专利名称：提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法
技术领域：
本发明属于电力系统时域仿真技术领域，具体涉及一种提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法。
背景技术：
随着国家经济的飞速发展，大型工矿(如煤田、石化、钢铁和港口等)及商业企业或开发区内部电网的规模也随之不断扩大，电网严重故障可能导致设备损坏、负荷损失和直接的生产流程的中断，经济损失巨大。同时企业电网与公共电网的相互影响也越来越显著。这些企业内部电网与公共电网既有共性问题，也有自己的独特之处,有必要建立企业电网的仿真模拟数据，深入研究企业内部电网供电模式、负荷特点、供电可靠性、电能质量、自动控制措施、孤网运行、节能降损等一系列问题，为煤炭企业的安全生产保驾护航，同时提高企业内部电网的综合运行效益。大型煤矿企业，虽然其用电负荷较大，但在国家互联电网的稳定分析中仅能按照一个“负荷点”来考虑，未详细模拟企业电力系统本身电力设备和电力负荷的特点，也未充分考虑内、外部电网故障对煤矿企业电力系统安全稳定运行的影响。此外，目前应用于煤矿企业电力系统的继电保护整定软件和安全自动装置五花八门，缺乏统一的标准，且均是从保护设备自身出发来进行定值整定，未从保证煤矿企业电力系统安全稳定运行的角度综合考虑各种继电保护定值间的相互配合，难以保证煤矿企业电力系统长期安稳运行。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，通过潮流分析、短路电流计算、静态安全分析和暂态稳定性分析，整体、全面、综合的评估提高煤炭企业电力系统供电可靠性措施的有效性。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案提供提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，所述方法包括以下步骤步骤1:确定煤炭企业电力系统供电模式；步骤2 :计算并分析继电保护定值；步骤3 :确定煤炭企业电力系统安全稳定运行控制策略；步骤4 :进行备用电源切换；步骤5:采取辅助措施。所述步骤I中，供电模式包括一用一备模式、分裂运行模式和并列运行模式A) 一用一备模式煤炭企业电网双回路电源进线中一回路带负荷运行，另一回路带电热备用，而变电站高压母线的母联开关为合位；B)分裂运行模式煤炭企业电网双回路电源进线均带负荷运行，两回进线接变电站高压母线的不同分段，高压母联开关为开位；
C)并列运行模式煤炭企业电网双回路电源进线均带负荷运行，两回进线接变电站高压母线的不同分段，高压母联开关为合位。所述步骤2中，根据地方电网提供的系统阻抗，作为煤炭企业电力系统的等值阻抗，再依据煤炭企业电力系统内部电网结构和电气设备阻抗参数得到煤炭企业电力系统阻抗分布情况，计算母线短路电流，进而确定各支路的继电保护类型，并计算各支路的继电保护定值。影响所述母线短路电流准确性的因素包括负荷模型、发电机电抗、等效电压源电压初值和运行方式，所述负荷模型中影响所述母线短路电流准确性最大的因素为大功率感应电动机。所述步骤3中，煤炭企业电力系统安全稳定运行控制策略包括震荡解列、低频减载和低压减载。所述震荡解列包括被动解列和主动解列。所述低频减载的频率定值、时间定值及负荷切除量值的设定采取以下措施A)将频率定值均匀分配于给定区间内，并且每级切除相同的负荷；B)从尽快制止频率下降出发，在给定区间的高频段切除较多负荷，低频段切除较少负荷；C)为防止频率超调，可在给定区间的高频段切除较少负荷，低频段切除较多负荷。通过暂态稳定分析计算，采取集中切除机组或集中切除负荷措施后仍不能满足煤炭企业电力系统稳定或电压运行要求情况下，进行低压减载，以改善煤炭企业电力系统电压稳定性。所述步骤4中，采集包括电流、电压、频率、相位角和进线开关位置的参数，通过备用电源快速切换装置内的逻辑程序对以上参数进行判断，判断出故障点并切除故障，同期捕捉到煤炭企业电力系统残压相位角，以同相角投入备用电源，减小对设备和电网的冲击，达到电动机负荷不间断运行的效果。所述步骤5中，采取包括动态无功补偿设备和低压保护装置的辅助措施，确保备用电源正确切换，并满足主通风机、主提升机、瓦斯抽放泵和排水泵的重要负荷电压运行要求。与现有技术相比，本发明的有益效果在于1.本专利所提的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法可以充分考虑到煤炭企业的生产特点，通过潮流分析、短路电流计算、静态安全分析和暂态稳定性分析，整体、全面、综合的评估提高煤炭企业电力系统供电可靠性措施的有效性；2.本专利所提方法首次较为全面及客观的计及外部地方电网对企业电网生产设备的影响，准确评估各种提高电力系统供电可靠性措施的有效性。3.有利于企业电网协调规划，对于指导制定合理的供电可靠性综合解决方案，保证企业电网的正常生产运行意义重大；4.为推动煤炭企业电网安全稳定运行提供了仿真分析的技术手段，扩展了煤炭企业电网规划仿真计算工作的深度和广度。
