1、 2019 电 力 系 统 功 角 失 稳 自 动 切 机 搜 索 方 法 研 究 司大军（云南电网有限责任公司电网规划建设研究中心，昆明，650011）An Automatic Tripping Generators Method for Angle Instablility of Electric Power System SI Dajun(Yunnan Electric Power Grid Corporation,Yunnan Kunming 650011)摘 要：本文 针对 电力 系统 暂态 稳 定仿 真中，出 现功 角失 稳后 寻 找最 优切 机的 难题，提 出 了 一 种针 对功
2、 角失 稳的 自动切 机 搜索 方法，能 够得 到恢 复系 统 稳定 的极 小切 机组 合。该方 法 基于 发电 机节 点相 角越 大电 气 距离 越远 的规 律，优先切 除 电气 距离 远的 机组，更 有利 于 保持 电力 系统 的稳 定性，通 过 迭代 搜索，找 到恢 复电 力系 统 稳定 运行 的极 小切 机容量。通过大量仿真验证了本文方法的正确性。关 键 词：稳 定 切 机；自 动；功 角 稳 定 Absrtact:It is difficult to find a optimal tripping generator group to solve angle instablility
3、 of electric power system.So,a novel automatic tripping generators method for angle instablility is presented.This method is based on the principle the phase of a generate is more big the electric distance is more far.The generates that electric distance are far will be tripped first.By several iter
4、ators,the minimized tripping generator group can be found.Many simulation show that the method is correct and valid.Key words:Tripping generator,Automatic,Angle stability 1 引言 在电力 系统 机电 暂态 仿真 分析过 程中，会 出现因故 障而 造成 电力 系统 功角暂 态失 稳（以下 简称“功 角 失 稳”）的 情 况1、2。对 于 功 角 失 稳，可以 在故 障后 及时 切除 部分 发电机 组（以 下简 称“切机”）恢复
5、 电力 系统 稳定 性3。目前，寻 找恢 复电力系统 稳定 的切 机措 施往 往 需要 计算 分析 人员 观察发电 机功 角曲 线，根据 故障位 置大 概判 断失 稳机组所 在区 域，找到 失稳 机组，并凭 借经 验（一般切除“远端”机组有利于 提高暂态稳定性，有利于解决 功角 失稳 问题）在 失稳机 组中 找到 解决 功角失稳 问题 需要 切除 的机 组群。在进 行这 项工 作中存在 以下 问题：一 是失 稳机组 所 在 区域 是计 算分析人 员大 概判 断，并不 精确；二是 在找 需要 切除的机 组群 过程 中，切除 哪些机 组主 要依 靠经 验判断，主观 因素 对寻 找切 除机组 群影
6、响很 大，往往离最 优切 机结 果较 远；三是在 寻找 解决 功角 问题的切除机组群过程中需要不断“试错”，逐个地增加或 减小 切除 机组 群，寻求稳 定切 机的 边界，计算工 作量 大，需要 投入 大量人 力资 源。本文根 据电 力系 统暂 态稳 定基本 原理，通 过识别失 稳断 面，准确 找到 失稳机 组，再根 据发 电机机端 电压 的相 角大 小判 断失稳 机组 电气 距离 的远近，优先 切除 远端 机组，力图 最少 切除 机组 使得电力 系统 恢复 稳定。形 成了一 套电 力系 统功 角稳 定自 动切 机搜 索方 法。2 功 角 失 稳 自 动 切 机 搜 索 原 理 功角失 稳通 常
