12电网调度自动化140411.ppt

NorthChinaElectricPowerUniversity 电网调度自动化 第二章现代电力系统的稳定问题 讨论1 小扰动电压稳定性和大扰动电压稳定性有什麽区别 2 电力系统在什么情况下易发生功角稳定性 什麽情况下易发生电压稳定性 什么情况下需要分析频率稳定性 第三章提高电力系统稳定性的措施 一 提高暂态稳定的措施随着互联电网规模的增大和系统重大稳定事故的发生 首先引起工程技术人员和许多学者重视的是系统的暂态稳定问题 为了提高系统的暂态稳定水平 大部分工业界人士除了制定暂态稳定的准则 对系统进行数字仿真 物理实验外 还在此基础上研究了多种具体的控制措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 如在联络线加装串联电容器 快速切除故障 切机 切负荷等专门的稳定措施 由于暂态稳定性已获得高度重视 在提高稳定性的方法和措施方面取得的进展也非常大 归纳起来 无非是提高暂态稳定性的目标是获得以下效果中的一个或几个 第三章提高电力系统稳定性的措施 1 使故障严重程度和持续时间最小以减少扰动的影响 快速切除故障 第三章提高电力系统稳定性的措施 2 增加恢复同步的能力 切机 切负荷 3 通过控制原动机机械功率 减少加速转矩 快关汽门 第三章提高电力系统稳定性的措施 4 通过施加人工负荷减少加速转矩 电气制动 第三章提高电力系统稳定性的措施 在提高暂态稳定性的措施中 我们可将其分为一次系统措施和二次系统措施 一次系统措施主要是从网架结构和增加电气设备方面采取有效措施 这种措施可靠性高 但投资较大 二次系统措施是在一次系统不能得到改善的情况下 加装安全自动装置来进行补救 这种措施投资小 施工周期短 但可靠性相对较低 第三章提高电力系统稳定性的措施 1 提高暂态稳定水平的一次系统的措施1 架线路 采用分裂导线 增加回路数或架设高一级电压等级的线路 增加变压器 随着我国经济的发展 增加重要线路回路数已成为现实 但联络线的架设超过3回后对系统的暂态稳定水平的提高就没有显著的效果 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 2 串联电容器补偿串联补偿的原理是利用串联电容器的容抗抵消掉部分感抗 相当于缩短了线路的电气距离 从而达到提高系统的稳定极限和输电能力的目的 第三章提高电力系统稳定性的措施 串联补偿作为一项成熟的技术 在电力系统中发挥着多方面的作用 如增加系统的输电能力 改善系统的稳定性 改善运行电压和无功平衡 用作潮流控制和降低网损 且有良好的经济性等等 基于以上优点 串联补偿技术在电力系统特别是在远距离 大容量输电系统中得到了广泛的应用 第三章提高电力系统稳定性的措施 串联电容补偿适用于送端和受端系统都比较强大的情况 此时线路阻抗占有整个串联阻抗的主要部分 因而对它实现串联补偿能显著减小系统的综合阻抗 以取得高送电容量的效益 第三章提高电力系统稳定性的措施 如图 由功率特性方程可知 如果X X1 X X2 则X下降可显著降低 X 这种措施即提高了暂态稳定水平 同时也提高了静态稳定水平 第三章提高电力系统稳定性的措施 如图为常规串补装置的接线示意图 其中 C 电容器组MOV 氧化锌避雷器D 阻尼回路G1 触发间隙S1 旁路开关 第三章提高电力系统稳定性的措施 MOV与电容器组并联 当电容器两端电压超过MOV的保护电压时 MOV中将流过很大的电流 将电压限制在其保护电压水平 一旦故障消失电容器瞬时重投 第三章提高电力系统稳定性的措施 触发间隙的主要作用是用于保护MOV 当通过MOV的能量或电流超过设定值时 触发间隙击穿 旁路MOV 旁路开关通常处于常开状态 需要有较快的合闸速度 当旁路开关闭合时 可将串联电容退出 第三章提高电力系统稳定性的措施 1928年串联补偿技术首先应用于美国的330KV系统 到1998年 世界上串联电容安装总量已超过90000Mvar 我国1972年首次在刘家峡 关中330KV线路采用补偿度为30 的串补装置 根据加拿大CEA ERIS对1978 1983年串补设备的运行统计数据表明 串补装置事故率为0 6次 年 组 平均故障修复时间为67 9小时 次 可用率可达99 54 电容器年故障率在0 03以下 第三章提高电力系统稳定性的措施 事例 330KV刘天关600km线路 装设30 串联电容补偿 静稳水平提高5万千瓦 暂态稳定水平提高4万千瓦 第三章提高电力系统稳定性的措施 随着电力电子技术和晶体管技术的发展 串联电容补偿由常规不可控制发展到可控串联电容补偿 TCSC Thyristorcontrolledseriescompensator 可控串联补偿较常规固定串联补偿对提高暂态稳定水平更有效 第三章提高电力系统稳定性的措施 它可以在晶闸管触发角的作用下 当联络线输送功率大或电压低时自动提高补偿度 降低 X 而输送功率小或电压高时 回到正常的补偿水平 尤其是当系统故障扰动发生后 出现联络线功率的同步振荡 它可以有效地减低振荡幅值 使系统尽快平息振荡 第三章提高电力系统稳定性的措施 如图为可控串补装置的接线示意图 第三章提高电力系统稳定性的措施 与固定串补类似 可控串补主要由电容器组 MOV 阻尼电路 旁路开关等主要部件组成 不同的是 可控串补增加了一电抗器的并联支路 它由一双向可控硅和电抗器串联组成 由于增加了调控速度很快的可控硅并联支路 