： ( 1 ) 忽略发电机定子绕组和电力网中电磁暂态过程影响，只考虑交流系统中 基波分量电压、电流和功率以及发电机转子绕组中非周期性分量的变化。这样，交 流电力网中各元件的数学模型将可以简单地用它们的基波等值阻抗电路来描述。 ( 2 ) 在不对称故障或非全相运行期间，略去发电机定子回路基波负序分量电 压、电流对电磁转矩的影响。至于基波零序分量电流，由于一般不能流过定子绕组， 故无需考虑【9 】。 此外，根据对计算结果精度的不同要求，以及由于分析方法本身的限制，还将 对元件的数学模型采取不同程度的简化，有时甚至对一部分发电机或系统中的某些 部分进行动态等值的简化处理。 1 3 本课题的研究意义和重要性 在现代社会中，电力系统扮演了一个不可缺少的角色，一个高质量的生活离开 了稳定和可靠的电力供应简直是不可想象的。 电力系统运行的基本要求是【1 0 】：1 、保证可靠地持续供电；2 、保证良好的电能 质量；3 、保证系统运行的经济性。由于电力不能大量贮存，电力系统的运行要经 受接入系统的发电厂发电和所接入系统负荷的平衡，以及用户端要保持恒定频率和 电压值的制约。在正常的运行情况下，负荷时而投入、时而断开，电力系统永远不 会处于一个稳定的状态。而且，随着电力系统容量和地域的扩展，单机容量和输电 电压的提高，以及系统间的互联等等许多新技术、措施和方案的实施，带来了显著 的技术和经济效益。但这些措施的实施，也使得事故波及很容易发生，特别是广延 的、失控的事故波及，造成重大的社会经济影响。 稳定破坏是电网中较为严重的事故之一，大电力系统的稳定破坏事故，往往引 起大面积停电，给国民经济造成重大损失【1 1 1 。仅以美国东部和加拿大东部联合电网 发生大面积停电事故为例，此次停电涉及美国的六个州和加拿大的两个省，共计损 失6 1 8 0 万千瓦电量。仅美方统计，他们在此次事故中跳闸的机组多达2 0 多台，其 中还有9 台核电机组，如包括加拿大在内，则有多达上百台发电机组及更多核电机 组跳闸，而核电机组的恢复需要几天日间，因此，全系统恢复到正常供电花了好几 华北电力大学工程硕士学位论文 天时间。据有关媒体报道，此之停电造成美加两国的损失和影响是巨大的、多方面 的，。据美国经济学家估计美国每天停电的经济损失高达3 0 0 亿美元。加拿大安大略 省因停电造成的全济损失也达5 0 亿美元。而停电事故对社会、政治及人们的心理 所造成的影响更难以估计 在美加大停电两周后，英国伦敦和东南部地区也发生了大停电。地铁线路几近 完全瘫痪，给居民生活造成极大的不便。据报道，在西欧和日本，也都发生过由于 失稳而造成的大面积停电事故。 在我国，由于电网建设滞后于电源建设，电网结构相对薄弱，重负荷长距离线 路较多，系统常常在接近于暂态稳定极限下运行，因而稳定事故的发生较为频繁。 据统计，1 9 7 0 1 9 8 0 年全国发生电力系统稳定破坏事故达2 1 0 次之多，平均每年发 生1 9 次，其中暂态稳定破坏事故就占了7 2 8 ；1 9 8 1 1 9 9 0 年间，由于电网结构改 善，安全自动装置的配备和管理加强，稳定破坏事故有所下降，但仍达到每年6 0 9 次，而暂态稳定破坏事故占了9 5 7 。据统计，平均全国每年有4 7 次稳定事故， 总损失电量为2 8 0 3 l 万k w h ，而停电对国民经济造成的损失就更大了。 为了防止稳定事故，各电网采取了各种措施，如快速保护、单相重合闸、远方 切机切负荷、投入制动电阻等，其中最常用的措施是对可能发生的各种运行方式进 行大量的计算，从而避开可能破坏稳定的运行方式。 目前暂态稳定分析的基本方法可以分为两类。