云广直流并联运行时南方电网系统模型简化的研究.pdf

2 0 1 0 年第4 卷第2 期 2 0 1 0 ，V 0 1 4 ，N o 2 南方电网技术 S o U T H E I t NP O W E RS Y S T E MT E C H N O L O G Y 系统、配置与方法 S y s t e m C o n f i g u r a t i o n & M e t h o d 文章编号：1 6 7 4 - 0 6 2 9 ( 2 0 LO ) 0 2 0 0 3 9 - 0 4中图分类号：T M7 4 3 ：T M 7 1 1文献标志码：A 云广直流并联运行时南方电网系统 模型简化的研究 赵勇1 ，欧开健1 ，张东辉2 ，金小明1 ( 1 南方电网技术研究中心，广州5 1 0 6 2 3 ；2 西门子公司输电部，德国爱尔兰根9 1 0 5 8 ) 摘要：云广8 0 0k v 直流输电工程的功能试验及动态性能试验、多直流相互影响研究等研究项目需要应用E M T D C 和 R T D S 等仿真软件进行必要的仿真研究，从而提出了含有8 0 0k V 云广直流的南方电网系统模型的简化问题。由于南方 电网规模巨大，必须在保持南方电网主要特征的前提下建立简化模型。通过分析云广特高压直流加入后南方电网的特， 生， 划分同调机组，进行等值化简，并对等值系统参数进行了优化，最终建立了南方电网的等值模型。在短路容量、系统潮 流、暂态稳定等方面的计算和比较表明，等值网络的特征和原始网络基本一致，可以用于E M T D C 和R T D S 仿真研究。 关键词：南方电网；云广8 0 0k v 直流输电工程；特高压；系统模型；动态等值 S t u d yo nR e d u c e dS y s t e mM o d e lo fC h i n aS o u t h e r nP o w e rG r i d w i t h Y u n n a n G u a n g d o n g 8 0 0k VD C T r a n s m i s s i o nS y s t e m Z H A OY o n 9 1 ，O UK a i j i a n l ，Z H A N GD o n g h u i 2 ，J I NX i a o m i n 9 1 ( 1 C S GT e c h n o l o g yR e s e a r c hC e n t e r , G u a n g z h o u5 10 6 2 3 ，C h i n a ； 2 P o w e rT r a n s m i s s i o nD i v i s i o n ，S i e m e n sA GE r l a n g e n9 1 0 5 8 ，G e r m a n y ) A b s t r a c t ：T h eF P T D P Tt e s ta n dm u l t i i n f e e dH V D Cs t u d yo fY u n n a n G u a n g d o n gU H V D CP r o j e c ta l ei n v o l v e di nE M T D Ca n d R T D Ss i m u l a t i o ns t u d ye s s e n t i a l l yiilG1,a n dt h u sa ns s u er i s e sw h a tSt h es u i t a b l em o d ef o rC h i n aS o u t h e r nP o w e rG r i d ( c s w i t h Y u n n a n G u a n g d o n g 士8 0 0k V D CT r a n s m i s s i o nP r o j e c t S i n c ei t i Si m p o s s i b l et Oe s t a b l i s had e t a i l e dm o d e lf o rC S Gi nE M T D Co r R T D So w i n gt oi t sl a r g es c a l e ，a ne q u i v a l e n tm o d e lo fr e d u c e ds c a l eb u tw i t ht h ek e yc h a r a c t e r i s t i c so ft h eo r i g i n a lg r i di sr e q u i r e d T h i sp a p e rs e t su pa ne q u i v a l e n tm o d e lo fC S G t h r o u g ha n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co fC S G w i t ht h eU H V D C p r o j e c t ，c l a s s i f y i n gi t s c o h e r e n tg e n e r a t o r s ，r e d u c i n gi t sn e t w o r ks t r u c t u r ef o re q u i v a l e n t ，a n do p t i m i z i n gt h ep a r a m e t e r so ft h er e d u c e ds y s t e m 。