小水电系统孤网运行的分析研究

小水电系统孤网运行的分析研究

徐宝琦徐大勇陈涛威

（广东电网有限责任公司惠州供电局电力调度控制中心广东惠州516001）

摘要：惠州电网小水电资源丰富，通过35kV、10kV上网的小水电共计248座，小水电主要分布在惠东县、龙门县境内。实际电网运行中多次出现因110kV线路故障跳闸导致小水电上网片区孤网运行的情况。通过收集惠州电网小水电的资料，在DTS仿真系统上将小水电上网机组等效为可调节的机组模型，设置仿真条件，按照实际运行定值整定保护、重合闸动作逻辑，在仿真系统上实现了孤网运行的仿真，可以通过仿真系统实时获取孤网系统的频率、电压等运行参数，然后可以通过调节孤网机组出力或负荷使孤网系统频率、电压满足同期并列条件，尽快恢复与主网的并列运行。

关键词：小水电；机组模型；孤网运行；DTS仿真

1前言

惠州电网水电资源丰富，除白盆珠、天堂山水电厂、剑潭电厂等通过110kV线路上网的电厂外，还有许多径流式小水电，主要通过35kV、10kV线路经110kV官厅站、永汉站、香溪站、花竹站、左潭站、瑶乡站、多祝站、宝口站等变电站上网。在实际电网运行过程中多次发生110kV上网线路故障，因重合闸不满足同期条件不动作且110kV母线有电压备自投装置不动作等原因造成片区孤网运行。通过DTS仿真系统建立小水电机组模型，对小水电上网片区进行孤网仿真，研究孤网的频率、电压等运行参数调节，通过仿真指导实际运行工作如何快速使孤网满足同期并列条件。

2惠州电网OPEN-3000DTS仿真系统目前存在的问题

通过仿真系统能够通过保护维护功能配置设备保护、重合闸、备自投及稳控等自动装置动作逻辑，能够对调整后发电机和负荷功率的变化、潮流的变化和系统频率的变化过程进行静态仿真计算。

DTS系统在设计之初并没有考虑地方电网小机组接入系统，所有35kV、10kV出线为负荷模型，没有对小水电机组进行建模。因此即使在仿真系统上面通过取实际电网负荷断面内小水电上网片区的35kV、10kV线路潮流流向系统，且片区电源与负荷平衡的情况下，在断开110kV上网线路后，系统默认为该片区失压，不能够对该片区进行孤岛仿真。

为了研究孤网运行电压频率特性，需要在小水电上网的母线上构建小水电发电机模型，实现在主网线路故障的情况下，并且满足孤网运行条件时，实现孤网运行仿真。

3小水电发电机模型的建立

3.1小水电机组分布情况

为了进行小水电机组等效，首先需要收集小水电机组参数及上网线路等原始资料。惠州电网目前小水电站数量248座，总装机容量305MW，电站名称、装机容量、上网线路等参数示例如表1所示：

表1：惠州电网部分小水电机组参数

3.2等效小机组模型的建立

根据DTS图模数据库发电机组建模的要求，首先以35kV、10kV母线为单位，梳理各35kV、10kV母线上网的小水电机组，根据参数叠加的原理将同一35kV、10kV母线上网的小水电机组等效为一台机组，设置等效机组的额定功率、额定出力、额定电流、有功下限、有功上限、无功下限、无功上限参数。其中额定功率等于各小水电机组装机容量叠加；额定出力等于额定功率；额定电流等于相应电压等级的额定功率换算值；有功下限统一设置为0；有功上限由于实际小水电机组出力根据来水量及水库水位情况等因素决定，各小水电来水量及水库水位情况很难实际统计，故在仿真条件下设置有功上限等于额定出力。无功下限统一设置为0；无功上限根据小水电上网功率因数不小于0.95的要求，统一设置为0.05倍的额定功率。

表2：DTS仿真系统部分小水电等效机组参数

在安全一区，以EMS系统的Oracle数据库作为模型数据源，通过建立实际电力系统的数学模型（35kV、10kV发电机模型），直接实现小水电等效机组-35、10kV母线的小单元接线。

