多重扰动下的跨区电网低频振荡研究张煊

多重扰动下的跨区电网低频振荡研究张煊

张煊1钱毅2王建维3

（1.新疆独山子石化公司电力调度所新疆克拉玛依833699；2.新疆独山子铁路运输公司新疆克拉玛依833699；3.新疆独山子供水供电公司变电运行车间新疆克拉玛依833699）

摘要：我国区域电网互联相关的低频振荡问题日益突出。由于互联电网规模的增加，电网的复杂性和各种随机因素的影响电网的安全与稳定，有必要进行系统、深入研究多个扰动下电网的低频振荡。

关键词：多重扰动；跨区电网；低频振荡；

分析跨区电网在多重扰动下的功率振荡情况，研究运行方式对跨区电网稳定性的影响，结果表明某一地区电网运行方式的改变对该地区电网和与之相连的电网稳定性均有重要影响，鉴于此，提出了一种通过监测事故链各组成部分的发生顺序和电网薄弱环节来预防低频振荡事故的方法，为电网规划调度运行提供参考。

一、多重扰动的概念

电力系统是复杂的非线性大系统，一个地方的扰动形成后，可能传播到其他的节点，导致其他节点扰动的发生。在电网中，扰动是无时不在并且呈现出某种关联现象的，伴随一个扰动的产生、传播、消散（或发散）过程，系统中又可能引发新的扰动，并且调度中针对扰动所采取的安稳措施，对电网来说也是一种新的扰动。所以在进行大电网的安全稳定分析时，仅仅考虑单一扰动是不能反映实际电网运行特性的，而应视扰动为引起系统运行状态变化的多个事件（如切机、切负荷、励磁调节器动作、调速器动作等）在时间、空间、类型上组合而成的综合效应，即多重扰动。大量的仿真计算研究和分析表明：多重扰动是导致电网发生低频振荡事故的一个重要原因。多重扰动是一种动态变化的过程，由于电网的自适应能力，单一扰动对电网的影响可能很小，但是当引起系统运行状态变化的多个扰动事件在时间、空间、类型上组合引起系统的运行状况不断改变时，电网的运行状态可能呈现不断恶化的趋势，最终出现低频振荡事故。多重扰动是在同一时间序列中，电网中连续发生改变运行状况的扰动，研究发现，无论是电网自身故障造成的扰动，抑或是为此采取的安稳措施，均会对电网稳定产生一定的影响，因此，应该根据系统实际发生的扰动情况进行研究。受扰动种类、扰动地点、扰动时间等因素的影响，扰动组合方式多样，任意扰动序列的组合计算量大且多与电网实际情况不符，事故链方法利用输电线路故障可能造成的影响构造多重扰动序列，符合电网实际，且计算简单方便，因此，以事故链方法为例，说明跨区互联电网进行多重扰动下低频振荡研究的必要性。

二、事故分析

1.8月20日某电厂正进行3号发变组的并网投产工作，11时35分左右，已完成该机组的发电机短路、发变组短路、发变组空载零起升压至额定值、同期核相试验、假同期试验，并同时测定励磁系统参数及保护装置的检查试验，准备进行并网带负荷试验。正进行3号发变组自动准同期并列时，3号机组出口630开关B相发生爆炸。（B相开关爆炸）

2.经过7610ms，由于故障电流幅值和持续时间均达到金锑III、IV线侧零序IV段整定值，故220kV金锑III、IV线零序保护动作跳闸切除故障，某厂3号机与系统隔离，某B厂220kV母线失压。（线路相继跳闸）

3.11：35：43～11：35：50，华中500kV主网大范围功率振荡，华中电网斗江线、鄂湘联络线、鄂赣联络线、鄂豫联络线、鄂渝联络线等发生了不同程度的功率振荡，频率为0.5Hz左右，持续约6s左右时间。（发生频率为0.5Hz左右的低频振荡）