一类是数值解法，在列出描述系 统暂态过程的微分方程和代数方程组后，应用各种数值积分方法进行求解，然后根 据发电机转子间相对角度的变化情况来判断稳定性。另一类是直接法，其中有些方 法是对李雅普诺夫直接法迸行近似处理后发展而成的实用方法，有的则是将简单系 统中的稳定判别方法推广应用于多机电力系统。 此外，还有一些其他方法。 暂态稳定分析的一个重要方面是对电力系统进行在线动态安全评价。即在运行 过程中，针对当时的系统运行方式，对某些预想事故或扰动下的暂态稳定性作出判 断，以评价系统运行的安全性。与离线暂态稳定分析相比，在线动态安全评价要求 有更快的计算速度。 离线的数值仿真法，或称为逐次积分法( s t e pb ys t e p ，简称s b s 法) ，是一种可 靠的方法，可以精确考虑各种复杂模型，已发展得相当成熟，基本上能满足电力系 统规划、设计和运行过程中所进行的离线暂态稳定分析对计算速度和精度的要求。 但当电网发展到几百个乃至上千个节点时，这种计算耗费机时多，计算速度慢，只 能判断是否稳定，不能给出系统稳定裕度的定量指标。因此在目前的技术条件下还 不太适宜于电力系统在线稳定计算。直接法是通过构造或定义一个反映系统稳定性 的暂态能量函数( 李雅酱诺夫函数) ，来确定系统的临界能量( 李雅普诺夫函数的l 临界 值) ，并以此为稳定判别的标准。由于直接法不是从时域的系统运动轨迹去看稳定问 4 华北电力大学工程硕士学位论文 题，而是从系统能量及其转化的角度去看稳定问题，因此可快速进行系统稳定性分 析。该方法在近二三十年得到了迅速的发展。直接法的优点是能提供系统稳定程度 的定量信息，提供系统稳定裕度，对极限参数计算速度快，可快速扫描系统暂态过 程。缺点是采用的模型比较粗略，计算结果具有保守性。 由于数值仿真法和直接法两者各有优缺点，至今无法彼此替代，因此国内外越 来越多的研究者转向了直接法和数值仿真法的结合。试图找到一种方法，既保留数 值仿真法的精度，又可以利用直接法快速性的特点。 1 4 国内外研究现状 目前暂态稳定分析的基本方法可分为两类：数值解法和直接法。此外，还有一 些其他方法。 ( 一) 数值解法 该方法主要是列出描述系统暂态过程的微分方程和代数方程组，应用各种数值 积分方法进行求解，之后再根据发电机转子间的相对角度变化情况来判断稳定性。 两组方程组可以交替求解( 称为显式积分法或直接解法) 或联立求解( 称为隐式积分 法或迭代解法) 。 从上个世纪5 0 年代中期开始，就己经有大量研究工作在这方面进行，到了7 0 年代中期，数值解法已发展的相当成熟，基本上能满足电力系统规划、设计和运行 过程中所进行的离线暂态稳定分析对计算速度和精度的要求，并己开发出了许多适 于工程应用的计算程序l 1 2 以4 1 。 早期的暂态稳定分析计算主要是采用显示积分方法，包括显式欧拉法、改进欧 拉法、龙格库塔法等【l 孓1 6 】。欧拉法和改进欧拉法由于计算精度较低、数值稳定性差， 通常只适用于当所采用的元件数学模型比较简单而且所要求计算的暂态过程持续 时间不长时的暂态稳定计算。龙格一库塔法的计算精度和数值稳定性都优于改进欧 拉法，所采用的元件数学模型可以较为详细，目前仍用于一些暂态稳定计算程序中。 自d o m m e l 和s a r o 首次将隐式梯形积分法应用于电力系统暂态稳定分析计算后，联 立求解的方法对于计算速度、精度、数值稳定性和对刚性微分方程组的适应性均表 现得令人满意，同时可以采用较大的积分步长( 最大可达s 周波) ，并且在发生不连 续时无需重新起步，因而得到广泛的应用。其缺点就是难以考虑新增模型的自动加 入，也难以对不同变量采用不同的步长【卜1 9 】。 