4多祝站片区小水电系统孤网运行仿真案例

4.1仿真片区电网结构分析

如图1所示，110kV多祝站110kV部分为单母线接线方式，主供电源为110kV东多线1510，备供线路为110kV平多线1511，110kV备自投投入。110kV白盆珠电厂经多祝站110kV母线上网。110kV东多线1510线路重合闸东澎站侧投检无压，多祝站侧投检同期方式。多祝站110kV东多线1510开关保护动作跳闸出口通过二次回路硬接点联通110kV多白线1516开关跳闸出口回路，实现110kV东多线1510线路故障联切多祝站110kV多白线1516开关的效果，目的是为了避免该片区独立网运行，但是根据实际运行情况来看，110kV东多线1510线路瞬时性故障后东澎站侧开关重合成功，多祝站侧开关跳闸后联切110kV多白线1516开关，但因为该片区负荷较轻，多次因为小水电电源与负荷相对平衡导致片区孤网运行，因孤网与主网的频率、电压、相角差不满足同期并列条件，重合闸不动作；因110kV母线通过35kV、10kV反送电，电压高于110kV备自投动作门槛，110kV备自投不动作。其中根据小水电上网情况在多祝站35kVI母线上设置“职创发电机10”，在多祝站10kVII母上设置“职创发电机11”。

4.2小水电孤岛仿真验证

通过仿真系统设置110kV东多线1510线路永久性故障，在仿真系统内实现多祝站片区孤网运行。

步骤如下：

①仿真前投入多祝站职创发电机10及职创发电机11，调节职创发电机11出力减少上网线路潮流。

②为了更加直观地展示孤岛仿真的效果，本次仿真只涉及110kV多祝站，仿真开始前断开无需参与仿真的变电站110kV多宝线1515开关。

图1:110kV多祝站片区电网图

③通过设置110kV东多线1510线路永久性故障，稳控逻辑动作联切110kV多白线1516开关，多祝站孤网运行成功。

通过DTS总控台中常用工具-系统频率功能，可以实时获取主网与孤网的频率。根据孤网与主网的频率差额确定孤网的调控方案，本次仿真中孤网频率比主网频率低2.68Hz，可以考虑切除负荷增加小水电机组出力的方法降低孤网的有功差额，提高孤网的运行频率。实际运行情况中小水电机组出力一般较难调节，一般通过切除负荷或切除机组上网线路的方法进行调控。

图2（1）：机组出力调节前后孤网运行频率

图2（2）：机组出力调节前后孤网运行频率

仿真过程中可以通过对职创发电机调节出力，使孤网系统频率与主网频率趋于一致，记录发电机出力调节量，可以近似地得出系统调控的负荷量，本次仿真通过增加职创发电机机组1.1MW的出力，使得孤网与主网的频率趋于一致，对于实际工作的指导意义为可考虑切除孤网运行片区负荷约1.1MW的负荷线路，孤网的频率将与主网趋于一致。

5结论

本文结合惠州实际小水电上网情况，通过DTS系统构建小水电机组模型，根据实际电网情况在仿真系统内设置重合闸方式、同期装置、稳控逻辑等自动装置逻辑，达到小水电上网片区孤网运行的仿真效果，可以真实地获取孤网的频率、电压等运行参数，为事故处置情况下孤网调控提供了技术支撑，改变以往的孤网处置先停后送的处置思路，可提高小水电上网片区的供电可靠性。

参考文献：

[1]张元胜，林欣然等。含小水电配网负荷模型实用化方法。电工电能新技术，2012,10.

[2]徐大勇，王毕元。基于OPEN-3000DTS仿真系统的惠州电网黑启动平台的搭建。电工技术，2016.09.

作者简介：

徐宝琦（1987-），男，惠州供电局调控中心,工程师，技师，从事电力调度工作。

徐大勇（1981-），男，惠州供电局调控中心,高级工程师，高级技师，技能专家，从事电力调度工作。

陈涛威(1985-)，男，惠州供电局调控中心,研究生学历，工程师，从事电力调度工作。