7、表 现为 两个 机群的 功角 差不 断增大，可以 等值 为图 1 所 示的双 机系 统。其中 等值发电 机 G1 表示 送端 系 统，等值 发电 机 G2 与负荷表示 受端 系统。当系 统 联络线 路（L2）发生故障且保 护动 作切 除后，发电 机 G1 与 G2 的 功角 差将增大。当 功角 差达 到 一 定数值（如：180）后，G1 与 G2 将 无法 同步 运行，而 出现 失步 振荡，即 2019 出现发 电机 功角 失稳。失 步振荡 将产 生一 个振 荡中心，振荡 中心 将位 于送 端与受 端系 统的 联络 元件（如 图 1 中的 L1）上。在电力 系统 仿真 中，可以通过 观测 系统
8、 中最 大发 电机功 角差 来判 断是 否功角稳 定，可以 通过 观测 元件两 侧电 压角 度差 是否达 到 180 来判 断该 元件 是否处 于振 荡中 心，从而找到 振荡 中心 支路。在 故障后，及时 切除 部分送端机 组，减小 送端 过剩 功率来，可 恢复 电力 系统稳定。那 么切 除哪 些送 端机组 更有 利于 功角 稳定是一 个需 要研 究的 问题。切机的 目的 是减 小送、受 端机组 的功 角差，因此切 除在 暂态 过程 中功 角差最 大的 机组 将更 有利于功 角稳 定。因此，可 以将送 端机 组按 发电 机功角进 行从 大到 小排 序，并顺序 逐一 切除，直 到系统恢 复稳 定
9、，就能 够得 到针对 功角 失稳 切机 的极小组 合。大规 模电 力系 统仿真 中机 组众 多（多达上万 台），不 可 能输 出所 有机组 的功 角。经过 分析，发 电机 端电 压的 相角 与发电 机功 角有 较好 的一致性。为 简化 切机 优化 顺序的 确定，拟 采故 障前（潮 流计 算）发电 机端 电压相 角代 替功 角。图 1 两 机 等 值 系 统 示 意 图 由以上 分析 可以 得到 功角 失稳自 动切 机搜 索基本原 理为：在电 力系 统仿 真中出 现功 角失 稳后，找出振 荡中 心所 在支 路，将所有 振荡 中心 支路 视为一个 断面，并 根据 断面 潮流方 向，将系 统分 为送
10、端与 受端 两个 子系 统。读取送 端子 系统 所有 发电节点 电压 相角、有 功出 力等信 息，并将 发电 节点按电 压相 角从 大到 小排 序，相 角大 的机 组（发电节点）将 优先 切除。此 后以一 定步 长逐 渐增 加被切除 机量，直 到系 统恢 复稳定 为止。3 自 动 切 机 的 实 现 方 法 这里将 以中 国电 科院 开发 的 PSD-BPA 软件为例说明功角失稳自动切机的实现方法。PSD-BPA 软 件 主 要 有 潮 流 计 算 与 稳 定 计 算 两 大功能。进行 电力 系统 稳定 计算时 需要 准备 潮流 计算文件 与稳 定计 算文 件。其中，潮流 计算 文件 包含发：
11、电机 节点、负 荷节 点、线 路、变压 器等 电力系统 网络 信息，稳 定计 算文件 包含：发 电机 转动惯量、发 电机 暂态 与次 暂态电 抗及 相关 时间 常数、机 组励 磁系 统模 型与 参数、机组 调速 系统 模型与参 数、直流 输电 控制 系统参 数，故障 设置 等暂态计 算相 关参 数与 设置。在进 行暂 态稳 定仿 真时，需 要先 进行 潮流 计算，得到 收敛、正 确的 基础潮流，再 基于 基础 潮流 进行故 障的 暂态 稳定 仿真。PSD-BPA 暂 态稳 定仿 真能够 输出 机组 最大 功角差（用于 判断 功角 稳定），功角 失稳 后能 够输 出振荡中 心支 路。自动 切机
12、的实现 具体 方法 如下：步骤1：在 进 行 完 暂态稳定仿真后，从PSD-BPA 仿 真 结 果 读 取 暂 态 稳 定 过 程 中 最 大 功角差，当最 大功 角差 大 于 360 认为功 角失 稳。步骤2：由于出 现功 角失 稳，必然 伴随电 力系 统 失 步 振 荡，也 必 然 出 现 振 荡 中 心 支 路。从PSD-BPA 暂 态 仿 真 失 稳 的 计 算 结 果 中 读 取 振 荡中心所 在支 路，并将 振荡 中心所 在支 路视 为断 面（即 断 开 所 有 断 面 支 路 后 系 统 将 分 为 两 个 子 系统）。步骤3：断开振 荡中 心支 路，电力 系统将 会分为两 个子
13、 系统，一 个子 系统向 另外 一个 子系 统输送功 率。可按 照振 荡中 心支路 潮流 方向，送 出功率的 系统 称为 送端 系统，接受 功率 的系 统称 为受端系 统。步骤4：找到并 读取 送端 系统 所有 发电节 点相角、发电 出力 等数 据。步骤5：将送端 发电 节点 按相 角从 大到小 进行排序，形 成可 切发 电节 点（发 电机 组）列表，用 Pi表示各 发电 节点 的有 功出力，下 标 i 为自然 2019 数 1 N，N 为 发电 节点 个 数。所有 可切 机组 容量，令切 机步 长 Pstep=min(Pi)，即 Pstep为可切机组中出力最小的机组。令切机量Pt=Pstep
