负荷模型对特高压接入浙江电网暂态稳定分析的影响.pdf

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1、第 39卷?第 1期2011年 1月Vo.l 39?No.1Jan.?2011负荷模型对特高压接入浙江电网暂态稳定分析的影响应林志,王建全(浙江大学 电气工程学院,杭州?310027)摘?要:以 BPA数据为基础,根据相应的电源规划、电网规划和负荷预测得到的 2015年浙江电网数据模型,研究按照规划特高压线路接入后负荷模型对浙江电网暂态稳定性分析的影响,并提出了相应的负荷模型选择建议,为特高压输电互联后的安全稳定研究做技术储备。关键词:特高压;暂态稳定分析;安全控制;负荷模型作者简介:应林志(1987?),男,硕士研究生,研究方向为电力系统稳定运行与控制。中图分类号:TM712?文献标志码:A

2、?文章编号:1001?9529(2011)01?0121?04Impact of LoadM odel on Transient Stability Analysis of Connection ofU ltra?high Voltage to Zhejiang GridYING Lin?zhi,WANG Jian?quan(School of ElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou 310027,China)Abstract:The Zhejiang Grid datamodel in 2015 is obtained accord

3、ing to the corresponding power source planning,gridplanning and load forecasting based onBPA data.Then the paper analyses the i mpact of the loadmodel on the transientstability analysis ofZhejiang Grid after the ultra?high voltage lines are connected according to the planning.The corre?sponding sugg

4、estions for selecting the load model are proposed,whichmay serve as technical references for further re?search of security and stability of power grid after the interconnection of ultra?high voltage power trans m ission lines.K ey words:ultra?high voltage;transient stability analysis;security contro

5、;l loadmodelFoundation item s:TheN ationalNaturalScience Foundation ofChina(70671041)?特高压传输线路故障对系统稳定性影响很大,故障引起的电压不稳定则成为系统正常运行的最大威胁 1。而负荷作为电力系统的一个重要组成部分,其模型和参数的选择对于特高压线路故障后系统暂态稳定性分析有重要影响。本文以 2015年浙江规划电网为研究对象。按照华东电网暂态稳定计算规程规定,采用 60%恒功率、40%恒阻抗的负荷模型对 2015年浙江电网500 k V线路进行预想故障暂态稳定分析,届时浙江 500 kV网架已足够强壮,因而主

6、要研究其对特高压输电线路故障暂态稳定性分析的影响。暂态稳定是指电力系统受到大的干扰,各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行状态的能力 2。系统暂态稳定分析中,采取适当的负荷模型将使得分析结果与实际情况十分接近,但是如果负荷模型选取不当,将导致分析结果与实际之间有较大的偏离,甚至可能使得分析结果完全无法解释实际系统中发生的故障现象。本文使用 PSD?BPA仿真计算工具分别从静态负荷模型中恒功率与恒阻抗比例、动态负荷模型感应电动机负荷与恒定阻抗模型比例来讨论负荷模型对规划建设特高压线路后的浙江电网暂态稳定分析的影响。1?仿真条件1.1?电网模型浙江电网在 2015水平年的负荷水平和

7、特高压输电网的规划情况数据如下:电网负荷超过 50GW,装机容量不足 40 GW,需从外部电网净输入功率超过 15GW。规划电网中有 5条双回特高压传输线路,分别为:温州?福州,温州?金华,金华?浙北,浙北?沪西,浙北?芜湖。2015年浙江电网已形成了以 1 000 kV特高压交直流输电线路为主要输电通道、以 500 kV电网为骨干网架的强大电力系统。特高压交直流输01222011,39(1)电线路输入浙江功率为 15.52GW,经浙江输往上海的功率为 0.98 GW,净输入浙江功率 14.53GW。特高压输电线路不仅承担全省净流入功率的 63%的输电任务,而且还是华中、西南向上海、福建功率传

8、输的通道。1.2?计算工具及条件使用 PSD?BPA 暂态稳定,进行仿真运算分析。计算中同步发电机采用考虑阻尼绕组的次暂态变化 6阶模型;励磁调节器采用可控硅励磁调节系统加 PSS;大部分发电机考虑了调速系统的作用;故障均为三相短路,故障持续时间 0.1 s。2?负荷模型的现实应用负荷模型可以从多方面进行分类。从模型是否反映负荷的动态特性来看,可以分为用代数方程表示的静态负荷模型和以微分方程表示的动态负荷模型 3。静态负荷模型通常用恒定阻抗、恒定电流和恒定功率的线性组合来表示。而动态负荷模型通常用感应电动机模型来表示 4?6。华东电网规划、调度和研究部门(包括华东电力设计院、华东电力试验研究院

