GB T 26399-2011 电力系统安全稳定控制技术导则.pdf
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1、ICS 29.240 K 45 gB 中华人民=lI工-、和国国家标准GB/T 26399-20门电力系统安全稳定控制技术导则Technical guide for electric power system security and stability control 2011-06-16发布2011-12-01实施、数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会发布G/T 26399-2011 目次前言. . III 1 范围.2 规范性引用文件.3 术语和定义4 安全稳定控制总则35 预防控制.5 6 防止电网失稳的控制.7 防止电网崩溃的控制.8 8 恢复控制.
2、9 稳定计算分析和控制策略10 对稳控装置/系统的技术要求.13 11 规划设计.12 安全自动装置运行管理I GB/T 26399-2011 前言本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由全国量度继电器和保护设备标准化技术委员会静态继电保护装置分标准化技术委员会(SAC/TC 154/SC 1)归口。本标准主要起草单位:南方电网技术研究中心、国家电网调度通信中心、南方电网调度通信中心、南京南瑞继保电气公司、中国电力科学研究院、中南电力设计院、西南电力设计院、华东电力调度通信中心。本标准主要起草人:吴小辰、周济、曾勇刚、黄河、陈松林、孙光辉、马
3、世英、张立平、刘汉伟、黄志龙、许涛。皿GB/T 26399-20门电力系统安全稳定控制技术导则1 范围本标准规定了电力系统三道防线的内容、设防要求;对预防控制、防止电网失稳的控制、防止电网崩溃的控制及恢复控制等,提出了控制目标、控制原则、应用条件等;对电力系统稳定控制所涉及的规划设计、科研制造、生产运行提出了原则性要求。本标准对确保电力系统安全稳定运行、防止大面积停电事故的各方面工作具有指导意义。本标准适用于各级电网及所有并网运行设备和系统,各级发电、输电、供电、用电企业和用户以及从事安全稳定控制系统的科研、设计、制造和运行等均应遵照执行。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的
4、。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 14285 继电保护和安全自动装置技术规程DL 755 电力系统安全稳定导则DL/T 478 静态继电保护及安全自动装置通用技术条件3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3. 1 有关电力系统性能的定义3. 1. 1 可靠性reliability 电力系统在长时间内供给用户合乎质量标准和所需数量的电能的能力。注2电力系统可靠性通常包括充裕性和安全性两个方面,通常为概率指标。3.1.2 充裕性adequacy 电力系统在稳态条件下,并且系统元件的负载不超出其定额,
5、母线电压和系统频率维持在允许范围内,考虑系统元件计划和非计划停运的情况下,供给用户所需电能的能力。3.1.3 安全性security 电力系统在运行中承受故障扰动(例如突然失去电力系统的元件,或短路故障等)的能力。通过两个特性表征:a) 电力系统能承受住故障扰动引起的暂态过程并过渡到一个可接受的运行工况。b) 在新的运行工况下,各种约束条件得到满足。3. 1. 4 稳定性stability 电力系统受到事故扰动后保持稳定运行的能力。通常根据动态过程的特征和参与动作的元件及控1 G/T 26399-20门制系统,将稳定性的研究划分为静态稳定、暂态稳定、小扰动动态稳定、长过程动态稳定、电压稳定及频
6、率稳定。3. 1. 5 完整性integrity 发输配电系统(bulkpower system)保持互联运行的能力。3. 1. 6 三道防线3. 1.6. 1 第一道防线Fir吐.-defence-Iine在电力系统正常状态下通过预防性控制保持其充裕性和安全性(足够的稳定裕度),当发生短路故障时由电力系统固有的控制设备及继电保护装置快速、正确地切除电力系统的故障元件。3. 1. 6. 2 第二道防线Second-def ence-Iine 针对预先考虑的故障形式和运行方式,按预定的控制策略,采用安全稳定控制系统(装置)实施切机、切负荷、局部解列等控制措施,防止系统失去稳定。3.1.6.3 第
