摘要: 电网发生部分乃至全部停电事故后, 系统恢复目标是在尽可能短的时间内对尽可能多的负荷恢复供电。 这就要求各电网制定可行的恢复方案, 适时更新并且利用检修时机进行现场实验和仿真。 文中给出了几个国外典型恢复案例分析和经验, 对其他电力公司制定电力系统恢复方案有一定的借鉴价值。
0 引言
近年来, 电力工业的快速发展极大地提高了供电可靠性。 然而, 由于电力系统中存在着诸多不可预知的因素, 如天气、 人员误操作等, 系统发生部分停电乃至全部停电的可能性依然存在。由于对电力系统恢复问题的研究起步较晚, 目前还没有适用于不同电网的恢复工具, 这就迫切要求各电网根据各自的实际网络结构制定各自的恢复计划。系统大面积停电是低概率事件, 因此无论是调度人员还是电厂、变电站的操作人员都没有太多的实际经验[1 ]。 本文选择了国外近年来几个具体的系统恢复方案进行了分析。
1 电力系统恢复的基本策略
电力系统恢复的基本策略有两种[2 ]:
a. 串行恢复。串行恢复是在大多数发电机并网前对整个网络进行充电。串行恢复主要问题是高压输电系统充电时产生的无功常常超出实施充电的发电机的无功吸收能力, 可能会导致线路末端出现过电压。 因此, 这种方式更适用于没有长输电线的小系统, 或是有高无功吸收能力的以水电为主的系统, 或是服务区域比较紧凑的大系统。 对于其他系统, 通常是在系统发生部分停电事故或是有联络线援助情况下选用串行恢复。
b . 并行恢复。并行恢复是将系统分成几个子系统同时恢复, 各子系统同步后整个网络再连接起来。系统完全瓦解或没有任何外部互联援助时, 常常采用并行恢复。 在系统全黑情况下, 子系统同步恢复能显著缩短恢复时间。
2 国外典型案例分析
近10 几年来, 国外发生了多起大停电事故。事故发生后, 瑞典、 加拿大、 以色列等都对停电事故进行了分析, 对恢复方案进行了总结和修订。 其他国家的一些电力公司依据自身电网的特点制定了相应的恢复计划并对计划的可行性进行了现场实验和仿真。本毕业论文由无忧论文网www.51lunwen.org整理提供从这些恢复方案中可以看出系统恢复遵循一些共性的规律和原则, 如将系统分裂成几个有自启动能力的子系统, 子系统恢复到一定程度后联网运行。但是不同的系统又各有特性, 应充分利用这些特点加快整个恢复的进程[3～ 16 ]。下面给出了几个具有代表性的案例。
2 . 1 洛杉矶系统低电压大规模城市电网恢复[10 ]
纽约大停电后, 许多大的城市供电网开始投入大量的人力和物力进行系统恢复方案的研究和实验。由于洛杉矶系统有大容量的抽水蓄能水电站且服务区域比较紧凑, 洛杉矶水电局LADW P (Lo sA ngeles Depar tmen t of W ater and Pow er) 在制定系统恢复方案时选择串行恢复策略, 串行恢复如果成功, 就能保证汽轮发电机组在临界时间内热启动,加快恢复进程。为了控制系统充电时线路出现过电压, 他们提出了一种新的网络充电方案: 在发电机运行在极低电压情况下, 对供电区尽可能大的输电网进行整体充电。为了验证发电机运行在低电压情况下对整个网络充电方案的可行性以及实施方案可能会遇到的困难,LADW P 进行了仿真和现场实验。 主要考察的问题包括: ①实施充电的发电机机组的电压工作范围; ②暂态电压情况。
2 . 1 . 1 LADW P 系统描述
LADW P 系统主要为洛杉矶市供电, 在其服务区内有一个 220 kV 和 138 kV 输电系统, 与Sou thern Califo rn ia Edison 公司的系统相连。还与西部 500 kV 输电系统相连, 但是由于其过大的容性无功, 两个相邻系统不能作为黑启动电源。 服务区内或靠近服务区的发电机组主要包括4 个燃油或燃气蒸汽发电厂和Castaic 发电厂——大容量泵储水电站。其中Castaic 发电厂具有黑启动能力, 而且离服务区很近, 所以被选为黑启动电源对系统充电, 为蒸汽机组提供启动电源。对充电系统的潮流计算表明, 如果 Castaic 发电厂高压母线电压不超过207 kV (0 . 9, 标幺值) , 230 kV 系统电压最高值(1 . 05)将出现在Scat tergood 发电厂。当同步发电机给纯容性负载充电时, 潮流计算只给出电压的稳态值。暂态电压通过发电机等值电路计算获得, 通过现场实验来验证。
