李晨坤，咼虎，陳道君

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙410007)

通過(guò)仿真計(jì)算有效地對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行安全穩(wěn)定校核，找出電網(wǎng)運(yùn)行中存在的薄弱點(diǎn)，是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行中的重要工作，而仿真計(jì)算模型的精確與否則決定了計(jì)算結(jié)果是否能夠準(zhǔn)確反映電網(wǎng)運(yùn)行特性〔1－2〕。文中通過(guò)湖南電網(wǎng)實(shí)際發(fā)生的某線路因山火導(dǎo)致故障跳閘事件的仿真計(jì)算和WAMS 故障錄波的對(duì)比分析，簡(jiǎn)要闡述了仿真模型校驗(yàn)的基本方法和流程。

1 故障跳閘事件概述

某日15 時(shí)59 分，湖南電網(wǎng)某線路L1由于山火導(dǎo)致故障跳閘，具體過(guò)程如下:50 ms 后C 相故障，故障點(diǎn)距離線路L1首端63%，末端37%;1 s后重合成功;1.85 s 后C 相再次故障，故障點(diǎn)距離線路A 首端71%，末端29%;1.9 s 后線路A 三相跳開(kāi)。線路L1及周邊500kV 線路相對(duì)位置如圖1所示。

線路L1故障前后部分線路實(shí)際潮流見(jiàn)表1，部分周邊線路的WAMS 故障錄波如圖2 所示。

圖1 線路L1—L5 相對(duì)位置圖

表1 線路L1 故障前后部分線路潮流MW

圖2 有功功率WAMS 錄波波形

2 故障前電網(wǎng)運(yùn)行方式

2.1 開(kāi)機(jī)方式

故障前湖南電網(wǎng)220 kV 及以上統(tǒng)調(diào)電源總出力為8 027.21 MW，見(jiàn)表2。長(zhǎng)株潭地區(qū)1 301.083 MW，岳陽(yáng)地區(qū)411.385 MW，衡郴永地區(qū)573.403 MW，婁邵地區(qū)1 440.752 MW，常益張地區(qū)2 858.532 MW，懷吉地區(qū)1 442.055 MW。

表2 故障前湖南電網(wǎng)220 kV 及以上電源出力MW

2.2 負(fù)荷水平

故障前湖南220 kV 變電站下網(wǎng)負(fù)荷9 716.723 MW。其中長(zhǎng)株潭地區(qū)3 568.92 MW，衡郴永地區(qū)2 184.983 MW，常益張地區(qū)1 436.73 MW，婁邵地區(qū)1 288.922 MW，懷吉地區(qū)599.777 MW，岳陽(yáng)地區(qū)637.391 MW。

3 仿真計(jì)算

3.1 計(jì)算軟件

仿真計(jì)算使用的軟件是電力系統(tǒng)分析綜合程序PSASP 6.282 版。其中潮流計(jì)算采用最佳乘子法，暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算則采用分步積分法，積分步長(zhǎng)為0.01 s。

3.2 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)

本次仿真計(jì)算采用的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)為截止到2013年底的湖南電網(wǎng)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

1)發(fā)電機(jī)模型

發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型為Eq'，Ed″，Eq″變化的5 階模型，并計(jì)及自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器的影響。

湖南電網(wǎng)已有機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)模型參數(shù)與省調(diào)控中心提供的2014年度運(yùn)行方式數(shù)據(jù)保持一致，該數(shù)據(jù)中黔東、東江、華岳、金竹山、耒陽(yáng)、三板溪、碗米坡、石門、五強(qiáng)溪、湘潭、益陽(yáng)和鳳灘擴(kuò)機(jī)部分機(jī)組采用了PSS。

2)負(fù)荷模型

湖南電網(wǎng)負(fù)荷模型采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和恒定阻抗組合的模型，恒定阻抗為35%，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)為65%。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)定子繞組漏抗取0.18 p.u.。

3.3 開(kāi)機(jī)方式

采用故障前實(shí)時(shí)發(fā)電機(jī)出力數(shù)據(jù)，參見(jiàn)表2。

3.4 負(fù)荷水平

采用故障前實(shí)時(shí)負(fù)荷數(shù)據(jù)，參見(jiàn)本文2.2

3.5 潮流計(jì)算

1)線路L1故障前，L1潮流為410 MW，L2潮流為－325 MW，L3潮流為233 MW，L4潮流為－361 MW，L5潮流為－201 MW;

2)線路L1故障后，L1潮流為0，L2潮流為－486 MW，L3潮流為390 MW，L4潮流為－189 MW，L5潮流為－93 MW。

上述數(shù)據(jù)結(jié)合表1，可以得到線路L1跳閘前后部分線路仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際潮流對(duì)比，見(jiàn)表3。由表3 可以得到，按照文中所述的開(kāi)機(jī)方式和負(fù)荷分布得到的潮流分布仿真結(jié)果和電網(wǎng)實(shí)際潮流分布保持一致，潮流仿真精度滿足要求。

表3 線路L1 故障前后潮流仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際潮流對(duì)比MW

3.6 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算

本次仿真時(shí)長(zhǎng)總計(jì)100 s，其中0～3 s 為正常運(yùn)行時(shí)段，3.05 s 時(shí)刻線路L1發(fā)生故障。

3.6.1 方案1

按照線路L1故障過(guò)程記錄，制定暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方案1，見(jiàn)表4，即:

1)3.05s 時(shí)刻線路L1的C 相在距離線路首端63%處發(fā)生單相短路接地瞬時(shí)性故障，4.05 s 時(shí)刻故障退出;

2)4.85s 時(shí)刻線路L1的C 相發(fā)生單相短路接地永久性故障;

