孤网运行的安全稳定控制方法

將主系统和地区电网解列成孤网后，电源和负荷的有功、无功功率不平衡会让地区电网的频率和电压波动值变大，若不及时控制，很有可能会因电网崩溃而造成长时间、大范围的停电，将会带来严重的社会影响和重大的经济损失。在分析了不同类型的孤网系统电压、频率变化以后，对实际的孤网电压及频率的变化过程进行模拟，提出了针对不同孤网系统的智能化安全稳定控制方案。

【关键词】孤网运行 安全稳定 控制方法

目前，电能是最主要的能源，与人们生活及发展密不可分。电力网是由电力系统组成的，在一定程度上影响着电能的产生、输送、分配等环节。电力网供电的稳定性是特别重要的，大面积的停电事故会造成严重的经济损失和社会影响。所以，现代电力网在运行时要确保安全、可靠、经济，还要保证供电质量的合格。

1 电力系统孤网形成的原因

1.1 电磁环网解列

主网和地区电网之间主要是通过变压器或500KV的线路联系的，为了解列强大网架地区之间的电磁环网，我们必须使得存在于地区电网间的短路电流大大减少，简化电网的构造。地区电网的变压器或500KV的线路在检修时发生故障、500KV线路的同塔双回线路发生跨线故障时产生的系统就是电网的孤网系统。

1.2 发生严重故障会人为解列

解列是一种预防在电力系统不稳定或者发生灾难时事故范畴扩张的方法，局部系统解列后也许会变成孤网，因此，过载与失步解列装置的配置便成为解列系统时必不可少的程序。

1.3 交直流并列运行

在交流直流并列运营的系统之间，万一交流系统或者支流系统闭锁或发生故障时，可以解列交直流系统形成孤岛，即直流及接入直流的系统形成的孤网。比如，某市的交流直流并列运转的情况发生在正常状态时，万一产生异常情况那么交流直流便会解列。

2 孤网系统的安全稳定性问题分析

2.1 电力过剩的孤网系统

系统的规模、功率过剩的数值、电源和负荷的响应速度、调节能力等都会影响孤网系统频率的上升速度、幅度。下面选出的3个案例中，案例一和案例三主要针对有功功率盈余对频率的稳定性进行分析，案例二则针对无功功率盈余对电压的稳定性进行分析。

（1）案例一：正常情况下，系统直流送端是交直流并列运行，送端6X600MV机组满出力，扣除厂用功率3300MW，直流输出3000MW，剩余300MW的功率经过伊冯交流系统送出。若解列孤岛运行方式为主的直流送端，会让送端电源输入直流的功率总和与直流系统输出的功率不相符，在此情况下，机组输出的功率会超过直流输电的功率，很可能会出现功率过剩、频率异常。所以，可以将直流功率紧急提升10%，就能让直流孤立系统的功率趋于平衡，能平息机组的功率及频率振荡。

（2）案例二：火电机组净输送功率123MW、地区风电总输出频率为150MW，负荷111MW。地区和主网之间联络通道的中断会让电网变成孤网，此时，就需要将风电机组全部切除，火电机组产生的负荷和损耗与其自身的出力相抵消，此时，频率基本满足运行的要求，但是不平衡的无功功率会让系统的电压不稳定。500KV的变电站是孤网系统和主网的连接点，将主网和孤网系统进行解列，这时就需要切除将500KV变电站的低压电抗器，防止无功的不足，但是，过低的负荷水平会导致地区的无功功率过剩，要根据实际情况来选择控制无功补偿的设备，可以通过控制500KV变电站低抗的手段将孤网系统的电压进行有效调整，可以考虑使用表1中的三种控制方法，这时，孤网系统的频率基本能满足运行的要求。图1是电压变化曲线，但是，需要根据实际的情况来考虑是否要切除1/2或全部的负荷来控制稳定系统的电压。

（3）案例三：负荷水平235MW，同主网并列运行，2台火电机组输出570MW、风电输出150MW，盈余电力480MW。地区电网通过500KV变电站的2组主变压器升压后再通过500KV同塔的双回线路和主网相联。500KV同塔的双回线路中，1回检修，另1回发生故障跳开；500KV变电站主变1组检修另1组发生故障跳开；500KV同塔双回线路发生跨线故障同跳开等都会使得地区电网成为孤网。对不采取任何措施、将1台火电机组切除、将1台火电机组和全部风电机组切除的情况进行比较，结果可以看出，地区电网在解列变成孤网以后，会有超过200%的电力盈余，如果不及时采取有效措施，系统频率很快的上升速度会让电网系统失稳。

