專利名稱：送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定方法，具體涉及送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法。
背景技術(shù)：
大型能源基地和負(fù)荷中心在地域分布的不一致要求電力大容量、遠(yuǎn)距離傳輸，為同時(shí)發(fā)揮直流輸電經(jīng)濟(jì)傳輸距離遠(yuǎn)、交流輸電運(yùn)行方式調(diào)整靈活且可靠度高的優(yōu)點(diǎn)，目前在能源基地同時(shí)建設(shè)交流通道和直流通道向外網(wǎng)送電呈增多趨勢，當(dāng)交流通道因故障斷開，或者交流通道與直流通道同時(shí)因故障斷開，送端電網(wǎng)的頻率會在通道斷開瞬間因存在功率過剩而迅速升高，隨后動態(tài)變化，系統(tǒng)中機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的一些控制元件將響應(yīng)頻率的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)或者動作，通常主要包括(1)汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速控制系統(tǒng)測量電網(wǎng)頻率改變汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門開度，進(jìn)而改變機(jī)組的機(jī)械功率；(2)水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速控制系統(tǒng)測量電網(wǎng)頻率改變水輪機(jī)的導(dǎo)葉開度，進(jìn)而改變機(jī)組的機(jī)械功率；(3)汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)測量電網(wǎng)頻率，當(dāng)達(dá)到啟動定值時(shí)暫時(shí)關(guān)閉機(jī)組的調(diào)節(jié)汽門，降低機(jī)組的機(jī)械功率，待電網(wǎng)頻率降低至超速保護(hù)的恢復(fù)定值時(shí)重新開啟機(jī)組的調(diào)節(jié)汽門，增加機(jī)組的機(jī)械功率；(4)直流送端換流站安裝的直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置監(jiān)測直流線路的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生直流閉鎖故障，直流通道斷開時(shí)，切除送端電網(wǎng)一些電廠的機(jī)組；(5) 變電站安裝的低頻減載安全自動裝置測量電網(wǎng)頻率，當(dāng)頻率達(dá)到啟動定值時(shí)切除部分負(fù)荷。這些控制手段對于送端電網(wǎng)在外送電力較少的情況下通?？梢詫㈩l率控制在要求的范圍內(nèi)，但是對于外送電力較多的情況，由于外送通道斷開后頻率變化的幅度較大，傳統(tǒng)的頻率控制手段效果將較為有限，很難保證頻率的安全和穩(wěn)定。為送端電網(wǎng)配置高頻切機(jī)安全自動裝置是解決外送電力較多情況下發(fā)生外送通道斷開故障時(shí)的頻率控制問題的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，即在電網(wǎng)多個(gè)適當(dāng)位置的電廠內(nèi)分散布設(shè)高頻切機(jī)安全自動裝置，裝置上設(shè)定若干輪次的動作定值，當(dāng)測量電網(wǎng)頻率達(dá)到動作定值時(shí)自動切除相對應(yīng)的機(jī)組，達(dá)到平衡電網(wǎng)功率，控制電網(wǎng)頻率的目的。要保證高頻切機(jī)安全自動裝置的效果，必須使它與系統(tǒng)原有的主要頻率控制元件間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系良好， 并且對電網(wǎng)不同的運(yùn)行工況和控制條件具有廣泛的適應(yīng)性。由于實(shí)際電力系統(tǒng)對運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性要求極高，高頻切機(jī)安全自動裝置的配置方案不可能通過實(shí)際電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)才進(jìn)行檢驗(yàn)，只能通過仿真計(jì)算提前進(jìn)行評估，論證其科學(xué)有效后再投入電網(wǎng)使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種評估快速、準(zhǔn)確，考慮因素全面，操作簡單方便的送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法。該方法通過建立送端電網(wǎng)頻率仿真數(shù)據(jù)模型，設(shè)定送端電網(wǎng)多個(gè)電力外送的運(yùn)行工況和2種外送通道的故障形式，進(jìn)行仿真分析，評估高頻切機(jī)安全自動裝置配置的效果，判定配置方案與主要頻率控制元件間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系是否良好，判定對電網(wǎng)不同的運(yùn)行工況和控制條件的適應(yīng)性是否良好。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法，具體包括如下步驟步驟A 建立包含機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)頻率控制相關(guān)重要元件的送端電網(wǎng)頻率仿真數(shù)據(jù)模型；步驟B 設(shè)定送端電網(wǎng)電力外送水平的基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)；步驟C:假定直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置正確動作，對各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)、 逐個(gè)計(jì)算送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果；步驟D 假定直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置拒動，對各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)、逐個(gè)計(jì)算送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果；步驟E 根據(jù)步驟C和步驟D所獲得的仿真結(jié)果，來評估高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的效果是否良好。