一种基于励磁系统设计裕度的电网稳定性提升方法与流程

1.本发明属于电力系统领域，具体地说是一种基于励磁系统设计裕度的电网稳定性提升方法。


背景技术：

2.伴随着经济发展和产业结构调整，浙江电网负荷高速增长，全社会用电负荷即将进入过亿时代，并于后续年份常态化。作为典型受端电网，浙江电网受电比例逐年增大，本地机组建设进度放缓，电网稳定特性发生一定变化。部分负荷较重区域，动态无功设备不足，关键线路发生故障后，部分发电机组易发生暂态失稳。对于仅有两个送出通道的区域电网，其中一个通道发生故障后，该区域电网剩下唯一通道与主网相连，从而形成电网末端系统，其暂态稳定性严重依赖于本地机组的开机规模，部分机组在高峰方式下成为必开机组，增加网源协调工作难度。
3.针对区域电网电压稳定的问题，目前运行层面采取的措施为：扩大开机规模来提升电压支撑能力，但此举同时会限制单台机组的出力能力，制约电网运行方式；另一种方法是加装并联无功补偿设备，包括调相机和svg等，大大增加建设和运行成本。
4.因此，有必要利用区域内关键机组的励磁系统设计参数上的裕度，提升区域电网电压稳定性，支撑高峰时段区域电力平衡，减小不必要的建设和运行成本。


