策略参数对内蒙古电网高周切机方案影响研究_雷轲.pdf

2023年第41卷第2期策略参数对内蒙古电网高周切机方案影响研究雷轲1，2，杨志国3，郭裕1，2，刘紫玉1，2，刘石川1，2（1.内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，呼和浩特010020；2.内蒙古自治区电力系统智能化电网仿真企业重点实验室，呼和浩特010020；3.内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力调度控制分公司，呼和浩特010010）0引言高周切机方案作为电网“三道防线”的重要组成部分，在系统发生故障导致功率盈余过大时，能够有效降低功率盈余，抑制频率升高，阻止事故进一步扩大，缓解电网内部的频率问题1-5。山西电网“两横”特高压由于故障相继解列后，华北电网内部将产生较大功率缺额，此时为了保证故障不再加剧及各地区电网的正常运行，根据相关策略，内蒙古电网也将与华北电网解列6-9。由于2022年内蒙古电网向华北主网协议送电可达4400 MW，当内蒙古电网与华北电网解列，失去送出通道后，内蒙古电网存在较大功率盈余，因此内蒙古电网系统频率迅速升高，高周问题突出10-14。而当前内蒙古电网所摘要：内蒙古电网与华北电网解列后，内部系统频率将快速升高，高周问题突出，而现有切机方案无法有效解决高周问题。基于当前内蒙古电网高周切机方案中涉及的切机容量、切机延时参数，从稳态与暂态出发，利用PSD-BPA仿真工具分别研究了切机方案中各参数对频率偏差的影响，通过对比不同切机轮次策略参数变化对频率偏差产生的影响，最终确定了适应内蒙古电网的高周切机方案。关键词：内蒙古电网；高周切机；频率定值；调频；策略参数文献标志码：B中图分类号：TM744文章编号：1008-6218（2023）02-0030-07doi:10.19929/ki.nmgdljs.2023.0022基金项目 内蒙古电力（集团）有限责任公司科技项目“基于安全域的内蒙古电网运行方式的维度评估技术研究及应用”（2022-19）Research on Influence of Strategy Parameters on High Frequency GeneratorTripping Scheme in Inner Mongolia Power GridLEI Ke1,2,YANG Zhiguo3,GUO Yu1,2,LIU Ziyu1,2,LIU Shichuan1,2（1.Inner Mongolia Power(Group)Co.,Ltd.,Inner Mongolia Power Research Institute Branch,Hohhot010020,China;2.Inner Mongolia Enterprise Key Laboratory of Smart Grid Simulation of Electrical Power System,Hohhot010020,China;3.Inner Mongolia Power(Group)Co.,Ltd.,Inner Mongolia Power Dispatching Contol Branch,Hohhot010010,China）Abstract：Inner Mongolia power grid exists high cycle problem after being disconnected from North China power grid underserious faults,whichs lead to the rapid rising of internal system frequency.Due to the change of Inner Mongolia gridstructure and the increase of load,the existing frequency generator tripping scheme cannot effectively solve the high cycleproblem,and the current frequency generator tripping scheme needs to be improved.Based on the steady state andtransient state,the PSDBPA simulation tool is used to study the influence of each parameter on the frequency deviation.By comparing the influence of the change of parameters in different rounds on the frequency deviation,the high frequencygenerator tripping scheme suitable for Inner Mongolia power grid is finally determined.Key words：Inner Mongolia power grid;high frequency generator tripping;frequency setting;frequency modulation;strategyparameter内 蒙 古 电 力 技 术INNER MONGOLIA ELECTRIC POWER302023年第41卷第2期雷轲，等：策略参数对内蒙古电网高周切机方案影响研究配置高周切机装置已运行多年，随着内蒙古电网网架、负荷的变化，原有高周切机方案是否适应新网架需要进一步研究，而其他区域电网针对自身运行情况，已对局部区域高周切机方案进行了大量可供参考的研究工作。文献15根据南方电网中某区域电网运行情况，研究了当其与主网解列后高周切机的适应性，并对其进行优化分析。