C a l c u l a t i o n a n dc o m p a r i s o no v e rt h es h o r tc i r c u i tc a p a c i t y , t h ep o w e rf l o wa n dd y n a m i cr e s p o n s ea r ec a r r i e do u t ，a n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h e e q u i v a l e n ts y s t e mh a sag o o da p p r o x i m a t i o nt ot h eo r i g i n a lo n e ，a n dt h u si tc a nb eu s e di nt h eE M T D Ca n dR T D Ss i m u l a t i o ns t u d y K e yw o r d s ：C h i n aS o u t h e r nP o w e rG r i d ( C S G ) ；Y u n n a n G u a n I g d o n g + 8 0 0k V D CT r a n s m i s s i o nP r o j e c t ；U H V D C ；s y s t e mm o d e l ； d y n a m i cr e d u c t i o n 为确保云广8 0 0k V 直流输电T 程按期投产， 需要应用E M T D C 和R T D S 等仿真软件建立含8 0 0 k V 云广特高压直流的南方电网交直流并联运行的 系统模型，进行该直流工程的功能试验及动态性能 试验、多直流相互影响等仿真研究。由于南方电网 的规模巨大，必须建立能保持南方电网主要特征的 简化模型，才能应用于R T D S 和E M T D C 的仿真研 究1 1 2 1 。 本文基于2 0 1 0 年丰大方式，建立了含有云广特 此项目为南办电网云广直流工程第二批关键科研项且。 高压直流的南方电网的简化网络，在减小网络规模 的同时，保证等值网络的特征和原始网络基本一致。 1 仿真模型对系统等值的要求 1 1 云广直流的功能试验、动态性能试验及直流多 落点研究对系统等值的要求l 列 在云广直流的功能试验和动态性能试验巾，可 将该直流系统以外的电力系统等值为连接到该直流 系统两端换流母线上的等值电源，但该直流系统及 其控制保护逻辑应在仿真模型中详细描述，或采用 实际的直流控制保护装置进行实时闭环仿真研究。 万方数据 南方电网技术第4 卷 而对于交直流电力系统中交直流之间和各回直 流之间的相互影响方面的试验和仿真研究，动态等 值时应保留以下子系统：各回直流均应保留并详细 描述；多回直流起落点附近的交流主网架；与直流 系统并联运行的交流通道；比较重要的一些发电机 组。等值简化系统的潮流计算结果与原系统的潮流 分布应保持一致，各个直流输电换流站的短路容量 应与原系统的保持一致；满足动态性能研究要求， 等值简化系统与原网的动态特征应保持一致。 1 2E M T D C 对网络规模的要求 E M T D C 仿真研究，理论上对于系统的模型没 有限制。系统规模越大，建模的难度越大，潮流收 敛性越差，仿真的时间越慢；若减小系统规模，则 等值化简过程会丢失较多的系统特征。 1 。3 R T D S 对网络规模的要求 R T D S 实时仿真系统硬件以板卡为基本单元， 包括3 P C 卡、G P C 卡、I R C 卡、W I F 卡等。在进行 云广直流的功能试验、动态性能试验和直流多落点 等研究时，南网研究中心的大规模R T D S 实时数字 仿真系统平台将具有2 0 个单元( 2 0 R a c k s ) 的仿真 规模，共含有6 0 张G P C 卡、4 张R P C 卡和6 4 张 3 P C 卡的硬件处理板卡，可具备连接两回5 0 0k V 直流输电系统实际的直流控制保护装置的仿真能 力。按该规模进行测算，该R T D S 仿真系统最多可 存放大约4 7 台机，1 1 8 个节点，3 0 6 条线路。 2 系统模型研究的手段和方法 根据研究目的和等值方法的不同，动态等值的 方法主要包括以下3 种：同调等值法，主要适应大 扰动下的暂态稳定分析【3 - 5 1 ；基于线性化系统状态方 程的模式等值法，主要适应小扰动下的动态稳定分 析【“7 】基于系统动态响应来估计和辨识外部系统及 其等值参数的方法【8 圳。 本文主要采用电科院基于同调法的动态等值程 序进行等值化简。基本步骤如下：确定研究系统； 判别同调机群；对同调发电机母线进行合并化简； 网络的化简；发电机及其控制系统模型的聚合以及 参数的确定。 3 系统模型研究结果 考虑留有一定的裕度，R T D S 的等值规模以4 0 台等值机左右为宜。 通过对2 0 1 0 年的南方电网网络结构和机组的 同调性进行深入的研究，确定用于功能试验及动态 性能试验、直流多落点研究的等值网络可以采用相 同的等值模型。如图l 所示，系统中共有1 3 2 个节 图1 等值系统结构全图 F j g 1D i a g r a mo ft h eE q u i v a l e n tS y s t e m 万方数据 第2 期 赵勇。等：云广直流并联运行时南方电网系统模型简化的研究4 1 点，2 2 3 条线路，7 6 台变压器。其中保留了南网电 网的大多数5 0 0k V 节点和线路，以及北郊和天生桥 换流站的2 2 0k V 母线，并将全网的发电机等值为 3 9 台等值机。在等值过程中，同调机群按地理位置 接近且稳定曲线基本同调的机组进行划分，同调发 电机母线采用恒等功率技术进行化简，负荷母线应 用电流变换法进行了化简，应用P O W E L L 优化方法 进行发电机模型和参数的聚合，发电机励磁和调速 系统的模型和参数则根据经验，采用同调机群中代 一 理 N 蜷 一 b ( a ) 楚雄换流站母线电压 ( a ) B u sV o l t a g eo f C h u _ 】【i o n gC o n v e r t e rS t a t i o n 9 0 0 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 O2468l O1 2 f s ( c ) 施秉黎平线路功率 ( c ) A c t i v ep o w e rt h