9、、美国 PT I规划项目咨询公司、华东电网调度部门及安徽、浙江、江苏省和上海市电力公司调度部门)主要采用BPA程序,采用 40%恒阻抗+60%恒功率的静态负荷模型,不考虑负荷的频率特性 7?9。3?恒功率负荷比例对暂态稳定性的影响华东电网暂态稳定计算规程规定,采用 60%恒功率、40%恒阻抗的负荷模型。在 2015年运行方式下采用这一模型时,特高压输电线路一回或双回发生三相短路故障时,系统均是稳定的。当恒功率负荷比例逐步提高时,系统的暂态稳定性分析结果呈现逐渐恶化趋势。恒功率负荷比例改变为 1%时对系统暂态稳定的灵敏度分析,是通过设置在一个使得系统暂态稳定性受破坏的恒功率比例段,连续改变其比例

10、的 1%来比较分析系统暂态稳定对其的灵敏度。这里比较恒功率负荷比例分别为 74%、75%、76%的情况。以金华到温州特高压一回线路三相故障后切除为例,低电压节电中最严重的节点如表 1所示,相应的节点电压曲线如图 1所示。可见当恒功率比例从 74%每微增 1%,系统中低电压情况最严重的节点低于 0.75 pu的电压持续时间显著变长;电压跌落变快,即电压跌至0.75 pu以下以及最低电压的时刻明显提前;最低电压值有所下降,表明电压随着恒功率微增1%将进一步跌落,节点电压幅值越低,低于 0.75pu持续时间越长对系统暂态电压稳定而言越不利,其他特高压线路故障有同样规律。表 1?恒功率比例灵敏度分析1

11、)比例/%电压低于 0.75 pu最低电压列表节点总时间/20 ms时刻/20ms电压/pu74S5LT9.005.00.352 475U 5DQ189.00473.00.212 476U 5DQ333.00401.00.028 6注 1):节点 S5LT低电压是在故障持续期间,不能算作电压失稳。图 1?节点电压曲线对于 2015年的浙江电网,其他条件不变,通过改变恒功率负荷的比例,分析特高压输电线路故障时系统暂态稳定临界点的恒功率负荷比例。得到如下计算结论。(1)2015年浙江电网特高压线路故障时,浙江电网的临界恒功率比例为 70%,即当静态负荷为 70%恒功率加 30%恒阻抗时,浙江电网特

12、高压输电线路发生一回或二回线路三相短路故障,系统均是暂态稳定的。(2)当恒功率负荷比例增加到 70.56%时,浙北?芜湖特高压输电线路浙北端 2条线路三相短路时,浙江电网将发生暂态电压失稳,进而引起功角失稳;而其他特高压输电线路发生一回或二回故障时系统均是稳定的,仿真结果如图 2所示。由图 2可知,当恒功率负荷比例由 70%增加到 70.56%时,湖州 500 kV节点 U5DQ、湖州 500k V节点 H5FY在故障 10 s后将失去电压稳定。(3)当恒功率负荷比例增加到 76%时,所有特高压线路任一回线路发生三相短路故障,系统均将失去稳定。应林志,等?负荷模型对特高压接入浙江电网暂态稳定分

13、析的影响0123图 2?浙江电网最低电压及最大相对功角差曲线(70.56%恒功率,29.34%恒阻抗)4?感应电动机负荷对暂态稳定性的影响将整个华东电网的负荷按 60%感应电动机模型加 40%恒定阻抗模型,在 2015年运行方式下采用这一模型时,特高压输电线路发生三相短路故障时,系统均是稳定的。与上文相同,选取使得系统暂态稳定受破坏的感应电动机比例段,这里选择感应电动机比例为 74%、75%、76%,通过比较进行其微增 1%对暂态稳定影响的灵敏度分析。以浙北到芜湖线路浙北端两回线路三相短路故障后切除为例,不同感应电动机比例情况下低电压最严重节点如表 2所示,其对应电压曲线如图 3所示。表 2?

14、感应电动机比例灵敏度分析比例/%电压低于 0.75 pu最低电压列表节点总时间/20 ms时刻/20ms电压/pu74U 5DQ54.05.00.528 575U 5DQ99.0455.00.527 176U 5DQ99.0500.00.107 6?随着感应电动机负荷比例每微增 1%,系统中低电压情况最严重的节点低于 0.75 pu的电压持续时间变长,超过 90周波认为造成了电压失稳;电压跌落变快,即电压跌至 0.75 pu以下以及最低电压的时刻提前;最低电压值到比例为 76%时显著下降,表明电压随着恒功率微增 1%将进一步跌落。图 3?节点电压曲线通过调节感应电动机负荷比例找出浙江特高线路故

15、障时,感应电动机负荷的临界比例,进而比较感应电动机负荷与恒功率负荷对暂态稳定性分析影响程度,得到采用不同负荷模型对暂态稳定性仿真计算的保守程度影响有定性研究成果。改变感应电动机负荷的比例可得如下计算结论:(1)2015年浙江电网特高压线路故障时,浙江电网的临界感应电动机比例为 71%,即当静态负荷为 71%感应电动机加 29%恒阻抗时,浙江电网特高压输电线路发生一回或二回线路三相短路故障,系统均是暂态稳定的。(2)当感应电动机负荷比例增加到 72%时,浙北?芜湖特高压输电线路浙北端二条线路三相短路时,浙江电网将发生暂态电压失稳,功角则是暂态稳定的,而其他特高压输电线路发生一回或二回故障时系统均

