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李伏才1，左剑2，呙虎2，陈道君2，钟伟1，胡瑧2，向萌2 (1.国网湖南省电力有限公司，湖南长沙410004；2.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南长沙410007) 摘要：传统的发电机旋转备用容量确定方法往往是取单机机组的最大容量或者是负荷的固定百分比，但随着电网新能源以及直流等电力电子设备的大量接入，为保障电网在发生故障后的稳定运行，特别是故障后的系统电压恢复，需要配置更多的旋转备用。本文从原理以及仿真的角度分析了发电机旋转备用对于湖南电网电压稳定的影响，为指导大比例新能源以及直流接入电网运行提供参考。 关键词：旋转备用；电压稳定；无功储备；N-1原则 电力系统运行中,为了防止由于负荷波动或机组随机停运等原因造成的有功功率供需不平衡,必须配置一定容量的发电机旋转备用作为保障。传统的旋转备用配置方法主要有两种：负荷百分比法和最大在线机组法。负荷百分比要求系统的旋转备用容量必须高于各时段负荷的某个固定百分比;而最大在线机组法则规定旋转备用容量必须高于最大的在线机组容量,以保证当系统中某一机组发生故障停运时有足够的备用容量来应对功率缺额,这种方法也被称为 “N-1原则”〔1-3〕。上述两种方法前者侧重于负荷波动和预测误差,后者侧重于机组故障导致的随机停运,虽然侧重点不同,但都是针对于系统的有功缺额,在实践中得到了非常广泛的应用。 随着大量的新能源以及直流接入湖南电网,系统的稳定问题,尤其是故障后电压稳定问题越来越突出,除传统旋转备用应对由于负荷波动或机组随机停运导致的有功缺额外,湖南电网需要预留更多的旋转备用以保障发生故障后系统电压恢复和稳定运行〔4-6〕。本文通过分析旋转备用对系统故障后发电机组无功出力和系统电压恢复的影响,以及湖南电网实际仿真案例,阐述了预留足够的旋转备用容量对于确保湖南电网稳定运行的必要性,为高比例新能源以及直流接入的电力系统运行提供参考建议。 我试着去切自己的鼻梁骨，他妈的还真是不疼。我为什么不疼？对了，死了的人是不懂得什么叫疼了。我又试着朝墙壁走过去，还真是他妈的给走过去了。墙壁竟然拦截不住我了。 1 电力系统旋转备用旋转备用一般是指运行正常的发电机维持额定转速,随时可以并网,或已并网但仅带一部分负荷,随时可以加出力至额定容量的发电机组。系统旋转备用容量可以看作上述发电机组的最大功率之和与系统发电负荷之差。由于新能源 (风电和光伏)机组以及直流一般不作为旋转备用,因此某个局部系统的旋转备用容量可以表示为： 式中Rt为系统t时段旋转备用容量, 经济全球化，跨国公司对中国经营战略就是“本地化”。中小制造企业应当“不求所有，只求所在”，站在当地产业链的需求上，主动成为其中的一个关键节点，承担一个关键任务，培养自己的核心业务。以压缩机械产业为例，国内铸件、电机轴承、冷却器等已经成熟，但是螺杆主机方面还欠缺。应当抓住时机，利用自己的螺杆主机技术来填补市场空白，成为螺杆主机生产的核心企业。 (2)每测温1次，应记录、计算每个测温点的升降值及温差值，及时绘制各点的温度变化曲线和断面的温度分布曲线。  2 旋转备用与系统电压稳定系统电压是保障电力系统稳定运行的一个重要指标,电力系统的运行电压取决于无功功率平衡。发电机是电力系统重要的无功电源,除此以外,无功电源还有同步调相机、电容器以及静止补偿器,上述三种又称为无功补偿装置。 以一简单的系统说明发电机无功与系统电压之间的关系,如图1所示。  图1 发电机接入系统示意图 图中E·为发电机端电势,V·为系统电压,X为发电机与系统的联系电抗。 随着外商投资、私营等企业的发展，嘉兴市就业机会越来越多，农民的非农就业水平也由于义务教育的普及和职业技能的培训有所提高，更能适应高技能、高效率的工作。因此更多农民在考虑劳动力机会成本的条件下，选择从事非农产业，降低了对土地的依赖程度。劳动力从第一产业到第二、三产业的大量转移，导致农业耕作的劳动力严重不足，推动了农村土地流转[8]。  由此可得：  当发电机电势一定时 (即励磁电流为定值时),Q与V的关系是一条开口向下的抛物线。 在任何一个时刻,电源的无功出力与负荷的无功功率与网络的无功损耗之和相等,以简单网络来说明,假定系统的无功功率负荷为感应电动机,且不考虑系统的网络无功损耗,电源无功与负荷无功功率平衡关系如图2所示。  图2 电源无功与负荷无功平衡关系 图2中发电机无功曲线1与感应电机负荷无功曲线2相交于a点,两条曲线交点a确定了系统电压V a,或者说在系统电压V a时,电源无功与负荷无功达到了平衡。 总之，农村的小学数学中，学困生现象出现的原因是多方面的，所以教师应根据这些原因采用有针对性的解决措施，只有这样，才能使学困生的学习水平慢慢提高。 当感应电机负荷功率增加,如果电源机端电势不变 (励磁电流不变),这时曲线1与功率增加后感应电机无功曲线 2′相交于 a′点, 显然 从图2可以分析得到,当发电机减少旋转备用容量时,为保持系统电压,需要增加励磁电流,而增加系统稳态运行时励磁电流,将减少发电机动态无功储备,限制故障后发电机所能提供的动态无功出力,从而降低故障后系统的电压稳定性。反之,发电机增加功率旋转备用容量,可以增加发电机的无功储备,在故障切除恢复阶段发电机将提供更多的无功支撑,提高故障后系统的电压稳定性。因此,发电机保持一定容量的旋转备用可以提高系统电压稳定性。 国内各个学者对于副词的范围问题由于各抒已见，尚未达成统一的观点，对于有关副词的词类属性，词类划分以及范围等问题都未能形成让各学者赞同的通说。 3 旋转备用对故障后电压支撑效果的仿真分析以湖南电网夏季大负荷方式为例,对比某电厂机组在不留旋转备用以及预留26%旋转备用情况下,同一条500 kV线路发生三永短路接地故障后机组对于系统电压支撑效果。由图3和图4可知,不论是在故障期间 (1 s～1.1 s)还是故障清除后的恢复期间 (1.1 s～2.0 s),发电机留有旋转备用时的无功出力都要大于不留旋转备用时的无功出力,且留有旋转备用时500 kV母线电压恢复速度都要快于不留旋转备用时的母线电压恢复速度。  