数值解法( 时域仿真法) 是现今求解暂态稳定问题的主要方法，也是最可靠的方 法。其优点是系统模型精致，计算结果准确，能提供系统中各种变量的时间响应： 缺点是计算量非常大，耗时长( 在线应用感兴趣的时间仅在几秒内) ，而且不易求出 稳定程度的定量信息及对系统关键参数的灵敏度分析【2 0 ，2 1 1 。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 当前对数值积分解法的研究主要集中于如何提高计算和分析速度上。如利用导 纳阵不变特点，在经典模型下，对高阶泰勒级数大步长( 多步) 展开来实现轨迹的快 速算法；采用按时间的变步长技术，研究的重点是步长的自动调整规则；改进复杂 模型下的机网接口，也可能使积分速度提高；基于同调和模态的方法将动态系统等 值，其中按同调识别的结果将系统分成许多子系统，引入并行算法并行求解等等， 但均未获得实用性的突破。 ( - - ) 直接法 直接法主要有三种：基于相关( 主导) 不稳定平衡点求解的r u e p 法( 简称u e p 法) 、基于势能界面搜索的p e b s 法及基于单机无穷大等值和等面积准则的e e a c 法 2 2 - 2 4 。 李亚普诺夫稳定性理论是在1 8 9 2 年提出的，它是从一个古典力学的概念发展 而来。1 9 4 7 年美国学者m a g n u s s o n 提出将其应用于电力系统暂态稳定分析领域当中。 1 9 5 8 年，a y l e t t 提出了用于多机系统的能量积分准则。1 9 6 6 年，g l e s s 和e 1 a b i a d 等人又提出了不计电网中转移电导的李亚普诺夫函数。自上世纪7 0 年代后，用李 雅普诺夫法研究直接法稳定分析的文章逐渐增多，初期的研究主要集中于用不同的 方法建立运用于电力系统的李亚普诺夫函数( v 函数) 和如何求不稳定平衡点( u e p ) 的方法，但是早期研究未计入故障地点和转移电导的作用，所以计算结果偏于保守。 1 9 7 8 年日本学者k a k i m o t 。等人首次提出了势能界面法( p e b s ) 法，直接利用持 续的故障轨迹求取临界势能，从而求取i 临界切除时间c c t ，省去了求u e p 的麻烦， 使得速度大大加快。 1 9 7 9 年a t h a y 等人提出的能量函数第一次计入了故障地点和转移电导的作用， 使得能量函数法在克服保守性方面迈出了重要的第一步。 2 0 世纪8 0 年代以后，m i c h e l 等人提出了单机能量法。f o u a d 等人在动能修正、 能量裕度以及求解相关u e p 等方面作了大量研究工作，进一步丰富和发展了暂态能 量函数法的理论和方法。p a d i y a r 等人给出了能够计入详细发电机模型和复合模型的 拓扑能量函数。1 9 8 8 年c h i a n g 和z a b o r s k y 等人提出了稳定域的概念，对势能界面 法进行了理论分析，并提出了使势能界面法计算准确的条件。1 9 9 1 年c h i a n g 等人 在其稳定域理论的基础上，又提出了b c u 法( 将u e p 法和p e b s 法结合起来的方法) ， 使u e p 法的实用化又前进了一步。 我国电力科学界对稳定分析的直接法与快速算法的研究大致始于8 0 年代，其 中最早发表的一篇是夏道止与h e y d t 等人关于分解一一聚合法在线稳定的研究。