【漲知識】智能電網的基礎之電力系統穩定
降低發電功率.
80s后,一些達到無功極限的發電機的OEL動作,使Qlimit致Qnominal―――進一步電壓水平下降。其它發電機增加無功輸出。
120s后,負荷動態和ULTC二者動態結合導致系統電壓下降―――被AGC進一步被加劇(AGC減少發電功率以降低頻率,而降低發電功率的發電機正好位于負荷中心―-相當于負荷過重,需要無功支持加大―――電壓下降;)
160s后,另外一些發電機由于OEL作用而使Qlimit致Qnominal,減少無功輸出,加大了和加速了電壓下降―――發電機失步,低壓保護而失去一些發電機。
電壓崩潰,頻率失穩。
功角不穩定和電壓不穩定經常同時發生,一種形式的不穩定可導致另一種形式的不穩定。提高電壓穩定性的控制措施主要有發電機無功控制(勵磁控制)、低電壓切負荷、靜止補償設備(SVC、STATCOM)等,低電壓切負荷措施是電壓緊急控制最基本而有效的措施。對于復雜電網,僅靠分散安裝的低壓切負荷裝置往往不能有效解決電壓穩定問題,需要配置多個廠站的電壓穩定控制系統,根據多個相關站點的電壓水平及系統的運行狀態(包括故障)來進行決策。
八、失穩對策
所有國內外重大系統事故的產生,幾乎都是由系統失去穩定而擴大,因無預定對策,而后發展為災害性后果的。長期的運行實踐證實。不管對系統穩定性的要求如何嚴格、措施如何完善,總可能因一些事先不可預計的各種偶然因素疊加,產生穩定破壞事故。而過份提高對系統穩定性的要求。需要大量的投資。一個較弱而有措施準備的系統,會比較強而無措施準備的系統有更好的運行效果。
當主系統發生隱定破壞后,關鍵問題在于如何能合理而快速地平息振蕩,和最快地使系統恢復正常。將振蕩著的兩側系統解列,可以平息振蕩,但要在失去同步的系統中實現合理的解列,必須滿足兩個基本條件:1)解列后的兩側系統必須各自能保持同步運行;2)解列后兩側系統的有功無功供需能夠基本平衡。很明顯,不同時滿足這兩個條件的解列,只能給系統帶來更大的混亂,必然以長時間大面積停電而告終,這是國外和國內都不止一次出現過的情況。
故障下選擇性解列,或者保持系統的完整性,一直是業內討論的問題,沒有定論。我國系統長期的運行實踐說明,對付系統振蕩的有效辦法,是在系統振蕩時盡可能保持整個主系統的完整性,不因振蕩而使線路及機組亂解列,同時對送端電廠即時壓出力,就可以快速平息振蕩,因位于振蕩中心附近而甩掉的部分負荷也可以因此而快速恢復供電,從而恢復系統的正常運行。
平息系統振蕩的有效措施,是壓送端機組出力,增加受端機組出力,使系統中機組逐漸按同一平均頻率運行。在一個復雜系統中,在不同的事故情況下,一個電廠所處的送受端位置可能變化。壓錯了實際位與受端的水電機組出力而使振蕩加劇的情況,在我國,不只在一個系統中發生過,因而延長了平息振蕩的時間。因此,需要用自動裝置來判別。
系統持續振蕩。在接近振蕩中心的部分負荷會因電壓的周期性嚴重降低而自動或手動地被切除。但是,只要系統結構完整,機組保留運行,一當振蕩平息時,這些被切掉的負荷就可以迅速地恢復供電,這比之于系統全停后的負荷恢復,結果當然更好。
另一個問題,系統持續振蕩對大型發電機組有何嚴重影響。要求振蕩時機組不解列,作短時間失步運行,特別對大型汽輪發電機組說來,能否造成嚴重的后果?