7、三道防线Third-defence-line 由失步解列、频率及电压紧急控制装置构成,当电力系统发生失步振荡、频率异常、电压异常等事故时采取解列、切负荷、切机等控制等措施,防止系统崩溃。3.2 有关电力系镜安全稳定控制的定义3.2. 1 预防控制preventive control 电力系统正常运行时,为保证电网充裕性和安全性所采取的控制措施。包括发电出力控制、断面功率控制、负荷控制、无功电压控制等。3.2.2 稳定控制stability control 为防止电力系统由于扰动而发生稳定破坏、运行参数严重超出规定范围,以及事故进一步扩大引起大范围停电而进行的紧急控制。分为暂态稳定控制、动态稳定
8、控制、电压稳定控制、频率稳定控制、过负荷控制。3.2.3 失步振荡控制asynchronization swing control 电力系统失去同步发生异步运行时,采取解列联络线或其他再同步的控制措施,以消除电网的异步运行状态,防止事故扩大。为此所采取的控制称为失步振荡控制。3.2.4 恢复控制restorative control 电力系统由于扰动而稳定破坏或崩溃,为恢复系统充裕性而进行的控制。3.2.5 安全稳定控制装置(简称稳控装置)security and stability control device 为保证电力系统在遇到大扰动时的稳定性而在电厂或变电站内装设的控制设备,实现切机、
9、切负荷、快速减出力、直流功率紧急提升或回降等功能,是保持电力系统安全稳定运行的第二道防线的重要设施。2 G/T 26399-2011 3.2.6 安全稳定控制系统(简称稳控系统)security and stability control system 由两个及以上厂站的安全稳定控制装置通过通信设备联络构成的系统,实现区域或更大范围的电力系统的稳定控制。3.2.7 安全自动装置(简称安自装置)用于防止电力系统稳定破坏、防止电力系统事故扩大、防止电网崩溃及大面积停电以及恢复电力系统正常运行的各种自动装置的总称。如稳控装置、失步解列装置、低频减负荷装置、低压减负荷装置、过频切机装置、备用电源自投装
10、置、水电厂低频自启动装置、输电线路的自动重合闸等。3.2.8 系统失去同步的定义两个同调机群惯量中心等值发电机转子之间的功角摆幅超过1800,即判为该系统失去同步,随后功角将在00360。范围内周期变化,该过程称为失步振荡。由于同调机群惯量中心等值发电机转子之间功角测量的复杂和困难,为了便于实际测量,通常将振荡中心两侧母线电压相量之间的相角差从正常运行角度逐步增加并超过180。定义为该系统己失去同步。4 安全稳定控制总则合理的电网结构是电力系统安全稳定运行的基础,应根据国民经济发展的需求,规划、建设相适应的一次网架,满足电力系统安全稳定运行的需要。4. 1 电力系统在扰动下的安全稳定要求4.
11、1. 1 电力系统扰动情况分类电力系统中的扰动可分为小扰动和大扰动两类:小扰动指由于负荷正常波动、功率及潮流控制、变压器分接头调整和联络线功率元规则波动等引起的扰动。大扰动指系统元件短路、断路器切换等引起较大功率或阻抗变化的扰动。大扰动可按扰动严重程度和出现概率分为三类:第I类,单一故障(出现概率较高的故障): a)任何线路单相瞬时接地故障重合成功;b)同级电压的双回线或多回线和环网,任一回线单相永久故障重合不成功或元故障三相断开不重合,任一回线三相故障断开不重合;C)任一发电机跳闸或失磁;d)受端系统任一台变压器故障退出运行;e)任一大负荷突然变化;0任一回交流联络线故障或元故障断开不重合;
12、g)直流输电线路单极故障。第E类,单一严重故障(出现概率较低的故障):a)单回线单相永久性故障重合不成功或无故障三相断开不重合;b)任一段母线故障;C)同杆并架双回线的异名两相同时发生单相接地故障重合不成功,双回线三相同时跳开;d)直流输电线路双极故障。第皿类,多重严重故障(出现概率很低的故障):a)故障时开关拒动;b)故障时继电保护、自动装置误动或拒动;C)自动调节装置失灵;d)多重故障;e)失去大容量发电厂;)其他偶然因素。特殊说明:对于向重要受端系统供电的同一断面又属同一走廊的两回线故障或元故障相继跳闸的情况,可根据电网的重要程度以及相关管理规定纳入到第E类扰动中考虑。4. 1.2 电力
