山东电网暂态低电压切负荷紧急控制的量化分析徐泰山　牟宏　邱夕兆　薛禹胜摘　要　论述了暂态电压安全的参数裕度与轨迹裕度之间的关系，讨论了暂态电压安全的参数裕度的计算方法；以轨迹裕度为基础、参数裕度为表征，对暂态电压安全性进行评估和控制。根据相应的国家标准和山东电网关于暂态过程中的电压要求的调查报告，确定了描述山东电网暂态电压跌落可接受性准则的二元表，提出对暂态低电压切负荷紧急控制系统的配置和参数整定的思路。最后，利用暂态安全定量分析软件FASTEST—NARI对山东电网低电压切负荷控制方案进行了初步工程设计和量化分析。
关键词　暂态电压安全性　低电压切负荷　紧急控制　定量分析　工程设计
分类号　TM712　TM762.4 2QUANTITATIVEANALYSISOFUNDERVOLTAGELOADSHEDDINGSYSTEMFORSHANDONGPOWERGRIDXuTaishan，XueYusheng
NanjingAutomationResearchInstitute,210003,Nanjing,ChinaMouHong，QiuXizhao
ShandongElectricPowerDispatchingCenter,250001,Ji''nan,ChinaAbstract　Amethodofcalculatingtheparametermarginfortransientvoltagesecurityisproposed,andtherelationshipbetweentheparametermarginandthetrailmarginisclarified.Moreover,thetwo-elementtablesdescribingthetransientvoltagedipacceptabilityforShandongPowerGridaresuggestedbasedonbothindustrialinvestigationandtherelevantstandards.Thestrategyforallocatingandsettingemergencycontrolsystemsonundervoltageloadsheddingisproposed,anditsapplicationtoShandongPowerGridisreported.ThetoolusedisFASTEST-NARI,whichisaquantitativeassessmenttoolforbothtransientanglestabilityandtransientvoltagesecurity.
Keywords　transientvoltagesecurity　undervoltageloadshedding　emergencycontrol　quantitativeanalysis　engineeringdesign0　引言
　　电压安全稳定性就是电力系统正常情况下和扰动后维持所有母线电压可接受水平的能力^［1，2］，当前已成为电力系统规划和运行人员关心的主要问题，需要像功角稳定一样重视。
　　各国电力系统已规定了正常情况下母线电压的运行要求，但对故障清除后的暂态电压安全问题的重视则是近年来的事。我国电力系统运行规程中还没有单独规定扰动后母线暂态电压的可接受水平。
　　美国西部系统1996年2次连续发生的大停电事故促使西部系统可靠性委员会（WSCC）在1997年3月提出了新的可靠性准则^［3,4］，明确规定了扰动后母线电压的可接受水平，即扰动后母线电压低于某个给定值的持续时间不能超过预定时段。在这之前，文献［5］也独立提出分别用一组包含电压跌落的门槛值V_cr和可接受的最大持续时间T_cr的二元表（V_cr，T_cr）来描述每个节点对暂态电压跌落可接受性（TVDA）的要求，如果电压低于V_cr的持续时间小于T_cr，则认为该节点的电压跌落是安全的。该文不仅建立了TVDA裕度的概念，而且采用曲线拟合技术计算了TVDA的极限值。文献［6］阐明了多机系统中功角摇摆和感应电动机稳定之间的相互作用，不仅揭示了造成暂态电压失稳多样性的原因，而且定义了感应电动机稳定的裕度，同时提出了提前终止考虑感应电动机负荷的暂态电压稳定（TVS）仿真过程的判据。文献［7］在TVS极限计算策略中应用了自启动技术，并提出了提前终止TVDA仿真过程的判据。文献［8］在上述研究的基础上强调了电力系统的暂态安全应该包括暂态功角稳定和暂态电压安全2个方面，而暂态电压安全又必须同时保证TVS和TVDA两个方面的要求，并提出了电力系统暂态电压安全快速定量评估的统一框架，并在工程软件包FASTEST—NARI^［9］中得到实现。