4.由于系统阻尼较强，在扰动源消除后，低频振荡现象得到抑制，振荡很快就自动平息，电网自动迅速恢复平稳运行。2016年8月20日某厂开关爆炸事故导致华中主网大范围功率振荡事故的起因是“某B厂3号机组出口630开关B相爆炸”，这对于特高压联网后的华中电网来说属于“小扰动”，这一“小扰动”的发生并没有直接导致系统发生功率振荡，而是这一重的“小扰动”诱发了后面的保护动作，即“220kV金锑III、IV线零序保护动作”，金锑III、IV线跳闸，这虽然是针对小扰动采取的安稳措施，但对于系统来说，安稳措施也相当于一种扰动，系统正是在经历了这两重扰动以后，发生了功率振荡现象。因此这也是一次以“小扰动”为起点，时域上连续经历一个扰动序列后才导致系统发生低频振荡的实例。

三、基于事故链的跨区电网低频振荡分析方法

文献详细叙述了事故链的基本原理以及基于事故链的电网低频振荡分析方法。事故链理论就是通过利用某种因果联系将事故发生的各种影响因素相结合，分析目标事故发生的各种可能性。由于电网发生较多的主要是线路故障，输电线路故障后，电力传输路径的破坏导致系统潮流转移，可能引起其他线路相继过载或保护误动，出现新的线路故障，随着电网结构的改变，电网稳定性可能恶化，阻尼下降，导致低频振荡事故的发生。分析实际区域电网时，任意选取某条500kV输电线路故障作为事故链的初始环节，通过中间环节预测指标F综合考虑线路的潮流变化、过负荷裕度及故障线路对预测线路的影响三方面因素确定事故链的下一级线路故障，最终以低频振荡的发生作为事故链的最终结果，标志着一条事故链的生成。在此基础上对该区域电网的所有500kV线路进行事故链扫描，生成事故链集合，根据事故链集合可以确定电网的薄弱环节。中间环节预测指标F的具体定义为

（1）

假设第i条事故链Ti（j-2）环节失效的线路是k-2，Ti（j-1）环节失效的线路是k-1，Tij环节失效的线路是k，Ti（j+1）为预测环节，待预测线路为k+1。式中，分别代表事故链Li在Tij、Ti（j-1）和Ti（j-2）环节发生后线路k+1上的复功率；为线路k+1的功率极限，采用线路的自然功率；分别代表事故链Li在Ti（j-1）、Ti（j-2）环节发生后线路k、k-1上的复功率；分别采用a、a、bβg、r作为线路的潮流变化、过负荷裕度及故障线路对预测线路的影响三个方面的评价指标；通过设定一定的权重系数合考虑三方面的影响进而确定中间环节预测指标F，从式（1）的定义可以看出：a值越大反映了某一线路故障后非故障线路的潮流变化越剧烈；β值越大表明该线路越接近过载；r值越大则反映了非故障线路受故障线路的影响越明显。综合而言，指标F越大，表明该线路成为下一级故障线路的可能性越高。基于事故链的跨区电网低频振荡分析方法既可应用于电网规划，也可应用于在线监测、预防。在进行电网规划时，可以对全网进行事故链的扫描，根据事故链集合与所确定的电网薄弱环节，分析所制定的电网结构与电网运行方式下的潜在危险，以便对电网制定的运行方式和电网存在的薄弱环节提前采取调整、控制措施。实际运行时，通过在线获取电网实时的运行数据，滚动计算对各区域电网分别进行事故链的扫描，生成事故链集合，并确定各区域电网的薄弱环节，调度运行部门可以根据事故链集合与所确定的电网薄弱环节进行监控，当电网故障按照事故链组成环节的序列发生时，应及时发出预警；当电网的薄弱环节面临故障危险或者已经发生故障时，也应发出预警。

总之，通过“8.20”事故分析可知，多重扰动是互联大电网发生低频振荡的重要因素。电网故障造成的扰动以及为此采取的安稳措施，均可能对电网稳定产生一定的影响，因此，应该根据系统实际发生的扰动情况进行研究。随着跨区电网的互联，某一地区电网运行方式的改变将可能影响整个电网的安全稳定。比较不同运行方式下的事故链生成过程发现，即便某一地区电网运行方式并未发生改变，但是受到与之相连的地区电网运行方式改变的影响，该地区电网也可能出现薄弱环节，危害电网稳定，进一步验证了进行跨区电网多重扰动下低频振荡分析的必要性。

参考文献：

[1]朱煌，浅谈多重扰动下的跨区电网低频振荡研究.2017.

[2]石海涛.我国智能电网背景下的低频振荡应对研究综述.2017