（电力系统及其自动化专业论文）贵阳南部电网故障恢复研究.pdf

贵阳南部电网故障恢复研究 a b s t r a c t t h i sp a p e r m a i n l yd i s c u s s e st h eb l a c k o u tr e s t o r a t i o np r o b l e mo f h i g h v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r ko v e r1 1 0 k v b a s e do nr e a d i n gl a r g en u m b e r so fp a p e r sa n dl i t e r a t u r ed a t a ，t h i s p a p e rs u m m a r i z e st h eb l a c k o u tr e s t o r a t i o nb a s i cc o n c e p t sa n dm e t h o d s ， a n a l y z e st h ep r e s e n tb l a c k o u tr e s t o r a t i o na n t i c i p a t i v es c h e m e si nt h e o r y a n dt h ee x i s t i n gf u n c t i o nm a n n e r sw i t hs u p p l y i n ge l e c t r i c i t yr a n g ea n d c o n s u m e rc h a r a c t e r i s t i c ，a n ds i m u l a t et h ee x a m p l ei nc o m p u t e r a i m i n gt oh i g h v o l t a g e d i s t r i b u t i o nn e t w o r k ，h o wt or e s t o r et h e s u p p l y i n ga n di m p r o v i n gt h er e l i a b i l i t yo fs y s t e mi sak e yq u e s t i o n t h e c o o r d i n a t i n gb o d yu s u a l l y e s t a b l i s h e ss o m em e a s u r e t o r e s t o r e e l e c t r i c i t y s u p p l y i n gd e p e n d i n go no w ne x p e r i e n c e s t h i s p a p e rp r o v e s t h er a t i o n a l i t yo fp r e s e n tb l a c k o u tr e s t o r a t i o n a n t i c i p a t i v es c h e m e sb yt h ec o m p u t e r , b u ts o m en o d e sl o wt h en o r m a l v o l t a g el e v e l w ew i l lt a k es o m em e a s u r et oi m p r o v et h ev e r a c i t yo f b l a c k o u tr e s t o r a t i o na n t i c i p a t i v es c h e m e s f i r s t l y , t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h eb a s i c c o n c e p t o fb l a c k o u t r e s t o r a t i o na n da d v a n c e st h er e s t o r a t i o nm e t h o d sa n df l a m e so f h i g h v o l t a g ed i s t r i b u t i o nn e t w o r k i ng u i y a n gs o u t h e r np o w e r g r i d s e c o n d l y , w ei n t r o d u c es i m p l yt h ec h i n as o u t h e r np o w e rg r i da n d g u i z h o up o w e rg r i d ，a n a l y z ed e t a i l e d l yt h eg u i y a n gs o u t hn e t w o r k ，a n d p o i n ts o m ee x i s tq u e s t i o na n dg i v es o m ea d v i c e 贵州大学硕士学位论文 i i 贵刚南部电网故障恢复研究 f i n a l l y , t h i sp a p e r a d v a n c