　　对于严重故障，单靠无功补偿一般难以确保暂态电压安全，往往要用低电压切负荷措施^［10］。在保证TVDA的同时，应避免负荷过切，或先欠切最终导致过切。这显然是低电压切负荷紧急控制装置充分有效运行的先决条件。本文利用电力自动化研究院开发的暂态安全定量分析软件（FASTEST—NARI）来评估山东电网的暂态电压安全性，针对给定的故障集，设计低电压切负荷紧急控制方案，并整定其控制参数。1　山东电网概述
　　山东电网是一个独立省网，电网中部为负荷中心，电网呈现南电中送的格局，其中500kV系统输送电力可达1500MW。电网北部电源少，负荷相对较重，从主网中部转受大量电力。山东电网结构相对较弱，电压稳定水平不高，当系统发生严重故障时，可能造成局部电网瓦解。该电网曾经发生过同类型N-2故障，因此，进行电网分析时已不能局限于只考虑单一故障，还必须考虑同类型N-2故障和重要输电截面中的N-2故障。对于多变复杂的电压安全问题，常用的切机、快关等措施适应性较差，因此精心策划电网低频、低电压切负荷方案对于防止事故扩大造成电网瓦解十分重要。
　　山东电网计划在负荷相对较重、电源相对较弱的中部和北部地区配置多台UFV型低电压切负荷装置。UFV的动作电压u_s过高（或过低）可能引起误切（或拒切），因此，u_s应略高于V_cr。显然，负荷开关本身的动作时间越快越好，但控制装置动作的延时时间t_s则必须与T_cr相配合，一般，t_s应略小于T_cr，过小（或过大）可能引起误切（或拒切）。
　　但是如何在电网中配置低电压切负荷装置，以及如何确定切负荷量则是十分复杂的问题，迫切需要快速的定量分析方法。2　二元表的确定
　　对山东电网的机组和大用户的调查表明：机组厂用系统对低电压的最严要求用二元表表示为（V_cr，T_cr）=（0.73，0.5s），其中V_cr为母线低电压门槛值的标幺值；T_cr为母线低电压允许持续时间。而大用户对低电压的最严要求为（0.70，0.3s）。参考1998年国家标准^［11］，确定山东电网扰动后描述发电机节点和负荷节点的暂态电压跌落可接受性的二元表分别为（0.73，0.5s）和（0.70，0.3s）。因此，山东电网低电压切负荷装置的低电压定值u_s取为0.75，而延时定值t_s取为0.20s。3　TVDA轨迹裕度和参数裕度
　　本文利用文献［4］提出的TVDA轨迹裕度定义和极限值搜索自启动技术，只需要一次仿真计算，就可以直接估计TVDA的故障临界切除时间（CCT）,记为t_cr，则TVDA关于故障切除时间的TVDA参数裕度为［(t_cr-t_c)/t_c］×100，其中t_c为故障实际切除时间。
　　TVDA轨迹裕度是受扰轨迹本身的属性，不隶属于特定的对象参数和目标方向，是TVDA定量化分析的基础。TVDA参数裕度则反映了从参数空间中某一点出发沿对象参数变化方向到达暂态电压可接受边界的距离。运行点在参数空间内向不同方向变化时，TVDA参数裕度不同。
　　上述暂态电压安全性的自动定量分析功能已经被扩展到以EEAC算法为核心的功角稳定定量分析软件包FASTEST—NARI中，成为国际上唯一能同时对暂态功角和暂态电压的安全性实现定量分析的软件。4　低电压切负荷方案设计及量化分析
4.1　基本思路
　　FASTEST—NARI自动形成全网故障表，按各母线不同的二元表（V_cr，T_cr）进行TVDA轨迹裕度和参数裕度全网扫描计算，找出引起系统暂态电压跌落不可接受的故障，形成需要进行保证TVDA的低电压切负荷分析的关键故障表。为了提高计算效率和协调不同故障的控制措施，可以将该故障表重新排队。由于目前的UFV控制装置的控制量不能随不同的故障而改变，因此可按以下规则对得到的关键故障表重新排队：①将不安全母线数目少的故障排在前面，以便在分析其他故障时可以计及已选定的切负荷措施；②对于不安全母线地点相同的若干故障，则先分析安全裕度最负的故障，再校验其他故障；③对于不安全母线的数目相同，但地点不同的若干故障，则先分析安全裕度最负的故障，再分析其他故障。最后，依次对有关故障进行电压安全裕度的灵敏度分析，从而选择最有效的切负荷地点及切负荷量。
4.2　算例与分析
　　取电网高峰负荷条件，对负荷中心附近的电源采取小方式。利用FASTEST—NARI自动形成全网逐条支路三相短路的故障表，进行扫描。对功角不稳定的算例，将自动由EEAC模块搜索出最优稳定控制措施，例如这里采取了切机措施。然后在功角临界稳定的基础上分析暂态电压安全性，挑出导致暂[1][2]下一页