图3 不同旋转备用条件下故障期间无功出力曲线 图4 不同旋转备用条件下故障期间母线电压曲线 以上仿真对比分析表明留有旋转备用将使得发电机作为无功电源具备更多的动态无功储备,在故障切除后恢复阶段能为系统提供更多动态无功支撑,加快电压恢复速度,提升系统电压稳定性。 4 旋转备用对湖南电网电压稳定影响分析湖南电网新能源装机比例已经超过全省总装机10%,2017年投运的祁韶特高压直流额定输送容量为8 000 MW,高比例新能源以及大功率直流接入湖南电网后,系统电压稳定问题突出。以湖南电网夏季大负荷方式且直流大送电方式为例,分别对比省内主要火电预留15%旋转备用以及18%旋转备用两种条件下,电网发生500 kV线路三永短路接地故障后系统电压恢复情况如图5、6所示。 图5 故障后系统电压曲线(预留15%旋转备用) 图6 故障后系统电压曲线(预留18%旋转备用) 由图5和图6可知,在设定的运行方式下,当省内主要火电机组预留15%旋转备用时,湖南电网无法在故障后保持电压稳定,将省内主要火电机组旋转备用率提升至18%,湖南电网在故障后电压保持稳定,因此,该设定运行方式下,湖南电网主要火电机组至少需要预留18%以上的旋转备用容量。由此可见,预留充足的旋转备用对于湖南电网稳定运行十分必要,且需要对各个运行方式(不同负荷水平、不同直流输送功率等)分别进行仿真分析和安全校核,以确定在保障安全稳定运行的前提下系统所需旋转备用容量最小,兼顾安全和经济性。 5 结语本文对旋转备用对机组的动态无功储备、故障后机组无功出力以及系统电压稳定进行了理论分析,并结合湖南电网实际仿真案例,分析了充足的旋转备用对于电网安全稳定运行的必要性。对于高比例新能源以及直流接入且电压稳定问题突出的电网,为确保电网安全稳定和经济运行,需要对各个典型运行方式分别进行仿真分析和安全校核,以确定兼顾安全和经济性的所需最小机组旋转备用容量。 参考文献 〔1〕王乐,余志伟,文福拴.基于机会约束的最优旋转备用容量确定 〔J〕.电网技术,2006,30(20)：14-19. 〔2〕苏鹏,刘天琪,李兴源.含风电的系统最优旋转备用的确定〔J〕. 电网技术,2010,34(12)： 158-162. 〔3〕王彩霞,乔颖,鲁宗相.考虑风电效益的风火互济系统旋转备用确定方式 〔J〕.电力系统自动化,2012,36(4)：16-21. 〔4〕葛炬,王飞,张粒子.含风电场电力系统旋转备用获取模型〔J〕.电力系统自动化,2010,34(6)：32-36. 〔5〕夏澍,顾劲岳,葛晓琳,等.风光联合优化配置的多目标机会约束规划方法 〔J〕.电力系统保护与控制,2016,44(6)：35-40. 〔6〕吴瑧,刘军,谢胤喆,等.含风电安全约束机组组合的旋转备用优化 〔J〕.电力系统及其自动化学报,2015,27(1)：86-91. Analysis of Influence of Spinning Reserve on Hunan Power Grid Voltage Stability LI Fucai1,ZUO Jian2,GUO Hu2,CHEN Daojun2,ZHONG Wei1,HU Zhen2,XIANG Meng2 Abstract：The traditional method of determining the generator spinning reserve capacity depends on the maximum capacity of single unit in system or the fixed percentage of load.But with high penetration of renewable energy and large amount of connected power electronic equipment such as DCtransmission,in order to ensure the system stability,especially the recovery of system voltage after fault clearance,more capacity of spinning reserve is needed comparing with traditional method.In this paper,the influence of spinning reserve on Hunan power grid voltage stability is analyzed with theoretical analysis and system simulation.It provides reference for system operation with high penetration of renewable energy and DC power. Key words：spinning reserve;voltage stability;reactive power reserve;N-1 principle 中图分类号：TM712.2 文献标志码：A 文章编号：1008-0198(2019)02-0069-03 doi：10.3969/j.issn.1008-0198.2019.02.017 收稿日期：2019-03-20 作者简介 李伏才 (1963),男,本科,高级工程师,主要从事电力系统分析、电网调度及生产工作。 左剑(1980),男,博士,高级工程师,主要从事电力系统分析、运行规划校核工作。 |
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分别是t时段机组i最大可用出力以及机组组合系数(0或1),
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分别是t时段新能源、直流以及与区外交流联络线路功率,Dt是t时段局部系统负荷值。
