电网结构对系统稳定运行的影响

1、 电网结构对系统稳定运行的影响 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 合理的电网结构 是保证电网安全稳定运行的基础 一个结构合理的电网 应该能够为运行的电网提供安全稳定运行的环境 应该能够使调度运行人员容易掌握和便于处理电网的安全稳定问题 避免恶性事故的发生和发展 在电网建设和规划电网发展时 必须考虑电网结构问题 使电力系统尽可能有一个较好的运行环境 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 但由于能源分布情况以及投资技术经济等原因 电网不可能一开始就是完善的 结构紧凑的电网 发达国家的电网结构已比较完善 而我国一些电网的主网架 由于受经济发展水平的限制 结构不尽合理 下面我们对几种典型的电网结构进行分析总结 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 一 互联电网简化结构分析互联电网经过简化分析可分为9种结构 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 1 容量有余额的系统与互联系统中更大容量的部分相联接如图 对于此种电网结构 应避免功角稳定事故的发生 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 其引起的原因是 重负荷联络线故障跳开 引起其它联络线过载 送端功率输出受阻 导致送端系统频率升高 而受端如果调节容量足够

2、大 则频率降低可能相对不大 但会造成联络线两端发电机群的功角和功率的振荡 严重时会引起稳定破坏 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 为了防止稳定事故的发生 在受端应采取切负荷的措施 在送端采取切机或减少发电功率 或采取联络线解列的策略 将部分电源解列到受端 或将部分受端负荷解列到送端 以平息振荡 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 2 互联系统中具有功率缺额的部分从大容量部分获得功率如图 此种结构 应避免功角稳定和电压稳定的事故发生 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 引起的原因是 有功功率缺额的部分中 引起频率急剧降低使受端系统与送端系统功角稳定失步 也可能会在受端系统由于无功功率的严重缺额造成受端电网电压崩溃 此时 应迅速切断联络线 并在受端电网中切除不重要的负荷 因此 须加装低频减负荷 低压减负荷装置 在条件许可时 加装发电机组自起动装置 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 事例 甘肃河西电网1984年电压崩溃事故当220KV联络线有功功率从200MW升至220MW时 小网电压急剧降低 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 东北电网1993年8月

3、20日事故就是一例 如图 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 丹东地区电网电源全部为调峰水电厂 两侧通过吴庄线及水草线与主电网相连 日高峰负荷时通过两条线向主电网送电 潮流很大 低谷时水电停运 从两条线受电 潮流也很大 形成这样一个扁担负重形的奇特结构 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 1993年8月20日13时5分 因电网负荷较轻 水电大部分停机 只有太平湾电厂两台机带30MW运转 庄吴线及水草线向丹东地区送电潮流达300MW 这时水草线故障跳闸 负荷转移 南吴线潮流达310MW 造成稳定破坏 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 太平湾电厂与电网通过吴庄线振荡 最低频率到48HZ 低频减载装置动作切除130MW负荷 振荡才平息下来 所切负荷数占丹东地区总负荷的40 为了避免此类事故 东北电网集中财力物力 加快凤城 草河口220KV线路的建设 目前风草线已投运 从而加强了丹东地区的供电可靠性 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 甘肃河西电网1984年电压崩溃事故当220KV联络线有功功率从200MW升至220MW时 小网电压急剧降低 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 二次措施为 受

4、端电网中切除不重要的负荷 加装低频减负荷 低压减负荷装置 在条件许可时 加装发电机组自起动装置 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 3 两个功率相当的系统经较强联络线相连接如图 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 此种结构具有稳定运行水平高 网架结构坚强的特点 不容易发生稳定破坏事故 但在严重的联锁故障中 可能会发生联络线过载或功角失步 此种情况应采取发电机减出力和切除一定的负荷等策略 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 4 互联系统的两部分由弱联络线连接如图 此种结构一般在互联系统的初期 该种结构容易发生动态稳定性失步 即造成系统产生负阻尼或弱阻尼 发生长过程的振荡不衰减和发散 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 这种情况 应尽快加强网架结构的建设 减少联络线的阻抗 加装提高系统正阻尼的自动装置 如PSS 并辅以切机切负荷措施 减少联络线输送功率 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 2004年 东北 华北 华中和川渝联网后 出现了东北和川渝机组强相关的频率在0 17HZ左右的主要振荡模式 在山东电网接入系统后 进

