钢铁厂电力系统潮流稳定分析.pdf

总第 1 5 9期 2 0 1 6年 第1期 山西冶金 S HAN XI ME T AL L UR GY T o t a l 1 5 9 No 1 2 O1 6 攀 嚷 静觳 攀 恭 l D O I ：1 0 1 6 5 2 5 c n k ic n 1 4 - 1 1 6 7 tf 2 0 1 6 O 1 3 4 钢铁厂电力系统潮流稳定分析 李贺昌， 程 宝芳， 沈军 ( 首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源与环境部， 河北唐山0 6 3 2 0 0 ) 摘要： 对发电系统、 用电负荷变化情况及电网发生的各种故障进行 了分析， 通过电力系统潮流计算及稳定性 分析进行各种 系 统故障的研究和仿真。仿真结果表明， 现有电网具有很好的恢复稳定运行的能力。 关键词： 发电机电力系统稳定分析 中图分类号： T M7 1 1 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 2 1 1 5 2 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 9 4 0 3 电力系统 的稳定运行是一个复杂的系统 ，除基 本的监控系统外还包含电网综合应用( P A S ) 功能。 电力系统的潮流分析和稳定计算是研究电力系统稳 态运行情况的一种模拟工具，主要根据给定的系统 运行条件及一次接线情况确定整个电力系统各子部 分的运行状态 ， 例如各母线的电压 、 各元件 中流过的 电流和功率、 系统的功率损耗等n 。 对于实际运行中的电力系统， 通过潮流计算可以 检验所提出的电力 系统规划方案能否满足各种运行 方式的要求； 通过潮流分析及稳定计算可以预知各类 负荷变化和系统运行结构的改变是否会危及系统的 安全， 系统中所有母线的电压是否在国标允许的范围 内， 系统中各元件( 线路、 变压器等) 是否会出现过负 荷以及在出现过负荷时采取哪些措施等。 1 电力系统基本计算模型 电力系统是由发电厂、 变电所、 输电线及用电负 荷组成 的， 是现代社会 中最重要 、 最庞杂的工程系统 之一。电力网络是由变压器 、 电力线路等的变换、 输 送、 分配电能设备所组成的。 1 1 发电机计算模型 发电机相量图如 1 所示，其输出的有功功率 P 和功角 的关系为 2 ： P = E q U s i n t X d ( 1 ) 式中： 为发电机定子电势； U为发电机机端电压 ； 为发 电机电抗。 发电机运行曲线如图 2 所示，发电机的定子电 势 日 与励磁电流 ， e 有关 。厶大则 大， 小则 E 收稿 日期 ： 2 0 1 5 1 1 2 1 第一作者简介： 李贺昌( 1 9 8 4 一) ， 男， 现从事电气系统运行管 理工作 ， 工程 师。 小 。 假定发电机原来在迟相情况下运行 ， 对应 的功角 特性为图 1 中的曲线 1 。 此时， 励磁电流 所对应的 电势为 E ， 则此曲线的幅值为 P l= U s in t ， 在输出 有功功率 P l 时， 运行点为 所以对应的功角为 6 ， 。 降低励磁电流， 使发电机在低励磁电流 的状态下 运行 ， 此 时， 与 对应 的电势为 E 对应 的特性 曲 线为曲线 2 ， 其幅值为 尸 2 = U s i n a 。 在输出有功功率 不变的情况下， 运行点变为 ， 所对应的功角为 ， 显然， 8 2 8 ， 6 ： 角更接近 9 0 。， 更易失去稳定， 因此应 尽量使功角远离 9 0 。在实际运行中需要根据试验 确定机组进相稳定运行的能力。 0 。 1 P d H 图 1 隐极式发电机相量图 图 2 发电机功角特性曲线 1 2 电力变压器计算模型 双绕组变压器等值 电路 电阻 R ： 。 1 00 0 S 式中： P k 为变压器 的短路损耗 ， k W； S 为变压器额定 容量， M V A； 为变压器额定电压， k V 。 双绕组变压器等值 电路电抗 X T - 。 式中： 为变压器的短路电压百分数。 双绕组变压器等值电路电导 G = 。式 1 0 0 0 中： P n 为变压器的空载损耗 ， k W。 2 0 1 6年第 1 期 李贺昌， 等： 钢铁厂电力系统潮流稳定分析 双绕组变压器等值电路电纳 B T = 竺 。 式中： 1 0 0UN ， n 为变压器的空载电流百分数。 2 P S AS P系统 电力系统分析综合程序 ( P o w e r s y s t e m A n a l y s i s S o ft w a r e P a c k a g e ， P S A S P )是一套历史悠久、功能强 大、 使用方便的电力系统综合分析程序嘲 ， 在电网基 础数据库、固定模型库以及用户定义模型库的支持 下， 可进行电力系统( 发电、 输电、 变配电、 用电系统) 的各种计算， 包括： 稳态分析下的潮流计算、 网络损失 分析 、 最优潮流和无功优化 、 静态安全分析 、 谐波分 析、 静态等值； 故障分析下的短路计算、 复杂故障计算 以及继电保护整定计算； 继电暂态分析下的暂态稳定 计算、 直接法暂态稳定计算、 电压稳定计算、 干扰稳定 计算、 控制系统参数优化与协调以及电磁机电暂态分 析的次同步谐振计算。 P S A S P的计算功能还在不断发展、 完善和扩充。 P S A S P有着友好方便的人机界面 ，如基于图形的数 据输入和 图上操作 ， 自定义模型 以及图形 、 曲线 、 报 表等各种形式输出。 