图1是本发明实施例中一用一备模式示意图；图2是本发明实施例中分裂运行模式示意图；图3是本发明实施例中并列运行模式示意图；图4是本发明实施例中大功率感应电动机静态等值电路图；图5是本发明实施例中短路故障够线路电流变化曲线图；图6是本发明实施例中母线残压与备用电源相位角差、幅值示意图；图7是本发明实施例中两个等值子系统之间的功率传递不意图；图8是本发明实施例中两个等值子系统之间的电压相量图；图9是本发明实施例中提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。提供一种提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，所述方法包括以下步骤步骤1:确定煤炭企业电力系统供电模式；不同的供电模式直接决定了煤炭企业电网在发生失去某一外部电源回路时的应急方案、恢复供电时间等重要的可靠性指标。步骤2 :计算并分析继电保护定值；步骤3 :确定煤炭企业电力系统安全稳定运行控制策略；步骤4 :进行备用电源切换；步骤5:采取辅助措施。所述步骤I中，供电模式包括一用一备模式、分裂运行模式和并列运行模式A) 一用一备模式煤炭企业电网双回路电源进线中一回路带负荷运行，另一回路带电热备用，而变电站高压母线的母联开关为合位；如图1，现今煤炭企业电网主流的供电模式，此种供电模式也是地方电网供电部门首肯的供电模式，主要是因为该供电模式具有继电保护定值整定计算简单和企业电网内部运行方式灵活的优势；当然，一用一备供电模式的劣势也较为明显，即主供电源断开后合备用电源的过渡期间有短时停电的风险，且倒负荷操作过程中出现潮流穿越的问题。B)分裂运行模式煤炭企业电网双回路电源进线均带负荷运行，两回进线接变电站高压母线的不同分段，高压母联开关为开位；如图2，总降变电站的两个高压母线分别由外部电源供电，母联开关断开。分裂运行供电模式的主要优点是继电保护定值整定计算简单，并且企业电网结构相对清晰，因为煤炭企业内部中低压电网结构基本为分裂运行；而主要的缺点则是两路电源切换时仍有短时停电的风险、倒负荷操作方式不灵活、倒负荷操作过程中出现潮流穿越的问题。C)并列运行模式煤炭企业电网双回路电源进线均带负荷运行，两回进线接变电站高压母线的不同分段，高压母联开关为合位。如图3，总降变电站的两段高压母线间的母联开关闭合，由外部电网提供两回独立电源。并联运行供电模式最主要的优点是当一路外部电源发生故障停运后，可不用采取任何措施来倒负荷，也不会出现因倒负荷操作而产生的短时停电；而其主要的问题则是继电保护定值整定计算复杂、母线潮流穿越问题较为突出。综上所述，三种供电模式各有各的优缺点，也不能简单的根据地方电网情况而定，而需要采用电力系统仿真分析程序进行潮流计算后才能确定。所述步骤2中，根据地方电网提供的系统阻抗，作为煤炭企业电力系统的等值阻抗，再依据煤炭企业电力系统内部电网结构和电气设备阻抗参数得到煤炭企业电力系统阻抗分布情况，计算母线短路电流，进而确定各支路的继电保护类型，并计算各支路的继电保护定值。定值整定优化研究是在整定计算的基础上开展，与传统的整定计算不同的是优化研究采用了机电暂态仿真手段，考虑了电动机负荷对短路电流的贡献。目前，影响短路电流计算结果准确性的因素有负荷模型、发电机电抗、等效电压源电压初值、运行方式等。而负荷模型中影响最大的因素是大功率感应电动机，一般IOOkW以上的大功率感应电动机在故障后产生的电流不能忽略。企业电网中容量在IOOkW以上的感应电动机数量较多，因此在定值整定优化研究中需要考虑电动机负荷的影响。 图4为感应电动机静态等值电路图，图中，Rs为定子电阻，Xs为定子电抗，Xm为激磁电抗，Xr为转子电抗，Rr为转子电阻，S为转子滑差。感应电动机的参数应该由设备厂家给出，或者由电动机的铭牌参数计算得到,如果以上资料缺失，可采用IEEE推荐使用的感应电动机参数如表I所示。表I
权利要求