文献16针对直流系统发生严重故障后，紧急调整其他直流相关策略以实现功率转移，进而减缓网内高周问题。文献17针对直流系统闭锁，分析了不同类型机组对系统调频的影响，并着重分析了风机有无参与调频的情况下送端电网不同类型机组切除对系统频率的影响。本文针对内蒙古电网高周问题突出现象，分析了当前内蒙古电网配置高周切机方案的适应性，在此基础上，从降低稳态频率偏差的角度，分析了内蒙古电网高周切机方案中切机容量、切机延时等参数变化对高周切机策略实施效果的影响，以及影响暂态频率偏差峰值的因素。1现有高周切机策略适应性分析1.1系统及发电机频率特性在电网发生大扰动时，受电力系统频率变化与电源、负荷等因素影响，当电源有功功率大于负荷有功功率时，发电机转速提升，系统频率提高；而当电源有功功率小于负荷有功功率时，发电机转速下降，系统频率降低。以单机模型为例，工频特性如式（1）所示17：|TSdfdt=-PTGdPGdt+PG=-kGfPL=-kLfP=PL-PG+P0，（1）式中：f为系统频率；kL为负荷调差系数；kG为电源调差系数；P0为系统不平衡功率；P为功率偏差；PL为负荷因频率变化而产生的有功变化量；PG为电源因频率变化而产生的有功变化量；TS为系统惯性时间常数；TG为发电机惯性时间常数。同时，当大功率扰动发生后，特别是在扰动发生的00.5 s内，对于各发电机而言，各机组承担的功率变化存在差异，该功率变化主要与扰动功率及电气距离等因素相关，各机组承担的功率变化具体解析式如式（2）所示：Pi=EiBikcosikoj=1mEjBjkcosjkoPL()0+，（2）式中：Ei为第i台机组的暂态电势；Bik为发电机i与扰动点k的转移导纳；ik0为不平衡功率发生前发电机i与扰动节点k之间的相角差；PL()0+为0+时刻功率变化总量。由公式可知，转移导纳Bik越大，即发电机i与扰动节点k电气距离越近，初始角度差越小，发电机i对扰动量分担功率越大，初始频率变化越大。1.2内蒙古电网概况如图1所示，内蒙古电网通过汗海、丰泉500 kV站与华北主网沽源、万全500 kV站连接，形成南部丰万双回送出通道以及北部汗沽双回送出通道。当内蒙古电网丰万双回、汗沽双回相继解列时，由于内蒙古电网为送端电网，此时送出功率盈余将造成系统频率升高，高周切机装置检测到频率变化至定值时将动作于切机。当前内蒙古电网配置高周切机策略如表1所示，整体切机策略共分为两轮，对于第一轮切机，当装置检测到系统频率超过51.0 Hz，延时 0 s 后，配置高周切机策略的机组合计切除2320 MW；而对于第二轮切机，当装置检测到频率超过51.0 Hz，延时0.5 s后，配置高周切机策略的机组合计切除1260 MW。1.3适应性计算1.3.1计算条件采用PSD-BPA仿真软件进行计算，计算条件如下：（1）根据GB/T 405812021 电力系统安全稳图1内蒙古电网外送结构Fig.1 Transmission structure of Inner Mongolia power grid内蒙古电网汗沽双回汗海沽源丰泉万泉丰万双回华北电网表1现有高周切机方案Tab.1 Existing strategy of high frequency generator tripping轮次第一轮第二轮切机量/MW23201260切机频率/Hz51.051.0时间定值/s00.5图中：500 kV变电站。312023年第41卷第2期内 蒙 古 电 力 技 术定计算规范 要求大扰动后各机组稳态频率不超51.0 Hz。（2）安装高周切机装置的电厂在切机后最少应保留1台机组，避免电厂全停。1.3.2各断面边界条件调整当特高压长南线联网时，目前内蒙古电网全接线运行时，共存在6组断面极限，分别命名为正常方式16，其中正常方式1对应外送极限最高且为目前最常用极限21-22，该极限下对应呼包断面、呼丰断面、外送断面控制极限分别为4600 MW、7300 MW、4400 MW。因此根据华北网调要求，内蒙古电网计入10%的计算裕度后，调整各断面边界条件如下。（1）外部断面：山西外送4000 MW，两横特高压送出15 000 MW，山东受电9000 MW，长南线南送2900 MW。（2）内部断面：内蒙古外送4900 MW，万顺沽太断面为9000 MW，布乌德河断面为1650 MW，响布坤德断面为2850 MW，呼包断面5100 MW，呼丰断面为8150 MW。（3）开机及负荷情况：火电开机约42 000 MW，出力42 000 MW，新能源不出力不参与调频，内蒙古电网负荷约为36 000 MW（含厂用）。1.3.3仿真结果按照表1高周切机方案执行后，仿真结果如图2所示，可见内蒙古电网全境较多机组稳态频率偏差超过1.0 Hz，无法满足规程要求。以新丰电厂为例，在高周切机方案实施后，稳态时频率偏差约1.4 Hz（取发电机转子速度偏差值，全文一致），超过1.0Hz，因此现有高周切机方案不再适应当前内蒙古电网，需要对其进行参数定值修改。2切机方案对比分析为了使高周切机方案适应新网架下的内蒙古电网，通过调整各轮次切机容量、切机延时参数，从三个方向展开研究，选择增切量最小的方案作为最优方案。2.1方案1：增加第一轮高周切机在现有高周切机方案基础上，增加第一轮切机量，判断能否将系统稳态频率控制至要求范围内，改进切机方案如表2所示。在现有高周切机方案基础上，令第一轮切机增切600 MW，即由2320 MW调整至2920 MW，其他参数定值不变。仿真结果如图3所示，内蒙古电网全境机组稳态频率偏差均不超过1.0 Hz，符合规范要求。综上所述，在现有高周方案基础上，增加第一轮切机600 MW后，可以满足稳态频率偏差不超过1.0 Hz的要求。图2现有高周切机方案实施后频率偏差曲线Fig.2 Frequency deviation curve after the implementationof the current high frequency generator tripping strategy（a）各电厂05101520321