e st h er e s t o r a t i o n p r o j e c to fg u i y a n g s o u t h e r np o w e rg r i db ya n a l y z i n gt h es y s t e mp r e s e n tf u n c t i o nm a n n e r w e s e p a r a t et h el i v e l o n gn e t w o r ki n t of o u rs m a l ls y s t e m sa st h en o r t h ，w e s t ， e a s ta n dc e n t r a ln e t w o r k t h i sp a p e rg i v e ss e p a r a t e l yd i f f e r e n tm e a s u r e d e p e n d i n go na n a l y z i n gt h es y s t e ms t r u c t u r e f o rv a l i d a t i n gt h ev e r a c i t y o fg i v e nb l a c k o u tr e s t o r a t i o na n t i c i p a t i v es c h e m e s ，i n t e g r a t i n gt h r e e d i f f e r e n tc o m p l e x i o na n ds o m ec l a s s i c a lm a n n e r s ，w es i m u l a t et h ee a s t s y s t e mr e s t o r a t i o n s c h e m e so np s a s pp r o c e d u r ea n do t h e rc o m p u t e r p r o c e d u r e s o nd i s c u s s i n ga n da n a l y z i n gt h em a t e r i a lq u e s t i o n ，t h i sp a p e r d r a w ss o m ea v a i l a b l ec o n c l u s i o n s b e c a u s ef o rt h et i m el i m i t e da n dp r i m a r yd i s c u s s ，t h i sp a p e rd o e sn o t a n a l y z ea n ds i m u l a t em o r es c h e m e s w ew i l lc o n t i n u ep r o b ei n t oe x i s t i n g q u e s t i o na n dt a k ee f f e c t i v em e a s u r et oi m p r o v et h ea c c u r a c yo fb l a c k o u t r e s t o r a t i o na n t i c i p a t i v es c h e m e k e y w o r d s ： e l e c t r i c i t ys y s t e m ：h i g h v o l t a g e d i s t r i b u t i o n n e t w o r k ； b l a c k o u t r e s t o r a t i o n ；f u n c t i o nm a n n e r ；a n t i c i p a t i v es c h e m e ；s i m u l a t i o n ； 贵州大学硕士学位论文 i l l 贵阳南部电网故障恢复研究 第一章绪论 1 1 引言 电力是一种清洁能源，电力的发展直接与国民经济的发展息息相关，同时对 电力的依赖也越来越强，对电力需求越来越高。我国电力行业随着经济建设的发 展以及改革的顺利进行，电力工业正迅速发展，电力系统的规模日益扩大。在市 场化发展和整个社会的电气化发展中，人们对电能的依赖性日趋增强，随之而来 的是供电的可靠性和电能质量越来越受到人们的关注和重视。电力市场的出现， 要求电力供应应提供安全、优质、可靠、经济的电能，同时必须是高质量的电能。 保证电力系统安全稳定运行，防止停电事故发生和在已发生了事故之后迅速恢复 供电已成为当代中国电力行业所面临的一项迫切且重大的任务。这些均是传统技 术与管理难以适应与胜任，作为直接与用户连接的高压配电网，传统的方式变更 是必然的。 要了解电力系统故障分恢复首先要对电力系统的运行方式、结构特点等有一 个明确的认识。对电力系统中的一些重要概念要有深刻的理解才能在故障恢复的 分析中把握重点、发现问题、解决问题。 电力系统是一个非常复杂的系统，其中包含成百上千的元件，只有各元件都 正常协调的工作，电力系统才能保持稳定。但是由于电力系统的复杂性和独特性， 要保证每个元件都随时正常是不可能的，因此要求电力系统能在故障后能尽快恢 复正常运行，尽量减小损失。 电力系统有两种基本的运行状态，即稳态和暂态。 