1.提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述方法包括以下步骤 步骤1:确定煤炭企业电力系统供电模式； 步骤2 :计算并分析继电保护定值； 步骤3 :确定煤炭企业电力系统安全稳定运行控制策略； 步骤4:进行备用电源切换； 步骤5 :采取辅助措施。
2.根据权利要求1所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述步骤I中，供电模式包括一用一备模式、分裂运行模式和并列运行模式 A)一用一备模式煤炭企业电网双回路电源进线中一回路带负荷运行，另一回路带电热备用，而变电站高压母线的母联开关为合位； B)分裂运行模式煤炭企业电网双回路电源进线均带负荷运行，两回进线接变电站高压母线的不同分段，高压母联开关为开位； C)并列运行模式煤炭企业电网双回路电源进线均带负荷运行，两回进线接变电站高压母线的不同分段，高压母联开关为合位。
3.根据权利要求1所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述步骤2中，根据地方电网提供的系统阻抗，作为煤炭企业电力系统的等值阻抗，再依据煤炭企业电力系统内部电网结构和电气设备阻抗参数得到煤炭企业电力系统阻抗分布情况，计算母线短路电流，进而确定各支路的继电保护类型，并计算各支路的继电保护定值。
4.根据权利要求3所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于影响所述母线短路电流准确性的因素包括负荷模型、发电机电抗、等效电压源电压初值和运行方式，所述负荷模型中影响所述母线短路电流准确性最大的因素为大功率感应电动机。
5.根据权利要求1所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述步骤3中，煤炭企业电力系统安全稳定运行控制策略包括震荡解列、低频减载和低压减载；所述震荡解列包括被动解列和主动解列。
6.根据权利要求5所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述低频减载的频率定值、时间定值及负荷切除量值的设定采取以下措施 A)将频率定值均匀分配于给定区间内，并且每级切除相同的负荷； B)从尽快制止频率下降出发，在给定区间的高频段切除较多负荷，低频段切除较少负荷； C)为防止频率超调，可在给定区间的高频段切除较少负荷，低频段切除较多负荷。
7.根据权利要求5所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于通过暂态稳定分析计算，采取集中切除机组或集中切除负荷措施后仍不能满足煤炭企业电力系统稳定或电压运行要求情况下，进行低压减载，以改善煤炭企业电力系统电压稳定性。
8.根据权利要求1所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述步骤4中，采集包括电流、电压、频率、相位角和进线开关位置的参数，通过备用电源快速切换装置内的逻辑程序对以上参数进行判断，判断出故障点并切除故障，同期捕捉到煤炭企业电力系统残压相位角，以同相角投入备用电源，减小对设备和电网的冲击，达到电动机负荷不间断运行的效果。
9.根据权利要求1所述的提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，其特征在于所述步骤5中，采取包括动态无功补偿设备和低压保护装置的辅助措施，确保备用电源正确切换，并满足主通风机、主提升机、瓦斯抽放泵和排水泵的重要负荷电压运行要求。
全文摘要
本发明提供提高煤炭企业电力系统供电可靠性综合防御体系仿真方法，包括以下步骤确定煤炭企业电力系统供电模式；计算并分析继电保护定值；确定煤炭企业电力系统安全稳定运行控制策略；进行备用电源切换；采取辅助措施。本发明通过潮流分析、短路电流计算、静态安全分析和暂态稳定性分析，整体、全面、综合的评估提高煤炭企业电力系统供电可靠性措施的有效性。
文档编号H02J3/18GK103023014SQ20121043516
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者张志强, 曹建平, 李晓珺, 付俊青, 唐晓骏, 秦晓辉, 马世英, 吴丽华, 杨海涛, 宋云亭, 郑超 申请人:中国电力科学研究院, 国家电网公司, 山西晋城无烟煤矿业集团有限公司