14、。步骤6：从可切 发电 机组 列表 中从 前至后 选取 K 个发电 节点，使 得 而。即找到了 切机 容 量 Pt 对应 的 K 个发电节点（发电 机组）。步骤7：在 PSD-BPA 稳 定计 算文 件中，加入切 除 K 个发电 节点（发 电机组）的故 障卡（LS卡），并再 次进 行暂 态稳 定 仿真。步骤8：读取暂 态稳 定仿 真结 果，判断是 否存在功 角稳 定，若功 角失 稳，则 令，增加切 机量，转 入步 骤 5；若功 角稳 定则 进行 下一步。步骤9：记录 Pt以 及对 应的 K 个发电节 点（发电 机组）并 输出。步骤10：结束。4 自 动 切 机 搜 索 软 件 基于以 上原 理
15、与 方法，开 发了基 于 PSD-BPA的功角 失稳 自动 切机 搜索 软件。并在 云南 电网 分析研究 中进 行了 应用，现 将应用 情况 介绍 如下。云 南 某 局 部 电 网 结 构 与 潮 流 如 图 2 所 示，500kV 太 安变 与黄 坪变 存 在 220kV 电 磁环 网。通过 PSD-BPA 软 件计 算，当 500kV 太安-黄坪 N-2后，大量 潮流 转移 到 220kV 电 网，造 成了 功角 失稳。自 动 切 机 搜 索 软 件 读 取 到 振 荡 中 心 位 于220kV 丽 江 羊龙 潭双 回 线路，并根 据 220kV 丽江羊 龙潭 双回 线路 潮流 确定了 送
16、端 系统 及其 机组，送端 机组 共 5667MW，主 要送 端机 组排 序如表 1 所 示。图 2 云南某局部电网结构与潮流图 表 1 部分送端机组 发电节点 所在电压 等级(kV)有功出力(MW)机端电压 相角(度）龙开 口 1G 500 360 28 龙开 口 2G 500 360 28 龙开 口 3G 500 360 28 龙开 口 4G 500 360 28 龙开 口 5G 500 360 28 鲁地 拉1G 500 360 25.86 鲁地 拉2G 500 360 25.86 鲁地 拉3G 500 360 25.86 鲁地 拉4G 500 360 25.86 鲁地 拉5G 220
17、360 25.86 鲁地 拉6G 220 360 25.86 切 机 步 长 Pstep选 择 为 送 端 机 组 总 容 量 的12.5%，即 495MW。第 1 次切机 为 495MW，按超过 495MW 且 最 接近 的原 则，将切 除“龙开 口1G”、“龙 开口 2 G”机 组，切除后 功角 依然 失稳，通过 3 次切 机搜 索，切除 龙开口 电站 5 台 机组 与鲁地拉电 站 1 台 机组 后 系 统功角 稳定，软件 运行结果如 图 3 所示。2019 图 3 自动切机搜索结果 5 结论 1、提出了 一种 基于 机端 电压 相角的 功角 失稳 自动切机 搜索 方法。对 功角 失稳机
18、理进 行了 分析，根据发 电机 节点 功角（相 角）越 大电 气距 离越 远的规律，提 出了 利用 机端 电压相 角对 送端 电网 机组进行 排序，优 先切 除相 角最大 机组 的自 动切 机搜索方 法。2、开发了 基于 PDS-BPA 开 发了针 对功 角失 稳的自动 切机 搜索 软件，通 过大量 的仿 真与 测试，所开发 的稳 定切 机自 动搜 索软件 能够 适应 复杂 的应用场 景，具有 广泛 的适 应性。参 考 文 献 1 中华人民共和国国家经济贸易委员会DL755-2001 电力系统安全稳定导则S 北 京：中 国 电 力 出 版 社，2001.2 孙 华 东，汤 涌，马 世 英 电
19、力 系 统 稳 定 的 定 义 和 分 类 评 述 电网技术，2006，30（17）：31-35 3 中 华 人 民 共 和 国 国 家 经 济 贸 易 委 员 会 DL/T723-2000 电力系统安全稳定控制技术导则S 北 京：中 国 电 力 出 版 社，2001.收稿日 期：2019 年 月 日 作者简 介：司 大军(1976-)，男，山西 西城 人，博士，教 授级 高工，主 要从 事电网 规划、电网 分析 研究 工作，现为 云南 电网 有限责 任公 司电 网规划研 究 中 心 二 级 技 术 专 家。地 址:云 南 省 昆 明 市 拓 东 路 73 号,邮编:650011，邮箱:,联 系电 话:0871-63012753。