电力系统稳态运行时，发电厂中原动机的输入功率同发电机的输出功率平 衡，系统的频率、电压都是稳定的。但是这静过程只是理想中的过程，实际中由 于各种各样的原因，电力系统中的功率是随时变动的，这些干扰将打破理想中的 稳态平衡。电力系统运行状态也随之发生变化。由于电力系统中有包含许多惯性 元件，电力系统运行状态的变化不能瞬时完成，丽必须经过一个过度状态，这个 过度状态称为暂态。 实际中的干扰有大有小，因此电力系统的在经受干扰后其过度结局便有良种 可能：一神是系统从原来的稳态过度到另一新的稳态，其运行参数相对正常值的 贵娴大学硕1 士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 偏差在一定的限度内，系统能正常的运行。另一种可能是，当电力系统出现大的 干扰后( 如发生跳机、甩负荷，发生接地等故障) ，系统的过度过程将非常剧烈， 各种参数发生大幅度的变化。以至于偏出正常值很大的范围，这时系统中的一些 元件已经不能正常协调地工作，导致电力系统对用户的正常供电局部甚至全部遭 到破坏，总之不得不采取也别的措施，系统就很难恢复正常运行，这就是天系统 的事故状态。这种状态将给工农也生产，国防建设以及人民生活带来严重的影响。 电力系统暂态过程通常可以分为电磁暂态过程和机电暂态过程。在暂态过程 刚刚开始的一段时间内，系统中的发电机以及其他转动机械的转速由于惯性作用 还来不及变化，暂态过程主要取决于各元件的电磁参数，暂态过程的这一阶段称 为电磁暂态过程。随着暂态过程的发展，转速已有了变化，于是暂态过程的情况 不仅与电磁参数有关，还和转机械的机械参数有关，这种牵涉角位移的暂态过程， 称为机电暂态过程。在电力系统故障恢复中所涉及的主要是电磁暂态过程。 1 。2 电力系统故障分析概论 1 2 1 电力系统故障的定义与分类 电力系统可能发生的故障类型很多，常见的、对电力系统危害较大的有短路、 断相以及他们组成的各种复杂故障。 所谓短路，是指电力系统正常运行情况以外的一切相与相或者相与地之间的 “短接”。在嗲你系统正常运行时，除中性点外，相与相或与地和之间是绝缘的。 如果由于某种原因使其绝缘破坏而构成可通路，就称电力系统发生了短路故障。 短路可分为：单相接地短路、两相断路，两相断路接地和三相短路。在各种 短路中三相短路是最严重的故障，而单相对地短路则是发生率最高的故障。 所谓断相故障是指电力系统一相或两相断开的情况。这种故障也属于不对称 故障，此时电力系统处于非完全运行状态。 电力系统在实际运行中，有可能在两处或以上同时发生不对称故障。在电力 系统中的不同地点同时发生不对称故障的情况，称为复杂故障。 复杂故障可分为： ( 1 ) 单相接地，同时该相断相。这是由于出现接地短路后继电保护动作， 切除故障相。 ( 2 ) 两相短路同时其中相断相。这是由于故障相不是同时切除造成的。 贵抖大学硕2 士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 ( 3 ) 两相短路，并同时断相。这出现在继电保护动作同时切除故障相。 ( 4 ) 两处同时出现单相接地。 ( 5 ) 一处接地，同时又出现断相。这主要出现在t 型接线中。 电力系统的故障事例很多，以下是一些故障的实例：1 9 9 4 年2 月2 4 日广西 来宾电厂发生配电系统故障，波及广西2 2 0 k v 和5 0 0 k v 系统，造成广西部分地 区与主网解列，5 0 0 k v 系统与广东解列；贵州电网1 9 8 9 年8 月4 目大面积停电 事故，造成北部电网和清镇、贵阳、水城、都匀等电厂与主网解列，损失负荷 4 7 4 万千瓦，损失电量1 4 6 万千瓦时。 国外发达国家电网事故也时有发生，如1 9 7 7 年7 月1 3 目第二次纽约大停电， 纽约的9 0 0 万人在黑暗中生活了2 5 个小时，原因是闪电击中了电线；1 9 7 8 年法国 大停电、1 9 8 3 年瑞典大停电、1 9 8 7 年东京大停电及1 9 9 6 年7 月2 日，8 月1 0 1 7 1 美国 西部电力系统两次发生大面积停电事故；最近的一次大事故是2 0 0 3 年8 月1 4 日， 美国和加拿大部分地区发生大面积停电，1 0 0 多家发电厂停机，并使北美地区5 0 0 0 多万人口受到停电影响，事故损失超过3 0 0 亿美元。这些事例充分说明：随着现 代电力系统目趋大型化和复杂化，从客观上注定了各种事故，尤其是难以预料的 偶然因素所导致的事故，是无法完全避免的。 1 2 2 电力系统故障的诊断 了解了故障的概念后就要对故障进行诊断，判断故障的类型、距离、发生时 间等，为后来的故障恢复提供依据。故障的诊断是电力系统故障恢复这个课题中 重要的一环。因此，本论文参考文献中的许多专家、学者在这方面做很多努力、 提出了许多建设性并切实有效的理论和方法。 当采用传统继电保护时是直接将模拟信号引入保护装置，由各种不同原理的 继电器实现幅值、相位、比率的半段从而实现保护功能，继电器是由硬件实现的。 而微机保护则需要将模拟信号转换成数字信号，比经过某种运算求出电流、电压 的幅值、相位、比值与整定值比较，以决定是否发出命令。 微机保护装置根据模数转换器提供的输入电气量的采样装置进行分析、运 算和判断，这种用以实现各种继电器保护功能的方法称为继电保护算法，简称算 法，其中最基本的功能是实现故障的检测，所对应的算法称为故障检测算法。