网架结构对地区电网稳定性的影响研究

文一宇等

引言

随着我国城市化进程的不断推进，国家对地区电网建设资金的投入逐年增加，由此使得地区电网的发展速度有很大提高。在地区电网高速发展的过渡期，最为关注的就是如何保障地区电网的安全可靠运行。

国内外的经验表明，网架结构对地区电网的稳定性有着重要影响。本文以某地区电网为例，从理论上分析该电网抗严重故障能力较差的原因；其次提出相应网架结构加强方案，并通过仿真分析，比较得出优化方案。

1、地区电网简介

1.1电网结构

该地区电网以500kVWX站为中心如图1所示。片区包括5个220kV变电站和3个220kV接入电厂，随着220kVCK～YJ线路投运，WX～DH～BH～CK～YJ～YY将形成局部环网。

图1 某地区电网结构

BH为地区主力火电厂，装机容量2×300MW；RJ、GXB均为水电，总装机容量528MW。

1.2存在的主要问题

220kVCK～YJ线路投运后，WX供电片区内WX～DH～BH～CK～YJ～YY形成的局部环网存在如下问题：

①大负荷期间，220kVBH～DH双回线路重载，不满足N-1要求；

②220kVBH～DH、DH～WX线路分别N-2故障时，WX供电片区内BH、GXB、RJ电厂机组相对主网失稳，失稳后需切除BH电厂2台机组维持稳定。

如采取切除BH电厂2台机组措施，电厂汽轮机等受较大冲击，存在安全风险；切机措施虽能保证地区电网稳定运行，但制约地区电网外送电能力。本文深入分析该地区局部环网抗严重故障能力弱的原因，研究网架结构加强方案，提高地区电网安全稳定性。

2、地区电网稳定性分析

2.1电网等值方式

220kVBH～DH、DH～WX线路分别N-2故障时，WX供电片区内BH、GXB、RJ电厂相对主网失稳，BH电厂机组为主导机组。忽略WX片区内除BH电厂以外电厂，将电网等效为单机无穷大系统，用等面积定则开展稳定性研究。等值方式如下：

①系统基准容量取100MVA，基准电压取230kV；

②BH电厂2台机组、升压变等效为1台机组及升压变；

③保留片区WX～DH～BH～CK～YJ～YY环网中各站220kV母线；

④地区电网外其它部分等效为无穷大母线，通过等效电抗与WX站220kV母线相连，并令其电压为；

2.2暂态稳定性分析

以220kVBH～DH线路BH电厂侧三永跳双回故障为例，用等面积定则对故障后电网的暂态稳定性进行分析。

根据2.1节中所述的电网等值方式，得到故障前、后功角特性P1和P2，其表达式为

（1）

（2）

式中，E'为BH电厂机端电压；U为无穷大母线电压；为故障前系统等值阻抗；为故障后系统等值阻抗。

相应的功角曲线如图2所示。可见，故障后系统没有稳定工作点，系统将失去稳定。

图2 系统功角图

用PSASP对电网进行仿真，故障后BH机组与主网失去同步，这表明仿真结果與理论分析结果一致。

3、地区电网网架结构优化方案

根据理论分析，要提高该地区环网抗严重故障能力，关键是减小BH电厂升压侧到WX站220kV母线间联络阻抗。

3.1优化方案简介

方案①：新增220kVBH～YY站单回线，线路长度为49.8km，导线型号为LGJ-2×400。

方案②：新增220kVBH～YJ站单回线，线路长度为60.95km，导线型号为LGJ-2×400。

3.2方案分析

针对各方案，开展潮流、静态安全、暂态稳定校核。

3.2.1潮流计算及静态安全校核

计算表明，两种方案下，地区电网潮流分布均匀，线路不过载；方案①，BH～DH线路满足N-1；方案②下，BH、RJB电厂满发时，BH～DH线路不满足N-1。

3.2.2稳定性分析

方案①，用前述等值方式对电网进行稳定性分析。故障前后功角特性P1和P2分别表示为：

（3）

（4）

故障前后系统功角曲线如图3示。由单机等面积定则可得极限切除角为1.1465rad，实际切除角度约0.4887rad（按故障后0.12s切除线路考虑，用积分法计算得到），故障后系统恢复稳定运行状态。

图3 方案①下系统功角图

方案②的理论分析结果表明，故障后系统能保持稳定。

PSASP仿真结果表明，220kVBH～DH、BH～WX线路分别发生三永跳双回故障时，在无稳定措施的情况下，各方案中系统均能保持稳定，但方案②下故障后系统振荡时间较长。

3.3方案比较与选择

优化方案选择要同时考量电网安全性和经济性。各方案实施效果如表1所示。

表1 各方案实施效果对比

投资对比：220kV环网加强方案①投资少于方案②。

安全性对比：各方案均能提高抗严重故障能力，但方案①优于方案②。方案②BH、RJ电厂均满发时，BH～DH线路不满足N-1；方案②BH～DH线路N-2故障，系统达到稳态的振荡时间较长。

综合考虑稳定性及投资，推荐采用加强方案①。

4、结论

本文以某地区电网为例，从理论上分析了其网架结构存在的问题，跟据分析结果，针对性的提出了合理的解决措施，并用PSASP对其进行仿真分析，验证了本文所提解决措施的有效性。

随着地区电网与主网的联系越来越紧密，地区电网稳定性问题日益重要。地区电网应重视稳定分析工作，合理规划网架结构，确保本地区电网的安全稳定运行。

（作者单位：国网重庆市电力公司电力科学研究院）