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述步驟A中，頻率控制相關(guān)重要元件包括有機(jī)組側(cè)的汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)、水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)，以及送端電網(wǎng)側(cè)的直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置和低頻減載安全自動裝置。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述步驟B中，采用牛頓_拉夫遜法進(jìn)行潮流計(jì)算，并設(shè)定至少4個(gè)送端電網(wǎng)電力外送水平的基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)，每個(gè)工況點(diǎn)應(yīng)滿足調(diào)整送端電網(wǎng)外送功率Pt占電網(wǎng)機(jī)組總出力Pg的比例值λ在30%-50%之間。所述選取基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)的數(shù)量以4個(gè)為佳。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述步驟C和步驟D中，采用隱式梯形數(shù)值積分算法，逐個(gè)計(jì)算各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)的送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述步驟C和步驟D中，送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式為(1)交流通道斷開，同時(shí)直流通道發(fā)生部分閉鎖使直流外送電力降低為原送電功率值的一半；(2)交流通道斷開，同時(shí)直流通道發(fā)生全部閉鎖使直流外送電力降低為 O0本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述步驟C和步驟D中，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果包括1)汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)動作次數(shù)N ；2)送端電網(wǎng)側(cè)的低頻減載安全自動裝置是否動作；3)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率在動態(tài)變化過程中的最高頻率fh ；4)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率經(jīng)歷動態(tài)變化后達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值fs。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案為所述步驟E中，當(dāng)步驟C和步驟D中的仿真結(jié)果滿足下述全部條件時(shí)，則認(rèn)為高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的效果良好；否則，認(rèn)為效果不好1)汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)動作次數(shù)N滿足N < 4 ；2)送端電網(wǎng)側(cè)的低頻減載安全自動裝置沒有動作；3)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率在動態(tài)變化過程中的最高頻率fh滿足fh < 53Hz ；4)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率經(jīng)歷動態(tài)變化后達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值fs滿足49.5Hz < fs < 50. 5Hz。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法計(jì)及了機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)頻率控制相關(guān)重要元件的調(diào)節(jié)特性和動作特性，通過設(shè)定送端電網(wǎng)多個(gè)電力外送的運(yùn)行工況和2種外送通道的故障形式，對高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的效果進(jìn)行有效檢驗(yàn)和科學(xué)評估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)配置方案的缺陷和問題，防止效果不好的配置方案投入電網(wǎng)使用，給電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定控制帶來安全隱患。本發(fā)明的仿真評估方法具有評估快速、準(zhǔn)確，考慮因素全面，操作簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)用價(jià)值和良好的市場前景。


圖1為本發(fā)明方法采用的汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖；圖2為本發(fā)明方法采用的水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)框圖；圖3為本發(fā)明方法采用的汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)與調(diào)速控制系統(tǒng)連接關(guān)系示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中寧夏電網(wǎng)電力外送通道情況示意圖；圖5為本發(fā)明送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面以運(yùn)用本發(fā)明方法對作為典型送端電網(wǎng)的寧夏電網(wǎng)一套高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案進(jìn)行仿真評估為實(shí)施例，對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)描述。寧夏電網(wǎng)該套高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案如表1所示。表1寧夏電網(wǎng)的一套高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案
權(quán)利要求