2 . 1 . 2 实验系统描述
黑启动情况下, 大的空载输电系统对发电机而言为容性负载, 基于这一特征, 可以通过充电同等容量的大电容器来做仿真和实验。 在距Castaic 发电厂20 英里(约 32 km ) 处有一高压直流变流站——Sylmar 变流站, 该站有 6 组 80M var 的电容器, 总容量为480M var。实验系统确定为Castaic 发电厂和Sylmar 变流站以及它们之间的输电线路。
2 . 1 . 3 准备工作
a. 发电机实验。确定Castaic 发电厂发电机组的实际工作电压范围。机组容量为250MVA , 机端额定电压为17 . 25 kV , 静止励磁机。实验确定最小励磁情况下发电机端电压为 2 kV , 但是在这个电压下频率装置和同期表的读数不可靠。为了解决这个问题, 必须将各机组在额定电压下同步, 然后将各机组电压同时减少到需要值, 当3 台机同步时, 电压稳定最低极限值是3 kV。
b . 对实验系统进行潮流计算。 Castaic 发电厂4台发电机充电5 组电容器和6 组电容器的潮流结果如表1 所示。
c . 暂态电压升计算。通过发电机空载等值电路和带上电容器负载后等值电路, 可以很方便地计算出各相电流, 在已知每相容抗后, 能够求出暂态电压。计算结果如表2 所示。
2 . 1 . 4 实验过程及结果
实验系统和系统隔离, 所有设备和电源断开。 在 
Castaic 发电厂选择一条与系统、 实验系统都隔离的母线, 4 台机组以额定转速并列在该母线上, 机端电压同步减到3 kV , 然后合上电容器开关。首先是合上 1 组, 然后 2 组、 3 组, 当投入 5 组时, 机端电压从3 kV 升到 7 . 5 kV , Castaic 发电厂母线电压从40 kV 升到 105 kV , Castaic 发电厂 230 kV 母线上无功负荷是- 90 M var, Sylmar 变流站电压为112 kV , 无功负荷为- 88M var。然后, 电压以每次1 kV的速度升到 15 . 5 kV , Castaic 发电厂母线电压最大值为 215 kV , 最大无功负荷为- 415 M var,Sylmar 变流站最大电压为 232 kV , 最大无功为- 423M var。投入 6 组电容器时, 机端电压从3 kV升到 12 . 5 kV , Castaic 发电厂母线电压从 40 kV 升到 176 kV , 无功负荷为- 330M var, Sylmar 变流站电压为191 kV , 无功负荷为- 356M var。 然后, 电压以每次1 kV 的速度升到 14 . 5 kV。Castaic 发电厂母 线 最 大 电 压 为 207 kV , 最 大 无 功 负 荷 为- 460M var; Sylmar 变流站最大电压为 225 kV , 最大无功负荷为- 482M var。
实验结果与潮流计算结果十分接近。 实验证明:用Castaic 发电厂的 4 台机组对整个LADW P 服务区内的网络充电的方案是可行的。但是采用这种恢复方式时, 要确保水电机组有足够的无功吸收能力,至少能够吸收网络充电时产生的无功。
2 . 2 NPPD 大型燃煤火力发电厂的黑启动[4 ]
系统发生大面积停电事故甚至全黑情况下, 大型火电厂恢复的快慢直接关系到整个恢复进程的快慢,N PPD (N eb raska Pub lic Pow er D ist r ict)对系统大面积失电(甚至全黑)且无外援情况下, 用远方小水电充电大型火力发电厂GGS (Gerald Gen t lemanStat i on )的方案进行了全面的分析、 仿真和现场实验。GGS 总装机容量为1 300MW , 共2 台机, 每台650MW。在夏季负荷高峰时GGS 能带N eb raska地区1ö 3 的负荷。一旦GGS 启动, 能对整个地区的电网充电, 从而加快恢复进程。小水电选择GGS 东部距其 23 英里(约 37 km )的N PHS (No r t
