基于PSASP仿真平台的电网振荡解列判据分析

张美伦，郝文波，胡远婷，刘 进，张 睿

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

0 引 言

振荡解列是当电力系统发生功角稳定破坏后，为防止发生大面积停电事故所采取的一项重要措施，是大规模电网安全保障体系三道防线中的最后一道防线[1-3]。当系统发生失步振荡时，解列控制就会及时、准确地将系统划分成若干个孤岛，以避免故障扩散到整个网络引起全系统的崩溃[4]。随着电网规模的不断扩大，振荡解列装置的重要性也随之突出，近年来，振荡解列装置的参数设定主要依靠对发电机及电网典型参数进行仿真计算[5-8]，这种方法对于不同电厂的发电装置来说准确性相对较差。

以黑龙江克东恒诚生物质电厂为研究对象，采用PSASP仿真平台对发电厂实际的振解参数以及振荡开始时间进行仿真计算，以电压为解列判据对振荡中心进行准确捕捉。计算过程中，根据实际参数建立厂站模型，在不同方式下对各级母线进行暂稳故障下的电压和功角仿真分析，获取不同方式下发电机端的振解电压，以此作为电厂振解装置动作的判断依据。

1 分析条件

采用PSASP中的暂态稳定分析模块进行仿真分析，故障类型为发变组高压侧三相短路接地故障。分析条件如下：

1)对黑龙江电网中网架结构较为薄弱、易发生振荡的北部地区进行仿真，选取黑龙江克东恒诚生物质电厂为研究对象，该电厂现有容量为20 MVA的主变2台、15 MW的发电机组1台，主变110 kV、35 kV、10 kV侧并列运行，机组带Ⅰ、Ⅱ段10 kV母线，经克东-恒诚线路与系统并网。正常运行方式下，北安变110 kV北克乙线带克东变、克南变运行，克东分线冷备用。特殊方式下可由克山变或北安变通过克城甲线、克东分线、克联甲线带克东变、克南变运行。电厂并网路径图如图1所示。

图1 电厂并网路径图

2)冬季大负荷运行方式具有电压、潮流问题突出的特点，因此，依据2020年黑龙江省电网实际运行情况，采用冬季大负荷运行方式进行计算。

3)建立仿真模型所需参数，包括主变压器参数、并网线路参数、厂站负荷参数、发电机参数等信息。其中，电厂发电机、主变、高厂变及低厂变参数均为实际铭牌数据。

发电机主要参数包括额定电压，额定容量，转子d轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗，转子q轴同步电抗、暂态电抗、次暂态电抗，定子电阻，转子d轴励磁绕组定子开路时间常数。

4)各主变、高厂变以正常分接头运行(暂未考虑最大分接情况)。

2 不同开机方式下电网振荡解列判据分析

2.1 方式1：恒诚厂、山口厂、北安厂机组全开

当恒诚厂10 kV出口母线发生三相短路故障时，故障点位于线路2%处，故障点母线电压在故障时刻降至0。分别在故障点位置1%及99%处设三相断线，故障持续时间0.3 s，随后系统发生失步振荡，机端输出电压实时仿真曲线如图2所示。选取第1个波谷值，即电压标幺值为0.236 48作为机端振解电压判据，电压低于此值，电厂振解装置动作。

图2 方式1下恒诚厂10 kV母线三相短路故障的电压曲线

采用上述方法，分别设置恒诚厂35 kV母线、克东变35 kV及110 kV母线故障，机端输出电压波动曲线如图3-5所示。

图3 方式1下恒诚厂35 kV母线三相短路故障的电压曲线

图4 方式1下克东变35 kV母线三相短路故障的电压曲线

图5 方式1下克东变110 kV母线三相短路故障的电压曲线

在恒诚厂、山口厂、北安厂机组全开方式下，当恒诚厂35 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.232 87；当克东变35 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.955 97；当克东变110 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.946 83。

2.2 方式2：恒诚厂开机，山口厂、北安厂各开1台机

当恒诚厂10 kV出口母线发生三相短路故障，故障点位置位于线路2%处，故障点母线电压在故障时刻降至0。分别设故障点位置1%及99%处三相断线，故障持续时间0.3 s，随后系统发生失步振荡，机端输出电压实时仿真曲线如图6所示，选取第一个波谷值，即电压标幺值为0.265 14作为机端振解电压判据，即电压低于此值，电厂振解装置动作。

图6 方式2下恒诚厂10 kV母线三相短路故障的电压曲线

采用上述方法，分别设置恒诚厂35 kV母线、克东变35 kV及110 kV母线故障，机端输出电压波动曲线如图7-9所示。

图7 方式2下恒诚厂35 kV母线三相短路故障的电压曲线

图8 方式2下克东变35 kV母线三相短路故障的电压曲线

图9 方式2下克东变110 kV母线三相短路故障的电压曲线

在恒诚厂开机，山口厂、北安厂各开1台机方式下，当恒诚厂35 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.241 02；当克东变35kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.950 85；当克东变110 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.949 48。

2.3 方式3：恒诚厂开机，山口厂、北安厂机组全停

当恒诚厂10 kV出口母线发生三相短路故障，故障点位置位于线路2%处，故障点母线电压在故障时刻降至0。分别设故障点位置1%及99%处三相断线，故障持续时间0.3 s，随后系统发生失步振荡，机端输出电压实时仿真曲线如图10所示，选取第一个波谷值，即电压标幺值为0.258 07作为机端振解电压判据，即电压低于此值，电厂振解装置动作。

图10 方式3下恒诚厂10 kV母线三相短路故障的电压曲线

采用上述方法，分别设置恒诚厂35 kV母线、克东变35 kV及110 kV母线故障，机端输出电压波动曲线如图11-13所示。

图11 方式3下恒诚厂35 kV母线三相短路故障的电压曲线

在恒诚厂开机，山口厂、北安厂机组全停方式下，当恒诚厂35 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.239 93；当克东变35 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.951 99；当克东变110 kV母线发生故障时，机端振解电压标幺值为0.945 05。

图12 方式3下克东变35 kV母线三相短路故障的电压曲线

图13 方式3下克东变110 kV母线三相短路故障的电压曲线

经以上过程的仿真分析，可得出不同开机方式下，系统发生故障后振解装置进行相应动作的判据，如表1所示。结果表明，故障点电压等级越高，机端电压跌落越严重。不同方式下开机对机端电压跌落影响不明显。

表1 各母线发生电网故障时机端电压Table 1 Voltages at generator terminal in case of grid fault of each bus

3 结 语

以黑龙江实际电厂为研究对象，构建了基于典型运行方式、现场实际装置的仿真系统模型，通过对不同开机方式、不同故障位置情况下电网振荡解列判据进行全面的仿真和分析，为振荡解列装置的参数设定提供依据。相较于传统的对典型发电机及电网参数进行静模试验，基于PSASP的仿真技术更能直观、准确地获取振解解列时的机端电压极限值，同现有获取机端振解电压的方法相比较，具有更高的准确性，对电厂制定振荡解列装置参数具有参考价值，为电网安全稳定运行构筑坚实防线。