这 些算法中比较常用的有： 贵州大学孽士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 ( 1 ) 基于傅立叶变化的电力系统故障检测算法。其基本思想是假定被采样 的模拟信号是一个周期时间函数，根据傅氏级数的概念，可将此周期函数分解为 不衰减的直流分量和各整次谐波分量。然后通过傅氏算法的滤波作用将所需要的 谐波分量过滤出来。 傅立叶算法不能很好地解决故障检测的快速性问题，这也是基于傅立叶变换 的电力系统故障检测算法的实时性不是很好的主要原因之一。而且当信号中含有 衰减直流分量时傅立叶算法的计算结果将产生振荡。 ( 2 ) 基于卡尔曼滤波理论的电力系统故障检测算法。采用卡尔曼滤波的首 要问题是建立相应的数学模型，其次是根据所研究问题的物理规律，确定状态的 初始值与误差的初值。 ( 3 ) 基于小波信号奇异性检测的电力系统故障检测算法。 1 2 3 电力系统故障的恢复 电力系统故障恢复过程中需要考虑很多问题，如机组控制、保护装置整定、 趋于振荡的提防、元件安全运行等。因此它是个多目标、多阶段的混合非线性 多约束优化问题。 故障恢复常用的方法大致如下三类： a 、 故障恢复逻辑规则法：这是将专家的知识和经验用简单的逻辑推理 实现，此方法的缺点是当系统庞大而复杂时，程序对知识的描述将 非常困难。而且无法得到全局最优解。 b 、 基于知识系统法：这是将专家的知识和经验形成知识库，通过一定 的推理机制，模拟专家的决策过程，如常用的专家系统。此种方法 的缺点是容易出现模式失配，系统地维护比较困难，而且也无法得 到全局最优解。 c 、 数学规划法：这是将相应的控制方法用数学形式加以描述，通过计 算推理得到最优解，整数规划法也属于此种方法。此种方法在处理 多约束目标函数，求取全局最优解等方面表现出了一定的优越性， 但系统复杂时再建立理想的目标函数和求取全局最优解等方面存在 一定的困难。 用数学方法描述和求解问题，用逻辑法分析有关条件和结论，即将基于规划 法 贵州大学孽士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 在描述和解析问题方面的长处有机地结合起来，可以优化问题的求解是未来的发 展方向。 输电网恢复过程涉及发电机、输电和配电等各环节、考虑因素和调控缓解非 常复杂、难度比较大，国内在方面深入的援救较少，应用于实际系统的成果更是 少见。这也是本论文要重点分析的部分。在论文的正文将详细对其进行分析。 1 3 电力系统高压配网故障及其恢复 1 3 1 概述 由于电力系统不断发展，主网电压等级已达n s o o k v ，甚至达努j 7 5 0 k v 、1 0 0 0 k v ，原来2 2 0 k v 、l l o k y 的输电线路实际上已成为高压配电网，从配电网来说， 就形成了高压配电网和中低压配电网，中低压配电网通常是环网开环运行，即其 馈线成辐射状，高压配电网为有效地控制短路电流和防止出现电磁环网运行的情 况，目前也采取开环运行的方式，因此故障恢复的基本概念和理论大致相同，但 结构不同，制定恢复策略时也存在差异。 由于中高压配电网的接点和支路数量繁多，且没有全部实现远动化，因此， 传统的故障隔离方法是在故障发生后，主要由调度人员依据现场经验来做出决 策。当系统出现故障时，短时间内各种信息蜂拥而至，这时候需要调度人员尽可 能地控制住事态，避免事故的扩大，并在短时间内恢复尽可能多的负荷，此时， 调度人员不仅要有扎实的专业知识和丰富的运行经验，熟知各种运行方式、运行 规程及安全极限参数，还要能够保持清醒的头脑。然后派操作人员到现场寻找故 障点，隔离故障点后才能恢复线路供电，停电时间往往长达几小时甚至更长。此 时即使配电管理控制中心装上了地理信息系统g i s ，帮助调度员与现场人员配合， 迅速排除故障并恢复供电，因有人工介入，所需时间仍然较长，不能满足某些用 户的要求。要实现配电自动化系统中的故障定位、隔离和自动恢复供电功能，首 先必须对配电网实施自动化改造，优化供电网络结构，改造部分陈旧的一次设备， 加装智能化采集、通信和控制单元、加装通信线路，实现变配电站、杆变、高压 用户的杆刀等实时遥测、遥信和遥控功能，从而进一步实现故障的定位、隔离和 自动恢复供电功能。 而高压配电网有较完善的继电保护装置和安全自动装置，能够快速隔离故 障，并迅速恢复供电。所要做的就是负荷孤岛的故障恢复系统。 贵州大学警士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 配电网通常是环网开环运行，即其馈线成辐射状，因此当配电网中发生永久 性故障引起停电时，开关动作将配电网分割成带电荷停电区域，停电区域又分故 障停电区和非故障停电区。 配电网故障恢复系统( 包括故障检测、隔离与恢复) 是配电管理系统( d m s ) 的一项重要功能，主要作用是通过智能软件对配电网中发生的故障进行分析和判 断，并提出正确有效的停电恢复对策，帮助调度人员准确确定故障位置，隔离故 障区域，尽可能多地恢复非故障区域的供电，把故障损失降到最低：同时可为调 度人员提供故障恢复的日常培训，增加电网的恢复经验，提高业务能力。因此开 发一个实用的故障恢复系统，对整个电力事业的发展具有重要的现实意义。 