13、系统承受扰动能力的安全稳定标准分为三级:第一级:正常运行方式下的电力系统受到第一类扰动后,保护、开关及重合闸正确动作,不采取稳定控制措施,必须保持电力系统稳定运行和电网的正常供电,其他元件不超过规定的事故过负荷能力,不发生连锁跳闸;但对于发电厂的交流送出线路三相故障,发电厂的直流送出线路单极故障,两级电压的电磁环网中3 G/T 26399-2011 单回高一级电压线路故障或元故障断开,必要时可采用切机或快速降低发电机组出力的措施。第二级:正常运行方式下的电力系统受到第二类扰动后,保护、开关及重合闸正确动作,应能保持稳定运行,必要时允许采取切机、切负荷、直流调制和串补强补等稳定控制措施。第三级:
14、电力系统因第三类扰动而导致稳定破坏时,必须采取措施,防止系统崩溃。4. 1. 3 正常运行安全要求电力系统正常运行时,应能供应全部负荷并保持充裕性和安全性。系统元件负载不超过其允许值,系统频率和母线电压处于正常水平,有足够的稳定储备。应做好电力系统的预防性控制,确保电网正常运行时处于良好的状态,满足上述要求。4.1.4 在某些特殊运行方式下的安全要求若电力系统由于某种原因而处于特殊状态,如事故后状态(运行人员尚未及时调整),或某种特殊情况下需要多送电,在承受上述各类扰动时允许在维持正常供电的条件下适当降低其安全要求,但应备有防止事故扩大的相应措施。4.2 电力系统三道防线总体要求4.2.1 一
15、般规定电网互联方式及电网类型的不同,其稳定性能差别较大,应针对电网互联方式及电网类型做好电网的规划、设计,采取稳定控制措施,配置相应的稳定控制装置。4.2.2 总体要求a) 合理安排运行方式,在系统正常运行状态下通过监视相关状态量的变化和预警设施,一旦发现偏离正常范围或出现稳定裕度不足时,及时采取预防性校正控制措施,恢复系统的安全性与充裕性。b) 继电保护是应对电力系统元件故障的第一道防线,应加强对继电保护装置及相关回路的运行管理,严防误动与拒动事故;在系统发生异步振荡或同步振荡期间保护装置不应误动作;保护装置定值应与设备过负荷等系统要求相配合;220kV及以上电压等级线路和对稳定影响大的某些
16、重要的110kV输电线路的主保护应双重化配置,并设置断路器失灵保护。c) 基于电网稳定的分析计算,对于4.1.1所规定的故障类型存在稳定问题的电网,配置安全稳定控制系统,设置第二道防线,防止电力系统稳定破坏,确保电网安全稳定运行。d) 对于多重严重故障,应设置第三道防线,防止事故扩大或系统崩溃,避免大范围停电事故。4.3 安全稳定控制系统的配置原则4.3. 1 安全稳定控制系统宜按分层分区原则配置,各类稳定控制措施及控制系统之间应相互协调配合。安全稳定控制系统应尽可能简单实用、安全可靠。稳定控制措施应优先采用切机、直流调制,必要时可采用切负荷、解列局部电网。4.3.2 采用区域型安全稳定控制系
17、统防止暂态稳定破坏时,其控制范围不宜过大。4.3.3 运行方式的安排应尽量避免出现严重的稳定问题或需要配置过于复杂的安全稳定控制系统。4.3.4 对于大机小网型电力系统,在暂时不能满足4.1.2的第一级标准要求、需要采用切机或切负荷措施来提高网络的输电能力时,宜配置稳控系统;稳控系统的设计宜简洁、目标明确、易于实施,并应尽快完善一次网架或实现与大区主网联网来满足4.1.2的第一级标准要求。4.3.5 通信通道是安全稳定控制系统的重要组成部分,为保证控制站之间通信的快速性与可靠性,应优先采用2M光纤数字通道,有条件时可采用专用光纤芯。4.3.6 对于暂态稳定的判别、决策、控制应采用控制策略表方式
18、。离线仿真方法是当前制定控制策略表的主要手段;在线稳定控制决策系统利用电网的实时数据,经状态估计和潮流计算后在线进行稳定分析,形成当前运行方式下的控制策略,并自动刷新稳控装置内的控制策略表,应根据情况逐步实施。4.4 失步解列是电力系统稳定破坏后防止事故扩大的基本措施,在电网结构的规划中应遵循合理的分4 GB/T 26399-2011 层分区原则,在电网的运行时应分析本电网各种可能的失步振荡模式,制定失步振荡解列方案,配置自动解列装置。远方大电厂与主网失去同步时可采用切除部分机组实现再同步的措施,但应具有规定时间内再同步元效进行解列的后备措施。4.5 低频及低压自动减负荷是防止电力系统有功功率