随 后有电力部电力科学研究院傅书遏等人关于p e b s 法的研究；清华大学倪以信与美国 f o u a d 等人对u e p 法的直流输电模型与励磁系统模型的研究；1 9 8 8 年我国学者南京 电力自动化研究院薛禹胜与比利时p a v e l l a 教授等人提出了扩一展等面积法( e e a c 法) ，将多机系统变成等值两机系统，利用等面积准则和泰勒展开式导出临界切除时 6 华北电力大学工程硕士学位论文 间和稳定裕度的解析式，根据这一解析式在注入空间定义暂态稳定域，推算联络潮 流的稳定极限。近年来该法经不断完善，己扩展到动态e e a c 法，使得计算精度大 大提高。到了9 0 年代，直接法与快速算法的研究尤为活跃，如哈尔滨工业大学郭 志忠、柳悼等人用高阶t a y l o r 级数研究快速暂稳计算问题，上海交通大学刘笙等人 关于p e b s 法复杂模型的研究，东北电力学院蔡泽祥和清华大学倪以信等人关于快 关汽门、电气制动和切机问题的研究等，都使得直接法在线稳定分析的研究进一步 走向实用化。此外，关于应用人工神经网络、灾变理论和熵网络理论的研究也有不 少论文发表。 1 5 本文的主要工作 本文主要通过对新建电厂投运后大乌海地区电网不同目标网架下的有关安全 稳定问题进行深入的计算分析，找出有可能威胁电网安全运行的隐患，提出建议， 制定对策，提前预防，及时指导运行单位对不适应大容量电网运行的方式及设备进 行整改，防止发生重大电网和设备事故，同时对电网规划和改造提出指导性意见， 保证网内运行设备在高电压大容量电网内可靠运行，确保大乌海电网的安全稳定运 行。 本文主要包括以下内容： 首先系统地回顾和总结了国内外有关暂态稳定分析方法的发展状况。分析了各 种方法的计算特点和优缺点。将各种方法进行比较，选定数值解法中的隐式梯形法 和直接法中的势能界面法。 其次采用中国电科院翻译的p s d 电力系统分析软件( 中国版b p a 暂稳、潮流、 短路电流等计算程序) 对电网进行稳定计算，主要包括： ( 1 ) 暂态稳定分析：对电网进行功角稳定、电压稳定计算。 ( 2 ) 稳态分析：对电网进行稳态的潮流计算、供电能力分析等； ( 3 ) 故障分析：对电网进行短路容量计算； 最后根据计算结果制定对策，提出建议，对现有电网和新建电厂投运后电网进 行稳定分析计算，通过计算找出电网的薄弱环节，并提出对策。 ( 1 ) 对新建电厂投运后对电网安全稳定运行的影响作出评价。 ( 2 ) 对新建电厂的接入方式做研究。特别是海勃湾电厂接入系统方案的确定。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 2 1 计算背景概述 第二章稳定计算 大乌海地区地处蒙西电网的最西端，是内蒙古电网的重要组成部分，包括阿拉 善地区、鄂尔多斯棋盘井、巴彦淖尔临河地区，截至2 0 0 6 年底装机容量约2 6 6 0 m w ， 5 0 0 k v 线路布乌双回线、吉乌线三条。大乌海地区负荷多以高载能工业为主，如硅 整流装置、炼硅铁、电石的电弧炉等。大乌海地区现在存在的达乌电磁环网，正常 方式下最大受电能力为3 5 0 m w ，已严重制约着大乌海地区的负荷发展。所以5 0 0 高新一布日读一乌海i i 线路投运后，达乌电磁环网解环已势在必行。届时整个大乌 海电网通过5 0 0 k v 布乌双回线与蒙西主网联络，即布乌线西送和布乌线东送方式。 2 1 1 大乌海地区电网概况 ( 1 ) 2 0 0 6 年初网架结构及电源、负荷情况 大乌海电网地处蒙西电网的最西端，是内蒙古电网的重要组成部分，其供电范 围包括乌海、阿盟、鄂尔多斯棋盘井、巴盟临河地区。