16、是稳定的,仿真结果如图 4所示。(3)当感应电动机负荷比例增加到 76%时,浙西温州特高压输电线路故障仍然是稳定的。可见,恒功率负荷对稳定性影响比感应电动机负荷严重,增加恒功率负荷比例将使暂态稳定计算趋于保守。5?结语负荷作为电力系统的一个重要组成部分,其模型和参数选择与实际负荷的吻合程度对电力系统相应的暂态稳定性分析结果具有重要影响。(1)不同模型结构对系统暂态稳定分析影响很大,以静态负荷模型为例,当电力系统由于故障或扰动使节点电压降低时,对恒阻抗模型,负荷也随之降低;而恒功率模型,为了保持功率不变,发电机组要向负荷提供更大的负荷电流,从而导致01242011,39(1)图 4?浙江电网最低

17、电压及华东电网最大相对功角差曲线(72%感应电动机+28%恒阻抗)负荷节点电压进一步降低。因此,在综合负荷模型中,恒功率负荷模型、感应电动机模型所占比例越大,仿真结果就越不稳定,即分析结果偏于保守;而恒定阻抗模型所占比例越大,则仿真结果就越稳定,即分析结果偏于乐观。(2)本文只是仿真比较各部分负荷比例大小对系统稳定性的影响的程度,从结论可见感应电动机临界稳定比例高于恒功率临界稳定比例,恒功率模型对暂态稳定性分析影响更严重。(3)一个实际电力系统综合负荷模型中,各类负荷模型所占比例通常是根据历史上系统受到大扰动后的录波曲线来拟合。然而,负荷的组成是时变,根据历史曲线拟合的负荷比例并不能代表现在与

18、未来的负荷比例。在我国华东电网通常采用恒功率加恒阻抗的静态负荷模型,而西北等电网则采用感应电动机加恒定阻抗的负荷模型,本文仿真研究这二中负荷模型,各部分负荷所占比例对稳定性的影响,找出了使浙江特高压电网临界稳定的负荷比例组成。选取是否合理的负荷模型进行动态仿真将直接关系到系统的安全经济运行,如果选择了符合电网实际的负荷模型,各种分析结果更加真实,有利于系统的稳定运行,还可大大节省社会资源,提高全网的输电量、提高输电效率。参考文献:1CARSON W TAYLOR.PowerSystem V oltage StabilityM.北京:中国电力出版社,2002.2倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系

19、统的理论和分析M.北京:清华大学出版社,2002.3贺仁睦,周?文.电力系统负荷模型的分类与综合 J.电力系统自动化,1999,23(19):12?16.HE Ren?mu,ZHOU W en.The Clusterand Synthesis ofElec?tric Power System Load M odels J.Automation of ElectricPower Systems,1999,23(19):12?16.4张东霞,汤?勇,张洪斌,等.负荷模型的应用与研究调查报告 J.电网技术,2007,31(4):16?23.ZHANG Dong?x ia,TANG Yong,ZHAN

20、G Hong?bin,et a.l ASurvey Paper of Application and R esearch of Power SystemLoadM odel in PowerU tilities J.Power System Techno logy,2007,31(4):16?23.5刘家庆,陶家琪,徐兴伟,等.国外电力系统稳定计算使用的负荷模型 J.电网技术,2007,31(4):11?15.LI U Jia?qing,TAO Jia?q,i XU X ing?we,i et a.l A Survey onRe?search of Load Model for Stabili

21、ty Analysis in Foreign Coun?tries J.Power System Technology,2007,31(4):11?15.6贺仁睦.电力系统精确仿真与负荷模型实用化 J.电力系统自动化,2004,28(16):4?7.HE Ren?mu.PowerSyste m Precision Si mulation and PracticalLoad M odels J.Automation of Electric Power Systems,2004,28(16):4?7.7张红斌,汤?勇,张东霞,等.考虑配电网络的感应电动机负荷模型聚合方法研究 J.中国电机工程学报,

22、2006,26(24):1?4.ZHANG Hong?bin,TANG Yong,ZHANG Dong?x ia,et a.lStudy on Aggregation of I nduction Motors with D istributionNet work J.Proceedings of the Chinese Society forElectricalEng ineering,2006,26(24):1?4 8张红斌,贺仁睦,刘应梅.感应电动机负荷模型参数解析灵敏度分析及参数辨识策略研究 J.电网技术,2004,28(6):10?14.ZHANG Hong?bin,HE R en?m

23、u,L I U Y ing?me.i Analysis onParameterAnalytic Sensitivity of I nductionM otor LoadM odeland Parameter Identification Strategy J.Power SystemTechno logy,2004,28(6):10?14.9孙华东,周孝信,李若梅.感应电动机负荷参数对电力系统暂态电压稳定性的影响 J.电网技术,2005,29(23):1?6.SUN Hua?dong,ZHOU Xiao?x in,LI Ruo?me.iInfluence ofInductionM otor Load Parameters on Power System TransientVoltage Stability J.Power System Technology,2005,29(23):1?6.收稿日期:2010?01?15本文编辑:王志胜