1 3 2 配电网的故障恢复 d m s 模式是自动化发展的必然，它运用智能软件控制配电网的故障恢复，能 够从全局规划和考虑配电网的恢复进程，在一定程度上应付一些不可预料的情 况，能够适用于各种复杂的配电网络，并对故障进行次性定位、隔离。然而， 在具体实施过程中，d m s 故障恢复系统一方面对硬件自动化水平和通信系统要 求较高，要求配电网的s c a d a 系统能够提供必要的实时信息和控制手段：另一方 面，软件总体结构复杂，影响可靠性的因素较多，因此需要周密规划、详细考虑。 本文中所提到的故障恢复系统均为d m s 模式的故障恢复系统。 1 故障恢复的一般过程 故障恢复过程如图： 日s c a d a 区叵h 三匠卜叵巫丑圈 ir 卜f 故障检测卜f 故障隔离r + i 网络接线分析r 寸恢复重构i l-。_-_。_。_-_-_。_-。p_。_一o。_-。_。一 图1 1 故障恢复过程图 2 故障检测 故障检测的目的是根据装设在配电网中的智能化采集、通信和控制单元 ( s c a d a 系统) 收集到的数据，结合配电网的实际运行情况，利用网络信息和故 障信息来自动地判别故障发生的位置。 对于辐射网和处于开环运行的环状网，判断故障区段只需要根据沿线的各个 断路器是否流过故障电流就可以了。假如线路出现单一故障，显然故障区段应该 从电源侧到负荷方向最后一个经历了故障电流和第一个没有经历故障电流的断 贵州大学硕士学位论文 。 贵阳南部电网故障恢复研究 路器之间。但实际上由于配电网中断路器整定的困难，经常会出现发生故障后， 距离故障最近的断路器未跳开，而上级断路器却先断开的现象，因此在故障后不 能仅仅根据断路器的跳开情况来判断故障区段，而应当根据断路器是否流过短路 电流来判断故障区段。 为了确定断路器上是否流过故障电流，需要对安装于其上的各台f t u 进行整 定，由于从原理上不是通过对各个断路器整定值的区别来定位故障区段，所以这 种整定极为方便。对于处于闭环运行的环状网来说，则必须根据流经各断路器的 故障功率方向才能判断出故障区段，此时必须同时采集电流和电压信号。 为了确定各断路器是否经历了故障功率，也必须对安装于其上的各台f t u 进 行整定，同样，这种整定也是非常容易作到的。 3 故障隔离 电力系统的故障恢复处理是在通过故障诊断己知确切的故障发生区段的前 提下进行的。在己知了故障发生的确切区段之后，故障恢复系统首先进行故障隔 离，把与故障发生的位置相连的边界断路器跳开，使故障对系统造成的不良影响 减到最小。 系统中不同的故障所需跳开的断路器数目也不同：当断路器出现故障时，只 需将该断路器及其两侧隔离开关断开即可：当线路或是变压器出现故障时，则需 要将其两侧的断路器跳开，如果线路是t 接线，变压器是三绕组的，那么与其相 接的所有原闭合断路器都要跳开：同样，当母线出现故障时，与其相连的所有原 闭合断路器都要跳开。 由于配电网中安装了智能化的采集、通信和控制单元，因此可以在发生故障 的同时判别出故障的位置，遥控断开与故障点相连的所有断路器，实现故障隔离。 经过故障隔离后，配电网就被隔离为带电区和停电区。 4 恢复重构 配电网的恢复重构是故障发生后，控制中心利用己有自动化功能定位了故障 并且自动隔离了故障之后，寻找到需要恢复供电的区域，重新调整配电网中的联 络断路器和分段断路器的状态，在所有可能的断路器运行状态中迅速地找出一套 既能满足网络运行条件又能使网络变动最小的断路器运行方案，并且通过遥控断 路器尽快地恢复对停电用户的供电。 贵州大学硬士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 ( 1 ) 高压配电网恢复重构的特点 高压配电网的恢复是指线路、变压器、母线等发生故障后，使得变电站所 带的负荷通过其它线路转移给其它变电站或者其它变压器。 1 ) 高压配电网有着同输电网相同的接线方式； 2 ) 高压配电网的负荷点都由变电站母线带着，比较集中，而且数目 少，故障后，只是失去几个负荷点的负荷； 3 ) 高压配电网的运行方式比较确定，发生故障以后的可选择的供电 恢复路径也比较少，而且比较确定； 4 )高压配电网的故障恢复往往都失电的负荷点到电源点的路径的 搜索。 由于时间关系，我们仅对高压配电网的故障恢复系统进行设计。 ( 2 ) 恢复重构的基本思路 常规恢复重构的基本思路是：通过对故障后的配电网络进行接线分析，找出 负荷孤岛；对带电区进行潮流计算，对结果进行分析，找出过载的线路和变压器， 然后形成恢复任务表，再对各个任务逐一进行处理。 表1 1 恢复任务表 恢复任务表 l 处理过载的线路和超过过载范围的变压器 2 孤岛恢复 3 处理在过载范围内的变压器 ( 3 ) 孤岛恢复 所谓负荷孤岛就是故障后失去电源的负荷群。停电以后的故障恢复就是对 负荷孤岛的恢复供电。要进行孤岛恢复必须要满足恢复重构的原则。 孤岛恢复的具体办法是：先选择一条断路器操作数最少的路径作为恢复路 径，如果按照这条路径恢复供电后，不引起系统内其他设备的过载，那么该恢复 方案就作为最终的孤岛恢复方案：如果这条恢复路径将导致系统内某些设备过 载，那么就将该恢复方案作为保留方案，还要列举出其他方案( 路径) ，通过潮 流计算看一下这些方案是否也会引起系统过载。 如果存在不使系统过载的恢复方案，则将该方案作为最终的恢复方案。