P S A S P 是一个资源共享、高度集中和开放的大 型软件包， 其结构共分为三层： 第一层是公共数据和 模型的资源库； 第二层是基于资源库的应用程序包； 第三层是计算结果库和分析工具。 具体如图3 所示。 计算结果库 T + 潮流计算 +最优潮流和无功优化 + 暂态稳定 +直接法暂态稳定 短路 电流 +电压 稳定 小干 扰静 态稳 定 长过 程动 态稳定 + 静态安全分析 +静态和动态等值 +网损分析 +继电保护整定与仿真 参数优化与协调 电磁 一机电暂态分析 +谐波分 析 +马达 起动 由 卤 卤 卤 图 3 P S A S P三层体 系结构图 P S A S P的电网基础数据库是支 持 P S A S P各种 计算的公用数据库， 分为元件公用参数数据库和基 本元件数据库， 完成电力系统各元件的数据描述。 每 个数据库按元件不同又设置了多个数据表。元件公 用参数数据库在基本元件数据库中， 其中有些元件 ， 如发电机及调节器( 调压 、 调速 、 P S S ) 存在着不同的 记录中含有相 同数据的情况 基本元件数据库主要 是存放输电线、 变压器、 一次设备( 发电机、 负荷、 直 流、 静补) 和二次装置( 调压器、 调速器、 P S S 等) 等系 统元件 的数据。 3 电力系统稳定分析 3 1 两台 3 0 0 M W 发电机组升压变分接头变化对 系统的影响 两 台机组升压变 电压等级共有五档。分析时考 虑机组双机出力， 发电与有功负荷平衡， 将机端电压 控制在 2 0 k V。通过仿真测试升压变分接头在不同 单位情况下主节点电压波动情况 ， 如表 1 所示 。 表 1 电压变化比较 分头位置 + 2 + 1 O 一 1 - 2 电压波动 + 5 O + 2 5 O 一 2 5 - 5 0 安各庄 5 O O， 2 3 0 k V + o 6 ， +O 4 一 0 _ 3 - 04 ， + O 8 + O 4 一 0 -3 - 0 4 电压波动 铁钢 、 轧钢 电压波动 + 1 9 + 1 O 一 O 8 - 0 9 从表 1 可以看出，自备发电机组升压变的分接 头调节对 附近的 2 2 0 k V铁钢 、轧钢站影响在 2 k V 以内，而对主系统各站的电压造成的波动小于 1 k V， 对主网系统的影响可忽略不计。 从 以上分析可以得出结论 ：按照发电机升压变 分头在 中间位置或 一 1 档位置 ， 铁钢 、 轧钢站变压器 分头在 目前的 5号档位置计算， 2台3 0 0 M W 发电 机组按钢厂内负荷平均水平运行 ，自备发电机机端 电压为 2 0 k V ； 并网后运行方式与双机并网前相比， 铁钢、 轧钢站 2 2 0 k V电压波动在 1 k V左右， 安各庄 5 0 0 k V侧电压波动小于 1 k V ，安各庄 2 2 0 k V侧电 压波动小于 0 5 k V， 厂内外各等级电压水平合理， 能 够保证安全稳定运行的需要，各变压器仍可保有上 下调节裕度， 并网前后对主网系统的冲击也很小， 因 此各变压器分头可按此方案 0 位置或 一 1 位置运行。 3 2 轧钢站单台变压器故障对系统的影响 轧钢站一台变压器在 2 2 0 k V侧发生故障，保护 正确动作 故障后 0 1 5 S 跳开 2 2 0 k V侧， 故障后 0 2 S 跳开 1 1 0k V侧， 故障后 2 0 S 的相关振荡曲线如下页 图 4 、 图 5所示 。从变压器故障后发电机及变电站电 压变化曲线可以得出，轧钢站的一台变压器在 2 2 0 k V侧发生故障， 保护正确动作， 网内机组将不会出 现振荡失步现象， 相关各站电压均高于 0 7 5 倍的额 定电压，相关潮流振荡均可在 6 0 0周内基本恢复平 9 6 山西冶金 E - m a i l ： s x y j b j b 1 2 6 c o m 第 3 9卷 一 0 蠹 l 35 一 o 宝 删 时 I可 周 坡 ( 2 0 ms ) 图 4网内发 电机最大摆角 曲线 稳 ， 系统能够保持稳定。 4 结语 通过以上发生各种故障时的系统仿真结果可以 看 出，在系统发生发 电机升压变故 障、 2 2 0 k V变 电 站变压器和母线故障时 ，网内各机组 间未发生振荡 失步情况， 自备厂内两台机组也可以保持稳定， 电压 也能很快恢复 ， 没有发生稳定性 问题 ， 因此证明现有 8 l n 甘 时间 周 波 ( 2 0 ms ) 图 5 5 0 0k V站 电压变化 电网具有很好的恢复稳定运行的能力 。 参考文献 1 高超， 程浩忠， 李宏仲， 等 大容量冲击负荷对地区电网暂态稳 定性 的影 响 J 电网技术 ， 2 0 0 8 3 2 ( 1 ) ： 3 1 3 5 2 高庆雨 企业电网在外部系统故障时的安全稳定性研究 D 天 津 ： 天津理工大学 ， 2 0 1 1 3 陈珩 电力 系统稳态分析 M 北京 ： 中国电力 出版社 ， 2 0 0 7 ( 编辑 ： 胡 玉香 ) Po we r S y s t e m Po we r Fl o w S t a b i l i t y An a l y s i s o f I r o n a n d S t e e l Pl a n t LI He c h a n g ， CHENG Ba o f a n g ， S HEN J u n ( E n e r g y a n d e n v i r o n me n t De p a r t me n t o f S h o u g a n g J i n t a n g Un i t e d I r o n& S t e e l Co ， L t d ， T a n g s h a n He b e i 0 6 3 2 0 0) Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r