2.2 电力供应不足的孤网系统

负荷为280MW，同主网并列运行，1台火电机组输出功率235MW。将地区电网解列成为孤网，缺电50MW，在故障产生10s后频率变成48HZ，不能满足运行的要求，所以需要将负荷全部切除。

3 孤网系统安全稳定控制方案研究

3.1 安全稳定控制原则

尽早消除功率不平衡，让孤网系统过渡到安全的运行方式是处理地区电网从并列解列到孤网运行后安全稳定问题的根本准则。要全面分析孤网系统现有的安全稳定问题，依照电力系统安全稳定准则的要求采取相应的措施，尽量确保孤网从紧急恢复为运行状态。飞速还原系统间的供电发生在紧急措施启动的情况下尚不可有效防范系统瓦解，黑启动方案的使用是在全黑的状态下。因此，快速有效、简单可靠、保全主要以及丢掉次要便成为实行稳定安全控制方法的关键准则。

3.2 主要安全控制稳定措施

首先要解决功率过剩。以有效和经济性为原则来排序切除包含水电、风电、火电的机组；把抽水蓄能机组转为抽水状态来增大功率消耗；切除电容器来保证容性输出的减少和感性吸收的增加。其次要解决功率不足。以有效和经济性为原则来排序切除负荷；把抽水蓄能机组转为发电状态来增大功率输出；切除电抗器来保证容性输出的增加和感性吸收的减少。最后要解决多种问题并存。矛盾的化解需要我们先抓关键，再纠正细节。系统吸纳大范围风电时首先要确保一样的稳定性，其次再关注电压与热的平稳。

3.3 智能安全控制穩定方案

智能化安全稳定控制系统的建设是很有必要的，而测量、通信技术的升级保证了智能化的安全稳定控制系统的创建。这种系统研究的重点便是对计算孤网的电网结构解析、故障前的使用情况、故障地点和种类，依据以上产生的数据来选择最优化的驾御方法。智能化的安全稳定控制系统大致分为三种构造，分别为主站、子站和执行站，这三种构造能依据电网特征的变化而及时进行调节，不同的受控厂站能接入就近的主站、子站及执行站。功能主要体现在以下方面：

（1）主站是系统的核心，主要用于搜集全网的信息，与子站和执行站进行信息的交换，识别电网的运行方式，综合判断事故，决定控制策略，向各子站和执行站发送控制和操作命令。

（2）控制子站是系统的中间环节，主要用于监督运行状况，搜集下属各个执行站的信息，并将信息上传主站；识别本区域产生的故障，就地执行控制和操作命令，接收来自主站的命令，执行本站范围的控制命令，向其他相关执行站传递转发控制命令。

（3）执行站位于系统的最末端，主要用于传递本站的信息给上一级的子站或主站，同时接收来自上一级子站的控制命令，按命令要求选择被控对象，对其实施控制。

4 结论

技术水平的同步提升以及电力系统的领域的推广离不开智能电网的支撑。然而，部分电力系统成为孤网却是由于部分与主网关联不密切的地区以及分区供电系统造成的。所以，解决系统安全稳定的最根本的办法就是加强不同类型孤网系统的电网结构，尽可能地严密措施，才能减小事故发生的概率，缩小事故范围，把损失降到最低。

参考文献

[1]黄汉昌，张宇，李献，等.海南“大机小网”孤网运行方式下频率特性研究[J].电力科学与技术学报，2016（04）：65-67.

[2]蒋晓明.关于塞拉利昂坡特洛科水电站孤网运行的几点思考[J].电子世界，2017（02）：32-34.

[3]张裕，赵庆明，李庆生，等.主动配电网运行控制需求分析及其管理系统设计[J].南方电网技术，2016（12）：132-134.

作者简介

李琪（1979-），男，江苏省盐城市人。大学本科学历。工程师，从事软件系统开发工作。

马逸然（1996-），男，大学本科学历。山东科技大学电气工程及其自动化专业。

作者单位

1.南京软核科技有限公司 江苏省南京市 210000

2.山东科技大学 山东省济南市 250021