3)4.9s 時(shí)刻線路L1兩端斷路器三相跳閘。

表4 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方案1s

在PSASP 計(jì)算程序中按照表4 所示故障設(shè)置對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，得到線路L1—L5(在線路L1故障跳閘暫態(tài)過(guò)程中)的有功功率仿真計(jì)算波形圖，如圖3 所示，其中標(biāo)幺值基準(zhǔn)為100 MVA。

圖3 有功功率仿真計(jì)算波形

對(duì)比方案1 的仿真波形和WAMS 錄波波形，可以得到:

1)在線路L1故障前后各線路有功功率的穩(wěn)態(tài)值方面，方案1 仿真波形和WAMS 錄波保持一致，見(jiàn)表5;

表5 線路L1 故障前后暫態(tài)穩(wěn)定仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比(方案1，穩(wěn)態(tài)) MW

2)在線路L1故障暫態(tài)過(guò)程中，各線路有功功率的波動(dòng)、峰值等方面，方案1 仿真波形在波動(dòng)趨勢(shì)和峰值方面均和WAMS 故障錄波存在較大差異。

該結(jié)果表明，方案1 中的故障設(shè)置雖然對(duì)線路潮流的穩(wěn)態(tài)值仿真較為精確，但對(duì)于故障過(guò)程中線路功率振蕩的波峰、波谷以及波形尖刺等描述不夠準(zhǔn)確，暫態(tài)穩(wěn)定仿真精度不滿足要求，需要對(duì)方案進(jìn)行改進(jìn)。

3.6.2 方案2

在方案1 的基礎(chǔ)上，在線路L1的C 相第一次發(fā)生單相瞬時(shí)故障后，加入線路L1兩端斷路器單相跳閘重合成功的動(dòng)作，見(jiàn)表6，即:

1)3.05s 時(shí)刻線路L1的C 相在距離線路首端63%處發(fā)生單相短路接地瞬時(shí)性故障，4.05 s 時(shí)刻故障退出;

2)3.14s 時(shí)刻線路L1的C 相近故障點(diǎn)斷路器單相跳閘，4.05 s 重合成功;

3)3.15s 時(shí)刻線路L1的C 相遠(yuǎn)故障點(diǎn)斷路器單相跳閘，4.05 s 重合成功;

4)4.85s 時(shí)刻線路L1的C 相發(fā)生單相短路接地永久性故障;

5)4.9s 時(shí)刻線路L1兩端斷路器三相跳閘。

表6 暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算方案2s

在PSASP 計(jì)算程序中按照表6 所示故障設(shè)置對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，得到線路L1—L5(在線路L1故障跳閘暫態(tài)過(guò)程中)的有功功率仿真計(jì)算波形圖，如圖4 所示，其中標(biāo)幺值基準(zhǔn)為100 MVA。

圖4 有功功率仿真計(jì)算波形

對(duì)比方案1、方案2 以及WAMS 故障錄波，可以得到:

1)對(duì)于線路L1故障前、后有功功率穩(wěn)態(tài)值方面，方案1 和方案2 的仿真結(jié)果保持一致，均和WAMS 錄波的擬合度較高，見(jiàn)表5，7。

表7 線路L1 故障前后暫態(tài)穩(wěn)定仿真計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比(方案2，穩(wěn)態(tài)) MW

2)對(duì)于線路L1故障暫態(tài)過(guò)程中各線路有功功率的波動(dòng)、峰值等方面，方案2 較方案1 有極大提高，無(wú)論是波動(dòng)趨勢(shì)還是峰值均和WAMS 錄波擬合度較高，暫態(tài)穩(wěn)定仿真精度滿足要求。

4 結(jié)論

1)線路L1故障前后，對(duì)于周邊線路線路的有功功率穩(wěn)態(tài)值，仿真計(jì)算結(jié)果和實(shí)際數(shù)據(jù)基本保持一致，湖南電網(wǎng)潮流仿真模型精度滿足要求;

2)線路L1故障過(guò)程中，對(duì)于周邊線路的有功功率波動(dòng)趨勢(shì)和峰值，方案1 與WAMS 故障錄波差距較大，不能夠準(zhǔn)確地描述故障發(fā)生的實(shí)際過(guò)程，而方案2 仿真計(jì)算結(jié)果則與實(shí)際波形在波動(dòng)趨勢(shì)和峰值方面擬合程度較高，僅在波形細(xì)節(jié)上存在差異。主要原因在于，方案1 沒(méi)有體現(xiàn)線路斷路器單相跳閘重合成功的具體過(guò)程，而是僅用單相短路接地故障退出對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬;方案2 則在方案1 基礎(chǔ)上加入了線路近故障點(diǎn)和遠(yuǎn)故障點(diǎn)2個(gè)斷路器分別單相跳閘重合成功的具體過(guò)程，說(shuō)明仿真計(jì)算中對(duì)故障過(guò)程的設(shè)置是否準(zhǔn)確，將直接影響到仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)于方案2 與WAMS 錄波在波形細(xì)節(jié)上的差異主要有2 個(gè)方面的原因，一是故障暫態(tài)過(guò)程和發(fā)輸變電設(shè)備的模型參數(shù)及發(fā)電機(jī)的動(dòng)態(tài)過(guò)程都相關(guān);二是仿真計(jì)算軟件的故障模擬為金屬性故障，而實(shí)際發(fā)生的故障并不一定為金屬性故障，但該差異并不會(huì)對(duì)分析結(jié)論本質(zhì)性影響。

〔1〕國(guó)家電網(wǎng)公司． Q/GDW404—2010 國(guó)家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范〔S〕． 北京:中國(guó)電力出版社，2010．

〔2〕國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院． 2015—2016年湖南電網(wǎng)規(guī)劃滾動(dòng)計(jì)算分析報(bào)告〔R〕． 2013．