如图2 1 所示，目前，大乌 海电网已形成以5 0 0 k v 乌海变、2 2 0 k v 伊和变、华电、顺达变、海勃湾电厂( 以下 简称海厂) 为顶点的多边形环网主架结构，目前最高运行电压等级为5 0 0 k v ，内有 1 2 个2 2 0 k v 变电站，1 个5 0 0 k v 变电站，向东通过达乌i 回5 0 0 k v 线路，向北通 过临河东郊变至前锋变、隆兴昌变双回2 2 0 k v 线路与内蒙网连接。截至2 0 0 6 年初， 大乌海电网电源装机容量约1 0 5 0 m w ( 其中海厂6 0 0 m w 4 台机组，华电1 5 0 m w l 台 机组，蒙华泰2 0 0 m w l 台机组，乌达电厂约i o o m w 6 台机组) ，供电负荷约9 0 0 m w 。 大乌海电网通过达乌电磁环网与系统进行功率交换，即达电一布日都5 0 0 k v 变 一乌海5 0 0 k v 变一棋盘井2 2 0 k v 变一临河东郊2 2 0 k v 变一前锋2 2 0 k v 变一高新 5 0 0 k v 变一达电呈环网运行，正常方式下最大受电能力为3 5 0 m w ，严重制约着地 区的负荷发展。所以高新交一布日都一乌海变i i 回5 0 0 k v 线路投运后，达乌电磁环 网解环势在必行。 ( 2 ) 2 0 0 6 年底网架结构及电源、负荷情况 近年来，乌海地区高载能负荷增长很快，电网和电源点建设的步伐加快，预计 到2 0 0 6 年底地区装机容量将达到2 6 6 0 m w ，新投运电源装机1 6 1 0 m w ( 新投运电 厂包括海厂5 、6 群机组6 6 0 m w ，华电2 样机组1 5 0 m w ，蒙华泰2 样机组2 0 0 m w ，鄂 绒电厂1 、2 样机组6 0 0 m w ) 新投运2 2 0 k v 变电站2 座：乌海北郊变、卧龙岗变； 华北电力大学工程硕士学位论文 5 0 0 k v 线路2 条：布乌回线、吉乌线；布乌i i 回线建成投运后，断开临河东郊变 一隆兴昌变一前锋变线路，达乌电磁环网解环运行，届时整个大乌海电网通过5 0 0 k v 布乌双回线与蒙西主网进行功率交换。 2 1 2 实际意义 图2 - 10 6 年底大乌海2 0 地区网架示意图 由以上介绍可以看出，乌海供电区面积小，负荷重，电源布点多，网架薄弱， 短期内装机容量，电网结构运行方式、参数、短路容量、潮流分布在短期内发生很 大变化，势必对乌海乃至内蒙电网的安全稳定运行产生影响，为保证网内运行设备 在高电压大容量电网内可靠运行，提高电网稳定水平，有必要在电厂投运前对大乌 海电网不同目标网架下的有关安全稳定问题进行了一次深入的计算分析，找出有可 能威胁电网安全运行的隐患，提出建议，制定对策，提前预防，及时指导运行单位 对不适应大容量电网运行的方式及设备进行整改，防止发生重大电网和设备事故， 同时对电网规划和改造提出指导性意见，确保大乌海电网的安全稳定运行。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 2 2 计算原则及说明 乌海地区电源发展迅速，然而电网的建设相对滞后，通过计算发现，乌海地区 存在着动态稳定问题。1 1 0 k v 以下等级电网没有安全稳定问题，主要是2 2 0 k v 网架 发生n 一1 三永故障，会引起系统失稳。所以，我们主要针对乌海地区2 2 0 k v 电压 等级电网做安全性分析。 另外海渤湾电厂2 x 3 3 0 m w 机组计划在2 0 0 6 年6 月初、8 月初分别进入1 6 8 小 时试验，机组的投产对乌海地区的安全稳定影响非常大，同时电厂送出也存在着问 题。