技术实现要素：

5.本发明提供一种基于励磁系统设计裕度的电网稳定性提升方法，用于解决区域电网关键线路发生n
‑
1故障后，部分发电机组由于电压支撑能力不足而引起的电网电压稳定性下降问题，弥补现行措施的不足。
6.为此，本发明采用如下的技术方案：一种基于励磁系统设计裕度的电网稳定性提升方法，其包括：
7.确定区域电网内关键线路故障后，发生暂态失稳的发电机组；
8.根据关键机组励磁系统设备及参数信息，制定其差异化励磁性能提升方案；
9.调整励磁系统变压器变比，提高二次侧输出电压；
10.修改励磁系统整流桥晶闸管的移相触发角度上限及下限，改变整流桥输出电压。
11.进一步地，通过仿真计算确定区域电网内关键线路故障后发生暂态失稳的发电机组。
12.进一步地，依据关键发电机组励磁系统设备和参数信息，制定差异化励磁性能提升方案。
13.进一步地，对于采用自并励励磁方式的发电机组，其强励或强减能力由励磁系统输出电压最大值u
f max
及最小值u
f min
决定，利用发电机组励磁系统参数上的设计裕度，提升励磁变压器二次侧输出电压以及整流桥输出电压。
14.更进一步地，励磁系统输出电压最大值u
f max
及最小值u
f min
根据三相全控整流输
出侧电压得到：
[0015][0016][0017]
其中，u
et
为励磁变压器二次侧输出电压，α
min
和α
max
分别为励磁系统整流桥晶闸管的移相触发角下限和上限，i
fd
为励磁电流，k
c
为比换相压降，i
fd
k
c
数值较小，忽略不计。
[0018]
进一步地，通过调整发电机组励磁变压器分接头位置，即档位，降低励磁变压器变比，增大二次侧输出电压u
et
，增强励磁系统的强励和强减能力。
[0019]
进一步地，减小励磁系统整流桥晶闸管的最小移相触发角α
min
，增大励磁系统最大输出电压，增强励磁系统的强励能力。
[0020]
进一步地，增大励磁系统整流桥晶闸管的最大移相触发角α
max
，减小励磁系统最小输出电压，增强励磁系统的强减能力。
[0021]
进一步地，当电网出现故障导致母线电压急剧下降时，励磁系统短时自动输出励磁顶值电压，在提升发电机组暂态性能的同时，电网母线电压恢复至正常范围内。
[0022]
进一步地，通过提升励磁顶值电压，增强相应发电机组暂态稳定性，保证电网电压稳定。
[0023]
本发明具有以下有益效果：本发明在不增加硬件成本投入的前提下，通过仿真计算确定影响区域电网稳定性的关键机组，对其进行差异化励磁改造；利用发电机组励磁系统的设计裕度，通过调整机组励磁变压器分接头档位和改变整流桥移相触发角上、下限两种方式，提升发电机组电压稳定控制能力，从而增强区域电网的电压支撑能力，降低失稳风险，提升机组运行的经济性和调度运行的灵活性。
附图说明
[0024]
图1为本发明一种基于励磁系统设计裕度的电网稳定性提升方法的流程图；
[0025]
图2为本发明提升励磁系统强励能力原理图；
[0026]
图3为本发明应用例中提升改造前煤电机组功角曲线图；
[0027]
图4为本发明应用例中提升改造前500kv厂站母线电压曲线图；
[0028]
图5为本发明应用例中1号发电机组改造前后的励磁电压曲线图；
[0029]
图6为本发明应用例中1号发电机组改造前后的无功功率曲线图；
[0030]
图7为本发明应用例中提升改造后煤电机组功角曲线图；
[0031]
图8为本发明应用例中提升改造后500kv厂站母线电压曲线图。
具体实施方式
[0032]
以下将结合附图及实例，详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实施过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，基于本发明实施例，本领域技术人员在没有做出创新性技术劳动前提下所获得的的其他实施例，都属于本发明保护的实施例。
[0033]
实施例
[0034]
本实施例提供一种基于励磁系统设计裕度的电网稳定性提升方法，如图1所示，其包括：
[0035]
确定区域电网内关键线路故障后，发生暂态失稳的发电机组；
[0036]
根据关键机组励磁系统设备及参数信息，制定其差异化励磁性能提升方案；
[0037]
调整励磁系统变压器变比，提高二次侧输出电压；
[0038]
修改励磁系统整流桥晶闸管的移相触发角度上限及下限，改变整流桥输出电压。
[0039]
本发明通过仿真计算确定区域电网内关键线路故障后发生暂态失稳的发电机组。
[0040]
本发明依据关键发电机组励磁系统设备和参数信息，制定差异化励磁性能提升方案。对于采用自并励励磁方式的发电机组，其强励或强减能力由励磁系统输出电压最大值u
f max
及最小值u
f min
决定，利用发电机组励磁系统参数上的设计裕度，提升励磁变压器二次侧输出电压以及整流桥输出电压。
[0041]
励磁系统输出电压最大值u
f max
及最小值u
f min
根据三相全控整流输出侧电压得到：
[0042][0043][0044]
其中，u
et
为励磁变压器二次侧输出电压，α
min
和α
max
分别为励磁系统整流桥晶闸管的移相触发角下限和上限，i
fd
为励磁电流，k
c
为比换相压降，i
fd
k
c
数值较小，忽略不计。
[0045]
为增强励磁系统的强励能力，即增大u
f max
，可以通过增大励磁变压器二次侧输出电压u
et
和降低全控整流器控制角下限α
min
实现：
[0046]
1)调整励磁变压器分接头位置，提高二次侧输出电压u
et
；
[0047]
2)降低整流桥晶闸管移相触发角下限α
min
。
[0048]
为增强励磁系统的强减能力，即降低u
f min
，可以通过增大励磁变压器二次侧输出电压u
et
和增加全控整流器控制角上限α
max
实现：
[0049]
1)调整励磁变压器分接头位置，提高二次侧输出电压u
et
；
[0050]
2)提高整流桥晶闸管移相触发角上限α
max
。
[0051]
当电网出现故障导致母线电压急剧下降时，励磁系统短时自动输出励磁顶值电压，在提升发电机组暂态性能的同时，电网母线电压恢复至正常范围内。
[0052]
通过提升励磁顶值电压，增强相应发电机组暂态稳定性，保证电网电压稳定。
[0053]
应用例
[0054]
区域电网关键线路发生n
‑
1故障后，该区域内电厂一的1号煤电机组功角曲线和电厂二的5号煤电机组功角曲线如图3所示，500kv母线厂站母线电压如图4所示。由两图可知，关键线路故障后，两电厂机组发生暂态失稳，严重影响母线电压稳定性。
[0055]
根据发生暂态失稳励的两个电厂发电机组励磁系统设备型号及相关参数信息，对其进行差异化励磁性能提升。如表1所示，为两电厂的八台发电机组励磁系统相关参数信息。
[0056]
表1发电厂励磁相关参数信息表
[0057][0058]
由表1可知，八台机组的励磁变压器一次侧(20kv侧)分接头有五个可调档位，默认运行状态下分接头位于中间档位，机组停机后将励磁变档位改至
‑
5％档，即可降低电压变比，使得二次侧输出电压u
et
升高5％，u
f max
和u
f min
变为档位变化前的1.05倍，强励和强减倍数也将提高5％。
[0059]
励磁系统整流桥的晶闸管移相触发角上、下限理论上可以达到0
°
和180
°
，但实际进行控制器参数设计时，为避免出现换相失败的情况，移相触发角上下限通常留有一定裕度，根据该电厂所用晶闸管及励磁调节器生产厂家提供的信息，触发角留出5
°
至8
°
的裕度，依然能够保证成功换相，系统正常运行。同时修改触发角并不改变一次回路的瞬间最大电压，不影响一次回路的绝缘性能。对于电厂一的四台机组和电厂二的八号机组，将移相触发角下限α
min
由原有的20
°
降低至10
°
后，强励能力提升4.8％，移相触发角上限α
max
由原来的130
°
增加至140
°
后，强减能力提升19.2％。
[0060]
综合以上两种方式，在不影响发电机组安全运行前提下，利用相关设备参数设计裕度，提高电压放大倍数，从而提高励磁系统的强励和强减能力。如图5所示，一号机组励磁系统改造后暂态过程中励磁电压得到一定程度提升。如图6所示，一号机组励磁系统改造后暂态过程中机组输出无功增大。
[0061]
差异化励磁性能提升后，如图7所示为煤电机组(与图3中的煤电机组对应)的功角曲线，图8所示为500kv厂站母线电压曲线。由两图可知，相比于差异化励磁性能提升前，在相同边界条件下，该地区关键线路发生n
‑
1故障后，所有机组均能保持暂态稳定，关键电厂机组无需限制出力，实现满发。
[0062]
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容是为了便于理解本发明而采用的
实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上和细节上做出修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍需与所附的权利要求书所界定的范围为准。