談電力系統(tǒng)機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)

1、談電力系統(tǒng)機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)朱偉（廣東省佛山電建集團(tuán)公司）機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)基本概念在電力系統(tǒng)“發(fā)輸配用”環(huán)節(jié)中，發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)是兩個(gè)非常關(guān)鍵的部分，它們既是電力形成與傳輸?shù)慕y(tǒng)一體，但在某些“特定”的情況下又是相互矛盾的對(duì)立體。在當(dāng)今電力市場(chǎng)條件下，為了電力系統(tǒng)在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、主設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)選擇上，解決機(jī)組與電網(wǎng)協(xié)調(diào)中的予盾，使其滿足系統(tǒng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，對(duì)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)、變壓器組的關(guān)鍵參數(shù)選擇和運(yùn)行約束做出特別的要求，這就是機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)基本概念機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)的意義和主要問(wèn)題電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)是瞬息萬(wàn)變的。由于發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)之間有著非常緊密的電磁聯(lián)系，所以任何波動(dòng)都在相互間造成影響。現(xiàn)代電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)單機(jī)及電源點(diǎn)容量

2、在不斷增大，電網(wǎng)抗單機(jī)和電源擾動(dòng)的能力必須經(jīng)受考驗(yàn)。機(jī)和電源也同樣經(jīng)受電網(wǎng)擾動(dòng)的考驗(yàn)。大機(jī)組和大電網(wǎng)的協(xié)調(diào)，與發(fā)供用電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益息息相關(guān)，直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，并影響到國(guó)計(jì)民生的穩(wěn)定繁榮。1996年1月，北京西部的停電事故；1996年美國(guó)西部電網(wǎng)連續(xù)兩次大停電事故；1999年臺(tái)灣全島長(zhǎng)達(dá)20小時(shí)的停電事故都有力地證明了電力系統(tǒng)運(yùn)行若干問(wèn)題中孰輕孰重。主要問(wèn)題可歸結(jié)為安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行兩個(gè)方面。但安全運(yùn)行是放在頭等重要位置的。安全問(wèn)題電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行主要通過(guò)兩個(gè)層面來(lái)表達(dá)。一是系統(tǒng)承受擾動(dòng)引起暫態(tài)過(guò)程后過(guò)渡到一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行工況。二是在新的運(yùn)行工況下，各種約束條件得到滿足。擾動(dòng)引

3、起的暫態(tài)過(guò)程過(guò)渡到穩(wěn)定工況分靜態(tài)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定等幾個(gè)不同定義的問(wèn)題。事實(shí)上，從電力戰(zhàn)略防御的角度看，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則中，明確提出了電力系統(tǒng)必須具備“三道防線”，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定受到破壞。繼2008年我國(guó)南方冰凍災(zāi)害之后，有學(xué)者提出“三道防線”不夠，應(yīng)當(dāng)設(shè)置“四道防線”，以應(yīng)對(duì)包括自然災(zāi)害在內(nèi)的電力系統(tǒng)“災(zāi)變”的發(fā)生。更有學(xué)者從戰(zhàn)略防御的角度出發(fā)，提出了全局脆弱性評(píng)估體系的建立和決策分析的方法，以構(gòu)建電力戰(zhàn)略防御體系。這些研究都充分說(shuō)明，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)日趨發(fā)達(dá)的當(dāng)今中國(guó)，一定要從“浮燥經(jīng)濟(jì)學(xué)”的價(jià)值觀中掙脫出來(lái)，從電力系統(tǒng)全局最優(yōu)的目標(biāo)，去考慮發(fā)輸配售個(gè)體之間的技術(shù)協(xié)調(diào)以達(dá)到

4、安全運(yùn)行的目的，其次是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行協(xié)調(diào)和利益分配。參數(shù)配合對(duì)電力系統(tǒng)總的要求是，有合理的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備及有功、無(wú)功備用容量；合理控制電網(wǎng)短路電流的水平；能維持電網(wǎng)頻率、電壓的正常水平；發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的設(shè)備參數(shù)應(yīng)合理配合，在正常負(fù)荷波動(dòng)和調(diào)整有功、無(wú)功潮流時(shí)，均不應(yīng)發(fā)生自發(fā)振蕩；在正常運(yùn)行方式下，系統(tǒng)中任何一個(gè)元件（發(fā)電機(jī)、變壓器、線路、母線）發(fā)生單一故障時(shí)，不應(yīng)導(dǎo)致主系統(tǒng)非同步運(yùn)行，不應(yīng)發(fā)生頻率崩潰和電壓崩潰。為此，對(duì)發(fā)電機(jī)組主要電氣參數(shù)選擇應(yīng)符合如下附表1所示、水輪發(fā)電機(jī)組主要電氣參數(shù)選擇應(yīng)符合如下附表2所示、汽輪發(fā)電機(jī)升壓變壓器的短路阻抗選擇應(yīng)符合如下附表3所示的要求。對(duì)于電源的接入，應(yīng)遵循的

5、基本原則是，600MW及以上機(jī)組宜提入500KV或330KV系統(tǒng)。對(duì)于短路電流水平較高的地區(qū)，或600MW以下100MW以上的機(jī)組，可接入220KV系統(tǒng)。運(yùn)行約束就發(fā)電機(jī)組而言，自身應(yīng)具有一定的抗擾動(dòng)和某種特殊狀態(tài)運(yùn)行的能力。比如：小擾動(dòng)下具有一定的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定能力，能承擔(dān)一定的不平衡負(fù)載，具有一定的有功無(wú)功調(diào)整能力，能承受一定的短路沖擊等。但它的承受能力是有局限性的。例如：發(fā)電機(jī)單機(jī)容量越大，耐振蕩的能力越小，承受短路電流標(biāo)么值越?。贿M(jìn)相運(yùn)行時(shí)端部發(fā)熱、不平衡運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子過(guò)熱等問(wèn)題更加突出等。為了滿足實(shí)際的需要，對(duì)發(fā)電機(jī)的頻率電壓的運(yùn)行要求，如下圖1所示：圖1發(fā)電機(jī)頻率電壓運(yùn)行限值圖中X軸為頻率，