海勃湾电广接入系统最终方案：通过4 回l g j 2 x 2 4 0 导线接入2 2 0 k v 卧龙岗变 电站，原来海厂1 1 0 k v 侧负荷倒由卧龙岗接带，原海勃湾电厂2 2 0 k v 出线都切改到 卧龙岗2 2 0 k v 母线，新建一回卧龙岗到宝山i i 的线路。届时卧龙岗变电站2 2 0 k v 出线共计1 1 回( 见附录潮流图4 1 ) 。 计算软件采用中国电科院翻译的p s d 电力系统分析软件( 中国版b p a 暂稳、 潮流、短路电流等计算程序) 。 通过电网基础数据库、固定模型库以及自定义模型库的支持，对大乌海电网进 行各种计算分析。具体计算分析内容包括； 暂态稳定分析：对电网进行功角稳定、电压稳定计算； 稳态分析：对电网进行稳态的潮流计算、供电能力分析等； 故障分析：对电网进行短路容量计算。 计算模型：稳定计算采用静态负荷模型和发电机详细模型。 故障切除时间：5 0 0 k v 线路三永故障切除时间o 1 0 秒；2 2 0 k v 线路三永故障切 除时间0 1 2 秒。 计算网架分类：达乌环网合环、解环运行网架下考虑海厂母线并列运行、分列 运行方式。 计算数据中大乌海地区的电源容量：海厂1 2 6 0 m w ，鄂绒电厂6 0 0 m w ( 按最 大向网内送2 0 0 m w 计算) ，蒙华泰4 0 0 m w ，华电3 0 0 m w ，乌达电厂1 0 0 m w 共计 2 6 6 0 m w 。 计算负荷：大乌海地区最大负荷为1 3 4 0 m w ，其中，阿盟2 4 6 m w ，伊盟1 8 7 m w ， 临河1 6 1 m w ，乌海7 4 6 m w 。 名词解释：卧龙岗断面：卧乌( 卧龙岗一乌海) + 卧顺( 卧龙岗一顺达) + 卧 伊( 卧龙岗一伊和) ；大乌海地区：乌海5 0 0 k v 变电站以西+ 临河2 2 0 k v 变电站以 南( 即附录潮流图4 1 乌海以西节点) 。 截至2 0 0 6 年8 月底各元件投产时问如表2 1 所示： 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 表2 1 截至2 0 0 6 年8 月底各元件投产时间 元件预投时间 海勃湾5 # 机 海勃湾6 # 机 蒙华泰2 # 机 华电乌达2 # 机 鄂绒电厂1 # 机 5 0 0 k v 高布乌i i 回 2 0 0 6 6 2 0 0 6 8 2 0 0 6 6 2 0 0 6 6 2 0 0 6 7 2 0 0 6 8 根据电网实际情况：鄂绒自备电厂向蒙西主网输送电力最多按2 0 考虑。 2 3 计算分析 2 3 1 计算目标网架分类 目前网架，即达乌环网( 5 0 0 k v 达布乌线路+ 2 2 0 k v 临棋线+ 2 2 0 k v 临三线) 仍运行，海厂5 # 机接入海厂扩建3 ( 4 ) 母，海厂与系统的联络方式仍保持现有方 式。见附录潮流图1 。 考虑到大乌海地区电源点的投运，如蒙华泰热( 2 x 2 0 0 m w ) ，华电乌达 ( 1 1 5 0 m w ) ，鄂绒自备电厂( 2 3 0 0 m w ) ，如果5 0 0 k v 高布乌i i 回线在以上电源 点投运前还不能投运，那么达乌环网不具备解环运行的条件，还得继续运行，而此 时海厂6 # 机可能将接入海厂3 ( 4 ) 母运行。见附录潮流图2 。 与相比，只是将海厂2 2 0 k v l 、2 母线与3 、4 母线分裂运行，乌海地区2 2 0 k v 环网解环运行。见附录潮流图3 。 5 0 0 k v 高布乌i i 回投运，大乌海地区将在2 2 0 k v 临河变电站解环，解环方 式为断开临河一前锋线路、临河一隆兴昌线路，考虑蒙华泰热( 2 2 0 0 m w ) ，华电 乌达( 2 1 5 0 m w ) ，鄂绒自备电厂( 2 3 0 0 m w ) ，海厂5 、6 号机接入3 ( 4 ) 母，海 厂母线不分段。