19、或无功功率突然缺额引起的频率崩溃或电压崩溃事故的有效措施。各电网应考虑系统内可能发生的最严重的事故情况,并配合解列点的安排,制定低频及低压自动减负荷方案,配置相应的自动减负荷装置,落实切负荷量。发电厂还应根据具体情况设置解列及保厂用电的自动装置。4.6 在大区电网互联后,系统的低频振荡对电网的安全运行构成潜在的威胁,应研究分析电网的低频振荡模式,实施预防性控制手段;尽量避免可能诱发低频振荡的运行方式,并实现低频振荡检测报啻功能,对判明的振荡源实施减出力、提高励磁增加元功出力或解列等控制措施,尽快平息系统振荡,防止事故扩大。4. 7 电力系统全停后应尽快恢复电网的供电,应结合本网具体情况做好黑启
20、动预案,定期进行黑启动演习,注意恢复启动过程中的功率平衡,防止发生自励磁、频率及电压大幅度波动,确保恢复过程中系统的稳定性。5 预防控制5. 1 预防控制是在系统正常运行时调整系统工作点,保持系统安全稳定裕度,以实现:a) 保持系统功角稳定性并具备必要的稳定裕度;b) 保持系统频率于规定范围并具有必要的运行备用容量;c) 保持母线电压于规定范围并具有必要的电压稳定裕度;d) 防止电网元件过负荷Fe) 保持系统必要的阻尼水平,防止发生低频振荡。5.2 功角稳定预防控制5.2. 1 控制目标电力系统在正常运行时,应通过预防控制来控制潮流和电压水平,保持电网功角稳定运行并具有必要的稳定储备,保证系统
21、在发生第I类大扰动时不致出现功角稳定问题。当系统由于某种原因(例如恶劣气象条件引起的负荷大幅度增长)导致功角稳定储备不足进入啻戒状态时,应通过预防控制返回至正常安全状态。5.2.2 控制方法a) 监视系统功角、联络线潮流等运行参数及其变化趋势,按照事先制定的运行控制要求或在线安全分析与决策系统提供的结果进行相应控制。b) 控制方法包括但不限于下述方法:增减发电机的出力、停用抽水状态的蓄能机组、水轮机及燃气轮机快速启动、人工切除部分负荷、改变交直流功率分配等。5.3 频率异常预防控制5.3.1 控制目标通过预防控制使系统频率维持于规定范围,监视、评价电厂和整个系统的旋转备用容量和分布,保证电网一
22、次和二次调频能力,维持系统频率和联络线潮流于目标值。5.3.2 控制方法a) 监视系统频率、联络线潮流、运行备用等运行参数及其变化趋势,按运行实际值与预定目标值的偏差相应调整发电功率及潮流分布,使实际运行值符合目标值。b) 控制方法包括但不限于下述方法:增减发电机的出力、启停蓄能机组、水轮机及燃气轮机发电GB/T 26399-2011 机组快速启动、人工切除部分负荷、直流功率调制等。5.4 电压异常预防控制5.4. 1 控制目标按分层分区原则,通过预防控制合理调整系统无功功率,维持系统电压于规定范围,保持适当的元功功率储备,保持系统在预定的扰动情况下或由于某种原因负荷大量变化时的电压稳定性。5
23、.4.2 控制方法a) 监视关键节点的运行电压及其变化趋势,按照事先制定的运行控制要求进行相应的控制调节。b) 控制方法包括但不限于下述方法:调整发电机元功功率,投切元功补偿设备、投退输电线路、转移负荷和改变交直流功率分配等。c) 电力系统正常电压调节应尽量使用并联电容器、并联电抗器、变压器分接头调节等措施,将元功备用留在运行发电机组上,尤其是负荷中心的发电机组。供电变压器的带负荷调压COLTC)应在高压侧电源电压过低(例如低于0.95UN)时停止使用。d) 电网中厂、站的元功电压自动控制系统CAVC)应满足维持母线电压于规定范围并具有必要的电压稳定裕度的要求。e) 在对具体电力系统研究分析的
24、基础上,积极采用可控高压并联电抗器、静止元功补偿器CSVC)、动态无功补偿CSTATCOM)等系统动态元功补偿设备,加强电网的动态无功支撑,改善系统的电压稳定性。5.5 防止过负荷的预防控制5.5. 1 控制目标通过预防控制使系统潮流合理分布,维持元件输送功率在热稳定允许范围内,并具备必要的稳定储备,保证系统在发生第I类大扰动时不致出现电网元件过负荷。5.5.2 控制方法a) 监视系统元件功率等运行参数及其变化趋势,按照事先制定的运行控制要求或在线安全分析与决策系统提供的结果进行相应控制。b) 控制方法包括但不限于下述方法:增减发电机的出力、启停蓄能机组、水轮机及燃气轮机快速启动、人工切除部分
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