1、大电网环境下失步解列判据存在的问题
保障大电网系统稳定性最关键的问题之一是防止电力系统因整体崩溃、瓦解而造成大面积停电。当电力系统发生严重故障失去同步时, 为防止事故扩大, 常用的控制策略是在失步振荡中心将系统解列。在中国, 失步解列作为防止系统崩溃的最后一道防线得到了广泛的应用。通常是在预先选定的输电断面, 以断开输电线路或解列电厂或变电所的母线来实现。但目前国内工程应用的失步解列判据均基于理想两机系统开发, 与区域电网之间采用边缘联网的模式相适应。随着交直流互联电网特性日益复杂, 在严重扰动导致电网失稳时, 系统呈现的往往不是典型的理想两机振荡模式, 如等值两机系统电压不等、机组不完全同调等因素将对相位角变化规律产生影响。亟需明确基于就地信息解列装置在其不同安装位置、等值两机系统机端电压不等、多群振荡等场景下的适应范围, 针对其不实用性, 制定相应策略。
2、基于相位角的失步解列判据的基本原理及其特点
理想两机方式下, 联络线上检测到的相位角(电压和电流相位的夹角)随功角摆开呈现周期性变化, 基于相位角的失步解列判据是利用解列装置安装处所测量电压和电流的夹角随相对功角正向渐增或负向渐减而变化的规律, 来判断系统振荡的情况并实施解列。其本质是反映了等值两机系统功角差的变化情况。
而另一广泛应用的基于ucos φ的失步解列判据, 要通过监测联络线上电压和电流, 计算出ucos φ的值来模拟失步过程中振荡中心电压变化特征, 通过判断ucos φ穿过的轨迹判断系统是否失步。由两机系统分析可知, 其中起主导作用的仍是相位角的周期变化所决定的。由于引入解列装置的电压监测量, 在线路故障后主保护拒动场景下, 由于后备保护时间较长, 短路近区系统持续低电压, 在后备保护动作前的几个失步周期, 基于ucos φ判别方式的解列判据无法识别出系统失步。因此, 基于相位角解列判据的适应性更好。
3、基于相位角的失步解列判据的适应性及其适用范围
本文重点分析了复杂大电网中易出现的等值机端电压不等、机组不同调(多群振荡)等场景下, 解列装置安装在不同位置时的适应性。具体结论如下:
(1)以失步振荡中心为分界点, 在功角由0摆开至360°过程中, 装设在等值电势电压较高一侧的解列装置, 检测到的相位角变化幅度小于180°, 且电压幅值比越大, 相位角摆开幅度越小, 存在无法连续穿越4个识别区, 不能正确识别系统失步的风险, 且安装位置距离失步振荡中心越远, 相位角变化范围越小, 风险越大。现有解列策略适用于电压幅值比小于1.4的场景。
(2)以失步振荡中心为分界点, 在功角由0摆开至360°过程中, 装设在等值电势电压较低一侧的解列装置, 检测到的相位角从90°摆开至-270°, 能可靠的识别系统失步, 并确定第1个失步周期。但是考虑多个失步周期时, 存在误判失步周期问题。
(3)在多频振荡下, 机组不同调将导致等值机端电压降低, 由于线路两侧母线电压相位差严格反映了系统振荡模式和失步周期。基于相位角解列判据在多频振荡下的适应性和两机系统中一致。
4、提高基于相位角解列判据在复杂场景下的应对策略
针对基于相位角解列判据在复杂场景下的不适应, 本文提出了统一采用解列装置安装处母线流向所监测线路方向为电流参考方向, 在备选解列断面双侧同时配置解列装置, 同时闭锁解列判据振荡中心反方向失步判断逻辑的应对策略。利用备选解列断面双侧同时配置解列装置来可保证至少有一台解列装置能有效识别系统失步, 将失步电网正确解列。闭锁解列判据振荡中心反方向失步判断逻辑的应对策略可避免装设在等值电势电压较低一侧的解列装置, 造成装置误判失步周期的问题。统一采用解列装置安装处母线流向所监测线路方向为电流参考方向, 可简化解列装置整定逻辑。
仿真表明, 采用推荐的应对策略后, 可大大提高该判据在复杂场景下的适应性, 可最大限度减少解列装置误动和拒动的风险。
主要作者及团队介绍
刘福锁, 博士研究生, 高级工程师, 主要从事大电网安全稳定分析与优化控制研究。
电网分析及咨询团队长期从事电网稳定特性分析、控制机理研究、控制策略计算和控制系统设计方面的咨询和服务。用稳定分析手段解决实际电网运行控制中的难题, 并实现原创理论和技术的价值。
本文引文信息：
刘福锁,方勇杰,吴雪莲,等.基于相位角的失步解列判据在复杂场景下的适应性及对策[J].电力系统自动化,2015,39(16):71-75. DOI: 10.7500/AEPS20141126012.
LIU Fusuo,FANG Yongjie,WU Xuelian, et al.Adaptability and Countermeasures of Splitting Criterion Based on Phase Angle in Complex Scenarios[J].Automation of Electric Power Systems,2015,39(16):71-75. DOI: 10.7500/AEPS20141126012.
原标题：【精彩论文推荐】刘福锁, 等: 基于相位角的失步解列判据在复杂场景下适应性及对策