如 贵州大学硕8 士学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 果潮流计算的结果显示所有的方案均过载，那么对这些方案进行综合分析比较， 选择一个最优方案( 过载量最小) 作为恢复方案。 最后还要对该最优的恢复方案所引起的过载线路或变压器进行消除过载的 处理( 即让调度员切除部分三类负荷) ，进行过载处理后的方案才是最终的恢 复方案。 ( 4 ) 过载处理 由上述故障恢复过程可知，处于发展中的地区配电网，其容载比一般不够 大，尤其在负荷高峰期时，在出现故障与恢复过程中极容易出现设备过载现象， 因此必须将过载设备的部分潮流转移，或通过并行路径进行分流。或转移给其他 有冗余的电源点以消除过载现象。从尽可能维持原系统结构不变的角度，优先考 虑搜索过载支路的并行路径，分担部分负荷，在此基础上仍无法消除过载，则再 考虑负荷转移。如仍然过载，则要求切除三类负荷。 所谓并行路径在此处定义为在电气上，如果潮流在某一结点分别流入两条 支路，在流经两条不同的路径之后，最终又在同一结点处有潮流流出，那么称该 两条路径互为并行路径。例如在图l 中，路径a d h 和路径b - e i 是互为并行路 径。 图1 2 并行路径示意图 1 4 本文主要的工作 随着国民经济的发展和社会的电气化发展，人们对电力的要求日益增长，依 赖性日趋增强。电网装机容量迅速增长，但同时对电力供电质量和供电可靠性也 提出了更高的要求，越来越受到人们的重视。特别是大城市的供电的安全问题。 保证电力系统安全稳定运行，防止停电事故发生和在已发生事故后迅速恢复供电 已成为当代中国电力行业所面临的一项迫切且重大的任务。 贵州大学弩士学位论文 贵阳南部电嗣故障恢复研究 本论文参阅了大量文献，对故障恢复系统的基本概念、思路和方法进行了理 论方面的学习和准备，对贵阳市南供电局供电范围及用户特点进行分析。对现有 的运行方式、故障分析和处理予案进行探讨。对高压配电网来说，最严重的故障 情况是局部区域全部失电，如何尽快恢复停电区域的供电是极为重要的。过去为 保证尽快恢复供电，使调度员能在故障恢复时有可操作的依据，调度机构常常根 据经验制定响应的黑启动方案，本论文通过对一个方案的仿真计算，结果证明预 案基本合理，但个别节点的电压水平偏低，将考虑采取低压减载和无功补偿，为 今后的工作提供了依据。 本文第一章首先介绍故障恢复的一般性概念和基本的理论知识，结合故障恢 复的定义和相应的要求，提出对贵阳南部电网高压配电网的故障恢复的思路和框 架。 第二章首先介绍了南方电网和贵州电网的基本情况，接着从装机容量、变配 电设备、输电线路等角度详细的介绍了贵阳南部电网，分析了2 0 0 4 年和2 0 0 5 年 贵阳南部电网的运行方式，基于对系统的分析论述，提出了系统存在的问题，并 提出了相应的建议。 第三章是本文的重点部分，在对贵阳南部电网运行现状和分析的基础上，提 出了贵阳南部电网的黑启动方案。把贵阳南部电网分为东、南、西、中部等四个 子系统，给别提出了相应的措施。为了验证黑启动方案理论的准确性，最后本文 利用相关编辑程序，重点对东部电网在正常运行时的潮流分布，由筑东变供电时 的潮流分布，环网式的潮流分布等不同情况下的不同方式进行了仿真分析，得出 了相应的结论，同时也验证了理论上的正确性。 作为初步研究，又由于作者的水平和时间有限，本文不能对所有的预案进行 逐一的仿真分析，对于本文中算例仿真提出的相应问题，没有给出更好的解决， 这将是今后课题研究的重点。 贵州大学罕吉学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 第二章贵阳南部电网及状况分析 2 1 南方电网基本概述 中国南方电网有限责任公司是根据国务院关于印发电力体制改革方案的通 知( 国发 2 0 0 2 1 5 号文) 和国 i 函 2 0 0 3 1 1 1 4 号和发改能源 2 0 0 3 1 2 1 0 1 号文件精神， 以广东省、海南省和国家电网公司在广西、贵州、云南所属电网资产为基础组建 的国有企业，由中央管理，在国家实行计划单列。经国务院批准，公司于2 0 0 2 年1 2 月2 9 日正式挂牌成立并开始运作。公司经营范围为广东、广西、云南、贵 州和海南。主要职责：依法自主经营，对有关企业的国有资产行使出资人权利， 辐应承担保值增值责任：规戈l j 区域电礴发展，受国家有关部门委托，协助制定全 国电网发展规划，提出全国电力工业发展规划的建议：负责投资、建设和经营管 理南方区域电网，参与投资、建设和经营相关的跨区域输变电和联网工程；从事 电力购销监务，负责电力交易和调度，管理南方区域电网电力调度交易中心，培 育区域电力市场，按市场规则进行电力优化调度；从事国内外投融资业务；自主 开展外贸流通经营、国际合作、对外工程承包和对外劳务合作等业务。公司发展 战略目标是，把公司建成：经营型、服务型、一体化、现代化企业，把南方电网 建设成为：统一开放、结构合理、技术先进、安全可靠的现代化大电网。 公司本部设有十个部局( 行政部、计划发展部、市场交易部、人事部、财务 部、安全监察与生产技术部、国际合作部、监察局、审计部、党群工作部) ，以 及南方电力调度通信中心、电力交易中心和南方电网技术研究中心。