1.一種送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法，其特征在于，該方法包括步驟A 建立包含機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)頻率控制相關(guān)重要元件的送端電網(wǎng)頻率仿真數(shù)據(jù)模型；步驟B 設(shè)定送端電網(wǎng)電力外送水平的基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)；步驟C:假定直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置正確動作，對各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)、逐個(gè)計(jì)算送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果；步驟D 假定直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置拒動，對各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)、逐個(gè)計(jì)算送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果；步驟E 根據(jù)步驟C和步驟D所獲得的仿真結(jié)果，來評估高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的效果是否良好。
2.如權(quán)利要求1所述的仿真評估方法，其特征在于所述步驟A中，頻率控制相關(guān)重要元件包括有機(jī)組側(cè)的汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)、水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速控制系統(tǒng)和汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)，以及送端電網(wǎng)側(cè)的直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置和低頻減載安全自動裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的仿真評估方法，其特征在于所述步驟B中，采用牛頓-拉夫遜法進(jìn)行潮流計(jì)算，并設(shè)定至少4個(gè)送端電網(wǎng)電力外送水平的基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)，每個(gè)工況點(diǎn)應(yīng)滿足調(diào)整送端電網(wǎng)外送功率Pt占電網(wǎng)機(jī)組總出力Pg的比例值λ在30%-50%之間。
4.如權(quán)利要求3所述的仿真評估方法，其特征在于所述選取基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)的數(shù)量為4個(gè)。
5.如權(quán)利要求1所述的仿真評估方法，其特征在于所述步驟C和步驟D中，采用隱式梯形數(shù)值積分算法，逐個(gè)計(jì)算各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)的送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式。
6.如權(quán)利要求1所述的仿真評估方法，其特征在于所述步驟C和步驟D中，送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式為(1)交流通道斷開，同時(shí)直流通道發(fā)生部分閉鎖使直流外送電力降低為原送電功率值的一半；(2)交流通道斷開，同時(shí)直流通道發(fā)生全部閉鎖使直流外送電力降低為0。
7.如權(quán)利要求1所述的仿真評估方法，其特征在于所述步驟C和步驟D中，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果包括1)汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)動作次數(shù)N;2)送端電網(wǎng)側(cè)的低頻減載安全自動裝置是否動作；3)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率在動態(tài)變化過程中的最高頻率fh；4)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率經(jīng)歷動態(tài)變化后達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值fs。
8.如權(quán)利要求1所述的仿真評估方法，其特征在于所述步驟E中，當(dāng)步驟C和步驟D 中的仿真結(jié)果滿足下述全部條件時(shí)，則認(rèn)為高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的效果良好； 否則，認(rèn)為效果不好1)汽輪發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)超速保護(hù)動作次數(shù)N滿足N< 4 ；2)送端電網(wǎng)側(cè)的低頻減載安全自動裝置沒有動作；3)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率在動態(tài)變化過程中的最高頻率fh滿足fh< 53Hz ；4)送端電網(wǎng)側(cè)的頻率經(jīng)歷動態(tài)變化后達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值fs滿足49.5Hz < fs< 50. 5Hz。
全文摘要
本發(fā)明提出一種送端電網(wǎng)高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的仿真評估方法，其包括建立包含機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)頻率控制相關(guān)重要元件的送端電網(wǎng)頻率仿真數(shù)據(jù)模型；設(shè)定送端電網(wǎng)電力外送水平的基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)；假定直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置正確動作，逐個(gè)對各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)計(jì)算送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果；假定直流閉鎖連鎖切機(jī)安全自動裝置拒動，逐個(gè)對各個(gè)基礎(chǔ)研究工況點(diǎn)計(jì)算送端電網(wǎng)的2種外送通道故障形式，獲得送端電網(wǎng)的仿真結(jié)果；根據(jù)步驟C和步驟D所獲得的仿真結(jié)果，來評估高頻切機(jī)安全自動裝置配置方案的效果是否良好。該方法具有評估快速、準(zhǔn)確，考慮因素全面，操作簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
文檔編號H02J3/24GK102412575SQ20111038553
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者丁茂生, 吳麗華, 宋云亭, 張軍, 張慧玲, 李柏青, 王青, 陳湘, 陳西穎, 項(xiàng)麗, 馬世英 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 寧夏回族自治區(qū)電力公司