见附录潮流图4 。 与相比，海厂2 2 0 k v l 、2 母线与3 、4 母线分裂运行。见附录潮流图5 。 与相比，新建一回海厂3 ( 4 ) 母乌海5 0 0 k v 变电站一回2 2 0 k v 线路， 同时将海厂一乌海i ( i i ) 回海厂侧( 海厂i 或i i 母) 切改至海厂3 ( 4 ) 母，海厂 2 2 0 k v l 、2 母线与3 、4 母线分裂运行。见附录潮流图6 。 2 3 2 基于各种网架下的计算分析 ( 一) 目前网架结构( 只考虑海厂5 # 机投运) 华北电力大学工程硕士学位论文 方式1 1 ：2 0 0 6 5 2 0 0 6 6 区间内，大乌海地区装机结构海勃湾5 机，蒙华泰l 机，华电乌达1 机，鄂绒自备0 机，机组全开。大乌海地区负荷i o i o m w 。网架结 构见附录潮流图1 1 ，大乌海地区2 2 0 k v 线路发生n l 三永故障，系统稳定；布 乌线东送极限1 2 0 m w 方式l - 2 ：2 0 0 6 5 2 0 0 6 6 区间内，大乌海地区装机结构海勃湾5 机，蒙华泰2 机，华电乌达2 机，鄂绒自备0 机，机组全开。大乌海地区负荷i o i o m w 。网架结 构见附录潮流图1 2 ，大乌海地区2 2 0 k v 线路发生n l 三永故障，系统稳定；布 乌线东送极限1 2 0 m w 。 ( 二) 目前网架结构( 海厂5 # 机、6 # 机投运) 方式2 - 1 ：大乌海地区装机结构海勃湾6 机，蒙华泰1 机，华电乌达1 机，鄂 绒自备0 机，机组全开。大乌海地区负荷i o i o m w 。网架结构见附录潮流图2 1 ， 海厂一乌海2 2 0 k v 线路海厂侧发生三永故障，丰镇机组、锡盟地区小机组加速失步， 汗海、丰镇、顺义、万全、岱海出现低电压，系统失稳。布乌线东送极限不高。 在潮流图2 l 下，海厂一乌海线路海厂侧发生三永故障，稳定输出信息如图2 2 所示，电压较低的前5 0 个节点见表2 2 ： 图2 - 2 稳定输出信息 表2 - 2 电压较低的前5 0 个节点 1 i 锡南2 12 3 0 0 u 巴彦2 12 3 0 0 1 i 正蓝2 12 3 0 0 1 i 兴和2 12 3 0 0 l i 七台2 12 3 0 0 2 4 6 0 0 2 4 6 0 0 1 8 6 o o 2 5 8 0 0 2 5 8 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 o o 1 0 6 o o 3 8 o o 3 8 o o 1 7 8 0 0 1 7 8 o o 1 7 8 0 0 9 4 o o 9 4 o o 6 8 o o 6 8 o o 7 2 o o 5 6 0 0 5 6 0 0 7 7 0 1 2 l 啪呦瞄|坌|坌 o o o o o 华北电力大学工程硕士学位论文 1 i 汗海2 12 3 0 0 l i 温都2 12 3 0 0 l i 丰镇d d5 2 5 0 u 丰镇k d5 2 5 0 1 i 丰镇1 3 25 2 5 0 i i 丰镇k 25 2 5 0 u 丰镇5 15 2 5 0 u 丰镇d i5 2 5 0 1 i 丰镇k 15 2 5 0 1 i 兴广2 12 3 0 0 1 i 前进2 12 3 0 0 1 i 丰镇2 12 3 0 0 l i 明安2 12 3 0 0 u 汗海5 15 2 5 0 1 i 汗海k 