下设两个分 公司和五个全资子公司，分别是超高压输变电公司、电力财务公司，广东、云南、 广西、贵州和海南电网公司。 南方电网覆盖五省( 区) ，东西跨度近2 0 0 0 公里。南方电网主网架由5 0 0 干 伏天广交流线路三条、5 0 0 千伏贵广交流线路两条以及+ 5 0 0 千伏天广、贵广直 流线路二条，形成“五条交流、二条直流”西电东送大通道。广东电网己形成 5 0 0 千伏环网，并向东西北三个方向延伸；广西电网已形成5 0 0 千伏四边形环网 结构；云南、贵州电网己形成5 0 0 千伏“日”字形主干环网结构；海南电网尚未 与主网相连。至2 0 0 3 年底，南方电网2 2 0 干伏及以上输电线路总长3 6 3 6 4 公里， 变电容量1 2 4 8 0 万千伏安。南方电网在国内第一个形成远距离、大容量、超高压 贵州大学硕1 士1 学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 输电，交直流并联运行的大电网，主网架坚强，各省( 区) 联系紧密，增强了抵 御事故的能力，对香港、澳门电网的安全稳定也起到了积极的作用。截止2 0 0 4 年底，南方电网统调装机5 3 3 9 0 6 m w ，其中火电装机3 4 0 4 3 6 m w ，占统调装机 的6 3 7 6 ：水电装机为1 4 5 8 7 m w ，占统调装机的2 7 3 2 ；核电2 9 6 0 mw 占统 调装机的5 5 4 ，抽水蓄能1 8 0 0 m w ，占统调装机的3 3 7 。统调最大负荷为 4 6 0 6 6 m w 。按照五省( 区) 全面建设小康社会的经济发展规划，南方电网分阶 段发展目标为： 第一阶段，到2 0 0 5 年，电网主网架形成“六交三直”九条大通道，西电送 广东容量达到1 0 8 8 万千瓦。实现与海南联网。启动调峰调频电源建设项目。五 省( 区) 电源装机容量达到7 7 0 0 万千瓦，全社会用电量达到3 6 0 0 亿千瓦时。各 省( 区) 电网改善和优化网架结构，解决电网供电“卡脖子”问题。 第二阶段，2 0 0 6 2 0 1 0 年，新建西部至广东负荷中心的直流输电通道1 2 回、交流输电通道2 4 回，西电送广东容量在“十五”的基础上新增6 0 0 1 0 0 0 万千瓦。建成广东省“十大重点工程”中能源建设项目的配套电网。根据电网的 需要，投产必要容量的应急调峰电源。五省( 区) 电源装机容量达到1 1 6 0 0 万千 瓦，全社会用电量达到5 2 0 0 亿千瓦时。各省( 区) 电网与负荷、电源同步发展， 形成结构合理的骨干网架，保证电力送得出，落得下，用得上。 第三阶段，2 0 1 1 2 0 2 0 年，结合西部能源资源特别是澜沧江、乌江、金沙 江、怒江等流域水电资源的开发，建设小湾、糯扎渡、景洪、构皮滩等水电站电 力送出工程。根据发展需要，经充分论证，启动特高压输电项目。扩大南方电网 与国内周边电网的联网规模，进一步推进南方电网与东南亚联网工作，建成东西 贯通、南北互联的大电网。南方电网主网架和各省( 区) 输配电网适应全面建设 小康社会的要求，起到“先行官”的作用。 2 2 贵州电网基本概述 贵州电网公司是中国南方电网有限责任公司下属子公司，是全国1 0 0 强特大 型企业。2 0 0 4 年底统调装机容量为1 0 6 4 9 m w ，其中火电装机7 4 4 4 m w ，占统调 装机的6 9 9 ；水电装机为3 0 2 1 m w ，占统调装机的2 8 3 7 ；小水电1 8 4 m w , 占 统调装机的1 7 3 ，统调装机容量为南网公司所辖五省的第二；拥有5 0 0 千伏和 2 2 0 千伏主干电网线路总长6 3 6 0 千米，2 2 0 k v 及以上变电站4 1 座，主变容量1 4 2 3 贵州大学硕1 士2 学位论文 贵阳南部电饲故障恢复研究 万千伏安，公司下辖1 0 个地( 市) 供电局和2 个电力建设公司、1 个送变电工 程公司，以及调度、试研院等单位；目前，全省8 7 个县( 市、区) 已实现了乡 乡通电。 2 0 0 4 贵州电网统调机组发电量为5 6 8 1 4 0 9 亿千瓦时，完成年计划5 9 0 亿 千瓦时的9 6 2 9 ，比上年多发了9 0 3 7 9 2 亿千瓦时，增长1 8 9 2 。 其中：水电电量8 4 2 0 6 3 亿千瓦时，完成年计划8 2 4 亿千瓦时的1 0 2 1 9 ， 比上年多发了2 7 4 2 0 3 亿千瓦时，增长4 8 2 9 ；火电电量4 8 3 9 3 4 6 亿千瓦时， 完成年计划的9 5 ，2 6 ，比上年多发丁6 2 9 5 8 9 亿千瓦时，增长1 4 9 6 。 年最高日发电电量：1 9 7 0 2 亿千瓦时( 8 月9 日) ，比上年增加0 3 2 1 9 亿千 瓦时。最大负荷6 3 9 5 m w ，同样为南网公司第二。 2 0 0 4 年贵州电网统调机组全年平均利用小时数( 不含小水电) 为5 9 5 1 小时， 其中：火电平均利用小时数达到7 0 7 5 小时，水电( 不含小水电) 3 1 1 7 小时。 贵州电网目前已建成5 0 0 千伏日字形环网，并以5 0 0 千伏线路与广东、广西相联， 以2 2 0 干伏线路和湖南、重庆相联，2 0 0 4 年随着贵广直流双极投运，形成了贵 广“三交一直”交直流并列运行送广东的运行方式，黔电送粤规模大幅提升，2 0 0 5 年将向广东省送电4 0 0 万千瓦。