6、Y軸為電壓。發(fā)電機(jī)應(yīng)在1區(qū)內(nèi)運(yùn)行，3點(diǎn)為額定運(yùn)行點(diǎn)。2區(qū)內(nèi)運(yùn)行受溫度和溫升的限制。所以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格地規(guī)定了允許運(yùn)行的偏移和對(duì)應(yīng)的允許時(shí)間。對(duì)于發(fā)電機(jī)失磁異步運(yùn)行，GB/T7064作了規(guī)定。600MW及以上機(jī)組的允許運(yùn)行時(shí)間和減負(fù)載方式由用戶與制造廠協(xié)商決定。 水輪發(fā)電機(jī)一般不允許失磁運(yùn)行。對(duì)于不平衡負(fù)載下運(yùn)行，不同容量和不同轉(zhuǎn)子冷卻形式的機(jī)組，其負(fù)序電流分量I2與額定電流IN之比I2/IN應(yīng)符合GB755規(guī)定。對(duì)于失步運(yùn)行，振蕩期間電流沖擊超額定值，因?yàn)槎ㄗ永@組端部的受力與電流的平方成正比，若電流小于70的三相短路電流，最大受力雖小于三相短路時(shí)的1/2，仍可能破壞發(fā)電機(jī)繞組端部的緊固性。正常

7、運(yùn)行時(shí)定子繞組端部處于長(zhǎng)期的100Hz振動(dòng)力作用下，若因過(guò)流沖擊產(chǎn)生結(jié)構(gòu)松弛，固有頻率也會(huì)隨之改變，可能出現(xiàn)共振，即使沒(méi)形成整體共振，松弛現(xiàn)象也必然逐漸加重，最后是絕緣損壞引起事故。因此，當(dāng)引起系統(tǒng)振蕩的故障點(diǎn)在發(fā)變組外部時(shí)，汽輪發(fā)電機(jī)最多能夠承受至少520個(gè)振蕩周期，以便系統(tǒng)盡可能快速恢復(fù)穩(wěn)定。當(dāng)故障點(diǎn)在發(fā)變組內(nèi)部時(shí)應(yīng)立即啟動(dòng)失步保護(hù)。 事實(shí)上電網(wǎng)的擾動(dòng)，不論以何種形式表現(xiàn)，都會(huì)引起機(jī)組扭振，造成旋轉(zhuǎn)部件的疲勞和壽命損耗。但只要遵守有關(guān)規(guī)程和導(dǎo)則的規(guī)定，對(duì)發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)都是安全的。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)對(duì)發(fā)電機(jī)從設(shè)計(jì)制造的角度出發(fā)，提出的建議是，小于0.5 pu的功率波動(dòng)，合閘相角差小于

8、10°的準(zhǔn)同期并列，不對(duì)電機(jī)壽命造成損耗。單相重合閘每次沖擊的壽命損耗應(yīng)遠(yuǎn)低0.1%。軸系總壽命損耗一部分應(yīng)當(dāng)用于嚴(yán)重?cái)_動(dòng)，如機(jī)端短路1次，120°誤并列1次，近處三相短路并快速切除3次，近處三相短路并較慢切除1次。（每次疲勞壽命損失超過(guò)1%的要限制次數(shù)）。三相故障、三相重合閘和次同步諧振建議不予考慮。結(jié)束語(yǔ)機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)是自電力系統(tǒng)存在以來(lái)就具有的一個(gè)基本問(wèn)題。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和技術(shù)的變遷，需要研究的問(wèn)題還會(huì)不斷涌現(xiàn)。但是，電力戰(zhàn)略防御系統(tǒng)的構(gòu)建，如果能在實(shí)體構(gòu)成之初的電力規(guī)劃、可行性研究等階段就納入深刻地分析和論證的話，對(duì)以后的運(yùn)行指導(dǎo)將會(huì)更有意義。已建成投運(yùn)的大機(jī)組，通過(guò)E

9、MS系統(tǒng)中的高級(jí)分析軟件，不斷地對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行品質(zhì)進(jìn)行狀態(tài)分析，也可提供寶貴的分析數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累。附表1 汽輪發(fā)電機(jī)基本參數(shù)要求額定功率P(MW)定子電壓（kV）短路比功率因數(shù)Xd（飽和值、）Xd(飽和值、%)T'd0（s）范圍推薦值100P<30010.5、15.750.450.620.80.850.85152512186.89.9300P<60018、20、22、240.40.60.80.850.85202615186.28.8600P<100020、22、240.40.580.850.90.9242815218.29.01000 24、270.40.50.90.9223515218.810.0附表2 水輪發(fā)電機(jī)基本參數(shù)要求額定功率P(MW)定子電壓（kV）短路比功率因數(shù)Xd（飽和值、）Xd(飽和值、%)Xq（飽和值、）X''q（飽和值、）T'd0（s）范圍推薦值50P<20010.5、13.81.01.40.80.90.8530352023477018236.310.8200P<40015.75、18、201.01.40.850.90.92128161881-84208.314.4