5、一步恶化了电网的动态特性 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 为了维持互联系统的稳定运行 在东北 华北 华中 川渝电网内部109台机组装设了PSS装置 山东电网接入主网后 在山东电网内部67台机组装设了PSS装置 主要用于抑制由于区域电网接入新产生的低频振荡 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 5 更复杂的三机接线如图 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 此种结构的运行特点是系统联络线之间具有相互影响 当一条重载联络线因故障断开 可能导致另一条联络线运行方式的危险变化 此种情况应采取防止一条联络线断开后造成连锁反应而使系统进一步扩大的反事故策略 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 6 链形接线结构如图 此种接线结构 一般情况下 一部分联络线总是向一个方向送电 其它联络线上的送电功率随着不同的时间周期而变化 在一昼夜之内 连接在一起的一些电力系统有时是缺少功率的 有时又是功率有余的 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 因此 可能的事故破坏程度 以及事故过程中联络线的相互作用 也会相应的变化 其特点是 系统的运行方式对故障时联络线的影响很大 可能会发生功角稳定 电压稳定和频率稳定问题 也可

6、能会发生由于接线中的个别环节危险过载 使事故进一步扩大 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 为了防止由于此接线方式中 频率大幅度的变化所引起事故进一步发展 一般采用增大发电机功率 切负荷 低频低压减负荷 系统解列等综合控制策略来实现 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 实例 甘肃河西电网结构 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 仿真计算结果 可能会发生功角稳定 电压稳定和频率稳定问题1 主网向小网输送功率 可能发生电压稳定问题采取的措施 装设调相机 金昌 中间接入小电厂 张掖 并联电容补偿 切集中负荷 嘉酒 加装低压减载 小电网建设电源 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 2 小网向主网输送功率 可能发生功角稳定采取的措施 切机 张掖 嘉酒 3 小电网因故孤网运行 可能发生频率稳定问题采取的措施 切集中负荷 加装低频减载 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 7 放射性型结构 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 在此种结构的系统中 中心系统常比其它系统容量大的多 调节能力强 中心系统可以外送功率 也可以接收功率 当功率缺额时 它能切除部分负荷 而在功率余额时 又能降低发电功率 可保证任一

7、放射型联络线上不发生过负荷 如果子系统与主系统失步 可解列联络线 防止事故的进一步扩大 此种接线不容易发生大面积停电事故 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 8 环形接线如图 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 此种接线的特点是运行方式的多样性 任一环节断开 不仅会引起环内各环节输送功率的大小变化 而且其方向也变化 整个环网的总运行方式由它的 危险断面 所决定 会导致另一断面的功率危险增大 因此 该种接线结构已逐渐被淘汰 必要时 加装备自投装置 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 9 多回路系统如图 此种接线结构是电网最终的较为理想的结构方式 该结构可以在多种故障下 保持系统的稳定性 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 如美国2030年超高压电网规划接线图 主干网加上互联区域网 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 10 新型导线结构 紧凑型输电线路 对输送功率的影响如图 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 采用紧凑型输电线路技术的目的是压缩线路走廊 提高自然功率 改善电磁环境 同时降低输送单位功率的工程造价 一般结构是呈等边倒三角排列方式 并置于同一塔窗之内 这样导线表面场强和电荷分布

8、较均匀 线路参数较均衡 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 90年代初 前苏联建成145 2km长的330kV紧凑型线路 导线由2 300mm2改为4 150mm2 相距由9m减至5 5m 自然功率由360MW提高提高到610MW 增加到1 7倍 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 和常规输电线路比较 常规型330KV线路对地距离12m两边相距离13m紧凑型330KV线路对地距离12m两边相距离5m单位电抗计算公式为 Dm降低 则X1降低 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 常规型紧凑型 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 自然功率定义 D 相间距离n 分列导线根数H 导线高度rp 分裂半径 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 分析可得 与常规线路相比较 紧凑型线路自身 减小相间距离增加导线分裂根数增大子导线分裂间距使得 紧凑型线路电容增大 电感减小 波阻抗减小 线路自然功率提高 达到了增加输送功率的目的 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 我国第一条330kV紧凑型线路成天线的具体指标和产生的效益如下 1 线路的自然功率显著提高 由常规线路的363MW提高到紧凑型的513MW 提高了41 2 线路的电抗值减小了三分之一 正序电抗由常规线路的0 3238 公里下降为0 2297 公里 第四章电网结构对系统稳定运行的影响 但碧成线和成天线暂稳极限345MW

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