CIGRE的結論為:從兼顧系統安全與機組安全,建議:可以允許汽輪發電機在一定條件下作短時間的失步運行。這個條件可以簡要地按在失步過程中振蕩中心是否多次落入發電機升壓變壓器乃至發電機本身為標準,允許的振蕩次數可考慮訂為20次跳閘。
最后一點就是關于系統解列點的,是否需要與如何形成準全國性質的統一電網,安排解列點是其中需要認真研究的一個重要問題。失步解列是電網第三道防線的重要組成部分。
關于解列點的選擇:目標是在預定的解列點將電網解列后系統失步振蕩現象被消除,電網的解列點應盡量選在網間聯絡線。系統解列后形成送端與受端兩部分電網,各部分電網內的功率一般不可能平衡,送端電網通過切機、減出力,受端電網通過切負荷措施可保持各部分電網的頻率或電壓的穩定性。在解列點選擇時應盡量把帶負荷的變電站或本站的負荷留在送端電網一側。
最佳的解列時刻:系統發生失后應盡快將電網解列,但判斷系統失步的判據是系統送受端兩個等值機的功角擺過180度,因此最快的解列時刻是功角過180度那一時刻(聯絡線兩側母線電壓相位差也是180度)。
至于失步解列判據,相對比較理論,而且很多方法無法統一,一般采用振蕩中心兩側母線電壓相量直接比相原理,當兩側母線電壓相位差軌跡超過180度時認為系統失去同步,且振蕩中心在兩個母線之間。
除了上述綜合解列之外,低壓解列也是三道防線的組成部分,暫穩問題發生后,如沒有穩定控制措施或穩控拒動,系統的暫穩問題就會轉變為電壓穩定問題。此時由于電壓下降速度太快,常規的低壓切負荷裝置及低壓解列裝置可能因dU/dt過大而被閉鎖;而系統的功角又沒有擺開,即不會出現失步振蕩的特征,常規的失步解列裝置也動作不了,系統面臨電壓崩潰。設置專用的低壓解列裝置可解決上述問題;系統解列后電壓穩定問題消失轉為送受端電網的頻率穩定問題,處理起來相對簡單的多。九、全停后系統恢復
作為電力系統安全措施的最后一條,是準備如果發生系統全部停電或者發生大面積停電的重大事故后,如何能夠快速恢復系統和對廣大用戶的供電。在現代電力系統中,都制訂了適合本系統情況的全停后的系統恢復方案。
不同的電力系統有不同的具體特點,但在恢復系統的過程中,都有一些共性問題。
1)起動電源。在分區進行恢復的某個區域內,都必須有起動電源。水電機組用作起動電源最為方便。可能的問題是如果機組容量較小,又經長距離高壓線路接入系統時,可能產生自勵傲或末端電壓過高,但如果能事先接入某些負菏,一般的過電壓問題題都可能得到緩解。火電機組也應當能作為起動電源,問題是要具有熱態再起動的能力。而關健在于把握好某些允許的時間間隔。
2)無功功率平衡。在超高壓電網的恢復過程中,無功功率平衡是一個嚴重問題。一般說來,有兩種可能的恢復電網的做法:一種做法是避開線路充電和電壓問題,按系統發展過程的相同順序恢復系統,將超高壓電網置于最后恢復。但這種做法的明顯缺點是相當程度地延長了整個的恢復時間。另一種做法是先恢復超高壓電網,優點是可以加速系統的恢復,但必須對操作順序進行細致安排。例如在超高壓線路充電前:①先安排接入一定容量(最好是低功率因數)的負荷;②將并聯電抗器先接入線路;③斷開靜電電容器;④將發電機端電壓置于廠用電允許的最低電壓值同時將自動電壓調節器投入運行并將變壓器電壓抽頭先調到合適位置等等。實施這些步序,能否保證安全,不發生過電壓問題,當然需要事先的仔細研究分析。
3)有功功率平衡。為了使起動電源能在最低負荷水平下穩定運行和保持網絡電壓有合適的水平,一開始往往需要及時適當地接通一定容量的負荷,但又只能少量增加負荷,以保持運行頻率在合理的允許范圍內。因此,一般往往首先適于恢復較小的直配負荷,而后逐步地帶較大的直配負荷與電網負荷。受按頻率降低自功減負荷控制的負荷,理應只在最后階段恢復。國外幾個電力系統的經驗數據為負荷量不大于發電量的5%即可滿足要求。
十、系統穩定對繼電保護的要求
這里講的繼電保護應包括保護裝置與相關的通道、二次回路。
1)在被保護的元件沒有故障或故障發生在區外時應不誤動作。
由于通道接受與發送時延的不一致引起的光纖縱差保護誤動、由于交流串入直流電源回路引起保護及遠跳裝置誤動、由于線路過載引起的距離三段誤動作等事故國內近幾年仍多次發生,有的誘發了大范圍停電事故。
2)在被保護的元件區內發生故障時應不拒動。
由于直流電源消失引起保護拒動導致大范圍停電事故國內多次發生,如:05年“9.26”海南大停電事故;07年“10.27”上午10:10上海徐匯區220千伏長春變電站停電事故(造成上海徐家匯、田林、龍華等地區停電,居民、商戶用電受到影響,地鐵1、2、4號線部分區段失電)等。保護裝置實現了雙重化,但向保護供電的直流電源等回路如果不雙重化保護的可靠性又如何保證。
3)在系統發生異步振蕩期間保護裝置應可靠閉鎖。
國內保護這一問題解決得較好,但國外保護這方面問題較大,03年的“8.14”等大事故中在系統振蕩過程中時保護無選擇的動作,使系統事故擴大。4)110kV電壓等級以上的線路不應配置過負荷跳閘

責任編輯:售電小陳
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