贵州省内2 2 0 k v 电网也将发生重大变化，将形成 北部、东部、西部、贵阳南、贵阳北五个地区网，各个电网单独通过相应5 0 0 k v 变压器并入主网，区域电网间无2 2 0 k v 电气联系。地区电网安全稳定问题较为突 出。 根据规划，贵州电网将在“十一五”和“十二五”期间，分别再增加装机1 4 8 0 万千瓦和1 3 0 0 万千瓦，装机超过4 0 0 0 万千瓦，再建成贵州到广东的两条直流或 “一交直”输电线路，初步建成南方能源大省。 2 3 贵阳南部电网 2 3 12 0 0 4 年贵阳南部电网概况 贵阳市南地区电网地处贵州中部地区，主要负责贵州省省会贵阳的供电，属 中国南方电网公司贵州电网下属的一个地区电网。其供电范围包括贵阳市城南、 花溪、清镇、小河、惠水、长顺、罗甸、龙里等四县两市两区，负责对省委、市 委、省军区等党政、军机关重要单位和部门的供电。 2 0 0 4 年底，贵阳市南地区电网以5 0 0 k v 青岩变电站为主电源点，2 2 0 k v 网架 贵州大学硕1 士3 学位论文 贵阳南部电网故障恢复研究 为支撑，以ll o k v 主干网架联接各县电网。形成了坚强的网架结构。 截止到2 0 0 4 年底，我局5 0 0 k v 变电站1 座，容量1 2 5 0 m v a ：2 2 0 k v 变电站5 座，1 0 5 0 m v a ，线路1 8 条，长度6 8 3 9 6 2 k m ；l l o k v 变电站2 4 座，容量1 6 5 3 m v a ， 线路3 6 条，长度5 4 9 8 6 3 k m ；3 5 k v 变电站2 9 座，容量2 0 2 4 5 m v a ，线路5 2 条， 长度5 5 2 3 2 2 k m ；变电站总计5 8 座( 统计未包括罗甸地区3 5 k v 变电站) ，变压 器总容量3 4 0 3 4 5 5 m v & 线路总计1 0 1 条，长度1 5 1 3 2 1 2 k m ( 1 0 k v 线路未统计) 。 2 3 1 i 输变电设备概况 表2 12 0 0 4 年底贵阳市南地区电网情况表 变电站座数 1 变压器台数 2 5 0 0 k v 变压器容量( m v a ) 1 2 5 0 线路条数| 线路长度( k m )| 变电站座数 5 变压器台数 8 2 2 0 k v变压器容量( m v a ) 1 0 5 0 线路条数1 8 线路长度( k m )1 2 4 3 8 3 8 变电站座数 2 4 变压器台数 4 4 l l o k v 变压器容量( m 、，a )1 6 5 3 线路条数 3 6 线路长度( k i n )5 4 9 8 6 3 变电站座数 2 9 变压器台数3 6 3 5 k v 变压器容量( m )2 0 2 4 5 线路条数5 2 线路长度( k i n )5 5 2 3 2 2 图2 12 0 0 4 年底变压器容量比例图 贵州大学硕1 士4 学位论丈 贵阳南部电网故障恢复研究 2 3 1 3 无功补偿设备容量 2 0 0 4 年贵阳市局共有2 9 个变电站装设了无功补偿装置，装设容量为 2 8 7 5 3 0 k v a “包括龙腾变1 4 4 0 0k v 岫，2 0 0 4 年全部投入运行。配网电容器的装设 容量为3 4 0 8 8 6 k v a r ，全局合计无功补偿容量为6 2 8 4 1 6 k v a r 。因去年系统限电， 限制了我局的实际运行最大负荷，所以无功补偿度在0 5 7 左右如果不受到限电 的影响，无功补偿度可能只能达到o 4 7 左右，无功资源严重不足。 2 3 1 4 新( 改、扩) 建项目投产情况 1 输电设备投运情况 2 0 0 4 年度新( 改) 建的2 2 0 k v 线路3 条，长度共计1 4 8 2 2 9 k m ；1 l o k v 线 路7 条( 其中l 条为“t ”接线) ，长度共计4 6 5 8 9 k m ；3 5 k v 线路6 条( 其中1 条为“t ”接线) ，长度共计3 7 5 6 4 k m 。完成了2 2 0 k v 站街变、l l o k v 中曹变； 3 5 k v 惠城变、摆金变、断杉变综合自动化改造。2 0 0 4 年度贵阳市南地区电网输 电设备情况内表2 2 。 表2 - 22 0 0 4 年底贵阳市南地区电网新( 改) 建3 5 k v 及以上输电线路情况表 线路名称长度( k i n )电压等级 型号投运日期 ( k v ) 1 筑二线 8 9 3 5 1 1 0 l g j 一1 8 5 3 01 月1 3 日 2 筑谷龙线 5 4 2 11 1 0 l g j 一2 4 02 月2 6 日 3 龙龙黑i i 回线 6 4 5 51 1 0 l g j 一2 4 0 4 0 3 月8 日 4 站龙线 9 3 51 1 0 l g j 一2 4 0 3 03 月l o 日 5 贵筑i i 回线 1 3 32 2 0 2 * l g j 一2 4 0 3 0 3 月2 3 日 6 清铁化线五矿 6 3 5 3 l l o l g j 一2 4 0 3 0 5 月1 4 日 变t 接线 7站铁回线5 8 7 5 1 1 0 l 6 j 一2 4 0 3 06 月2 日 8