15 2 5 0 l i 平地2 12 3 0 0 1 d 顺万5 25 2 5 0 l d 顺万k 25 2 5 0 1 i 德胜2 12 3 0 0 1 i 高顺2 12 3 0 0 1 d 顺万5 15 2 5 0 1 d 顺万k 15 2 5 0 1 d 顺万5 35 2 5 0 1 d 顺万酗5 2 5 0 1 i 永圣k l5 2 5 0 1 i 永圣5 15 2 5 0 l i 集宁2 12 3 0 0 l i 凉城2 12 3 0 0 1 i 准厂5 15 2 5 0 l i 永圣2 12 3 0 0 l i 昭君2 12 3 0 0 1 i 呼东2 12 3 0 0 l i 燕山2 12 3 0 0 1 i 岱海5 15 2 5 0 l i 岱海k 15 2 5 0 2 5 8 0 0 2 5 8 o o 7 8 0 0 7 8 0 0 7 8 0 0 7 8 o o 7 8 0 0 7 8 0 0 7 8 o o 2 5 8 0 0 2 5 8 0 0 1 1 4 o o 2 2 2 0 0 2 5 8 0 0 2 5 8 0 0 1 1 4 0 0 7 8 o o 7 8 o o 2 s 8 0 0 2 5 8 0 0 8 2 o o 8 2 0 0 8 2 0 0 8 2 o o 2 5 8 0 0 2 5 8 0 0 2 5 8 0 0 1 1 4 0 0 2 5 8 0 0 2 5 8 o o 2 5 8 0 0 2 5 8 0 0 1 5 0 0 0 8 2 o o 8 2 o o 0 0 8 5 2 0 0 8 5 3 0 ，0 8 6 6 0 0 8 6 6 0 0 8 6 6 0 0 8 6 6 0 0 8 6 6 0 0 8 6 6 0 0 8 6 6 0 0 8 7 8 0 0 9 2 8 0 1 0 1 3 o 1 1 4 2 0 1 2 2 9 0 1 2 2 9 0 1 3 4 1 0 1 4 9 6 0 1 4 9 8 0 1 5 0 9 0 1 5 1 2 0 1 6 0 1 0 1 6 0 3 0 1 6 8 5 0 1 6 8 7 0 1 7 0 1 0 1 7 0 4 0 1 7 5 6 0 1 8 1 7 o 2 3 6 0 0 3 3 0 4 0 3 3 5 0 0 3 3 6 5 0 3 4 8 9 0 3 5 4 6 0 3 5 4 6 1 3 3 8 0 0 3 8 o o 4 2 o o 4 2 0 0 4 2 o o 4 2 0 0 4 2 0 0 4 2 0 0 4 2 o o 3 8 0 0 3 8 0 0 4 6 o o 1 0 6 0 0 3 8 0 0 3 8 0 0 4 2 o o 4 2 o o 4 2 0 0 3 8 0 0 3 8 0 0 4 2 0 0 4 2 0 0 4 2 0 0 4 2 o o 3 8 o o 3 8 o o 3 8 0 0 4 2 0 0 3 8 0 0 3 8 0 0 4 2 0 0 4 2 o o 4 2 o o 5 0 0 0 5 0 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 o o 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 0 0 0 1 7 8 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 o o 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0 9 4 0 0