a n a l y z e s p o w e r s y s t e m， p o w e r l o a d c h a n g e s a n d a l l k i n d s o f f a u l t i n p o w e r鲥d T h rou g h t h e p o w e r s y s t e m fl o w c alc u l a t i o n a n d s t a b i l i t y a n a l y s i s ，t h e r e s e a r c h an d s i mu l a t i o n o f v a r i o u s k i n d s o f s y s t e m f a i l u r e a r e c o n d u c t e d T h e s i mu l a t i o n r e s u l t s s h o w tha t t h e e x i s t i n g g r i d h a s a g o o d a b i l i t y t o r e s t o r e s t a b l e o p e r a t i o n Ke y wo r ds ：g e n e r a t o r ， p o we r s y s t e m， s tab i li t y a n a l y s i s ( 上接第 4页 ) I n fl u e n c e o f M g O AI 2 03 Ra t i o o n M i n e r a l o g i c a l Co mp o s i t i o n Du r i n g I r o n Or e S i n t e r i n g CUI Li mi n， HU Ch a n g q i n g ， W ANG Yu f e n g ( C o l l e g e o f Me t a l l u r g y a n d E n e r g y ， No r t h C h i n a Univ e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， He b e i Ke y L a b o r a t o r y o f Mo d e r n Me t a l l u r g y T e c h n o l o g y ， T a n g s h a n He b e i 0 6 3 0 0 9 ) Ab s t r a c t ：U n d e r t h e c o n d i t i o n o f q u a s i c h e mi c al b a l a n c e ，p h a s e e q u i l i b ri u m me tho d i S u s e d f o r r e s e a r c h i n fl u e n c e o f d i f f e r e n t Mg O A1 2 03 r a t i o o n mi n e r a l o g i c a l c o mp o s i t o n o f t wo t y p e s o f A1 2 0 3 d u ri n g i r o n o r e s i n t e r i n g XRD an d S E M E D S are u s e d f o r m i n e r al o gi c al c o m p o s i t i o n a n a l y s i s and mi c r o s t r u t u r e o b s e r v a t i o n o f o r e s a m p l e s ， r e s p e c t i v e l y T h e r e s u l t s s h o w u n d e r 1 3 0 0 ， t h e b a s i c i t y o f s i n t e r i S 2 0 ，t h e ma i n mi n e r als wh i c h c o n t a i n t wo k i n d s o f A 1 2 0 i i o n o r e p o wd e r h a v e l i t t l e d i f f e r e n c e W i t h t h e i n c r e a s e o f Mg O A1 2 03 r a t i o ， t h e mi n e r a l s s u c h a s ： ma n e t i t e ， c alc i u m s i l i c a t e ， c a l c i u m f e r r i t e are i n c r e a s e d ； A 1 i s d e c r e a s e i n c alc i u m f e r r i t e s o l i d s o l u t i o n ， t u r n i n g S F C A t o S F C A I ， a n d e me r g e n c e o f S F C AM w h i c h c o n ta i n r i c h M Ke y w o r d s ： Mg O A 1 2 0 3 r a t i o ， i r o n o r e s i n t e r ，c a l c i u m f e r r i t e ， m i n e r al o gi c al c o mp o s i t i o n ：兮