可控串补通常取消了火花间隙支路 第三章提高电力系统稳定性的措施 可控串补存在三种典型的运行工况 1 可控硅全开工况 全导通模式 如图 该工况与固定串补被旁路开关旁路的工况完全相同 整个串补装置表现为一个小电抗 第三章提高电力系统稳定性的措施 2 可控硅全关闭工况 闭锁模式 如图 该工况与固定串补正常工况完全相同 整个装置表现为一固定的容抗 第三章提高电力系统稳定性的措施 3 可控硅参与调节的正常运行工况 这也是可控串补的主要运行工况 如图 第三章提高电力系统稳定性的措施 可控硅不同导通角时 可控串补中可控硅支路电流不同 串补装置表现出的等值工频容抗就不同 因此 通过调节可控硅的导通角 可以方便快速地调节装置的等值工频容抗或者电抗 第三章提高电力系统稳定性的措施 事例 甘肃陇南地区碧口电厂 成县变电站的一条140公里220KV线路 当系统无补偿设备时 稳定情况较差 碧成线碧口侧发生单相瞬时故障时 碧成线的稳定极限为245MW 不能满足电力送出的需要 同时系统在故障后振荡衰减较缓慢 为此 在220KV碧成线上加装串补 以解决其电力送出问题 2004年12月22日 我国第一个国产化可控串补工程 甘肃碧成线220kV可控串补工程一次投运成功 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 计算分析结果 1 无串补系统故障后动态过程 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 2 对应于70 固定串补稳定极限时的系统摇摆过程 碧成线暂稳极限315MW 第三章提高电力系统稳定性的措施 可以看出 安装固定串补可以提高系统稳定极限 70MW 但故障后系统振荡衰减较缓慢 第三章提高电力系统稳定性的措施 3 50 可控串补稳定极限时 系统的动态摇摆过程 碧成线暂稳极限345MW 第三章提高电力系统稳定性的措施 与固定串补相比 安装可控串补可以较大幅度的提高碧成线的稳定极限 100MW 安装可控串补还可以起到加快故障后系统振荡衰减速度的作用 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 继甘肃碧成线220kV可控串补工程之后 2007年10月 东北电网伊敏电厂 装机220万千瓦 冯屯500千伏线路上 首次采用国内自主研发的可控串补技术 该工程采用可控串补 固定串补的混合方案 其中固定串补容量达到2 544兆乏 串补度30 可控串补容量达到2 326兆乏 串补度15 是目前世界上补偿容量最大 系统运行环境最复杂的串补装置 伊冯可控串补工程建成后 将使伊敏送出能力提高100万千瓦左右 可替代新建一回500千伏输电线路 不仅节省数亿元人民币的投资 还保护了珍贵原始生态环境 促进了环境与经济的协调可持续发展 第三章提高电力系统稳定性的措施 3 可控电抗器 controlledshuntreactor CSR 可控电抗器的主要作用 解决限制过电压和无功补偿之间的矛盾 无功在一定范围内可调节 则可实现电压在一定范围内的控制 可控电抗的控制方式是 线路在轻载运行时 高抗容量保持在最高值 线路正常重载时 将容量控制在较低值 在系统发生故障时 由于可控电抗器可瞬间调整容量的大小 因此可以提高联络线的稳定运行水平 抑制工频过电压和操作过电压 消除发电机自励磁 动态补偿线路充电功率 抑制潜供电流 阻尼系统谐振等 第三章提高电力系统稳定性的措施 目前在电网中采用的可控并联电抗器主要有两种接线型式 阻抗分级式可控并联电抗器磁控连续式可控并联电抗器 如图为可控电抗器接线示意图 第三章提高电力系统稳定性的措施 在图中 测量系统 4 5 产生偏差信号触发控制设备 3 然后控制设备操作晶闸管整流器 2 整流设备产生的直流电流去改变电抗器的磁饱和程度 从而实现了电抗器 1 的无功平滑调节 抑制安装点的电压波动 第三章提高电力系统稳定性的措施 随着电压的上升 对于额定容量为180Mvar的可控电抗器 可根据偏差信号从3 6Mvar调制180Mvar 整个过程不超过1秒 第三章提高电力系统稳定性的措施 第三章提高电力系统稳定性的措施 欧洲一些国家已有应用可控电抗器的成功经验 在挪威和瑞典间的一条400KV线路因动态稳定问题限制了正常送电功率 1981年在联络线靠近瑞典侧安装了360Mvar的晶闸管控制电抗器 在控制电压的同时 将送电水平由原来的800MW提高到1000MW 增加功率200MW 随后增加了对该电抗器的附加控制 成功地将送电极限提高到了1100MW 每日效益因此达到45000磅 第三章提高电力系统稳定性的措施 2006年我国湖北江陵可控高抗示范工程投运 江陵可控高抗额定容量120Mvar 安装在峡江二线江陵侧 作为线路高抗运行 第三章提高电力系统稳定性的措施 系统实验表明 可控电抗器在稳态状态下可以1 7 100 间连续平滑调节 暂态状态下 能够有效地抑制线路过电压 第三章提高电力系统稳定性的措施 4 中间并联补偿 增加长距离线路传输能力的另一种方法是实现中间并联补偿 如图 第三章提高电力系统稳定性的措施 如果在运行过程中能保持中间点电压为恒定值 就相当于中间点为无穷大系统 这样就在电气上完成了把原来的送电端向无穷大系统输电 再由无穷大系统向原来的受电端系统送电 这种措施可显著提高该联络线的暂态稳定水平 第三章提高电力系统稳定性的措施 但实际上 中间点不可能是恒定的