本发明涉及孤立电网稳定性评估技术领域，特别是一种孤立电网的安全稳定性评估方法。
背景技术：
东南亚地区是我国“一带一路”战略中“海上丝绸之路”的核心合作区域，而印度尼西亚(下文简称为印尼)作为东南亚人口最大的经济体，是“一带一路”发展在东南亚地区的支点国家，且印尼镍铁等矿产资源丰富，是我国重要的镍铁进口国家。但自从2011年起，印尼政府为增加国内就业，限制高品位的镍矿石的出口，即印尼把大量的高品位镍矿资源在国内经过处理，再出口到国外，以提高本国对镍铁的贸易控制，印尼此项政策使得国内钢铁企业无米之炊的困境，国内镍铁企业效益大大降低。因此随着我国“一带一路”海外战略的逐步推进，中国镍企业赴印尼投资建厂，预计2017年将拟在印尼建立6家rkef工艺镍铁企业、17家高炉镍铁企业，这些在印华人开设的镍铁矿将拥有年产300万吨的镍铁生产能力，大大弥补了国内对镍铁需求的不足。
印尼具有高品位的红土镍矿，但大部分镍矿远离市区或者处于岛屿之上，厂内用电成为最难解决的问题，且印尼电网体系薄弱，正常居民用电的50％尚未满足，让电网提供镍矿的工业用电更是遥遥无期。因此在印尼建立矿厂，必须考虑建设电厂，并实现矿厂内电能自给自足的孤立电网系统。但孤立电网一般容量较小，各大型用电设备所占总功率的比重较大，负荷的扰动量相对值也就较大，负荷波动过程将对孤网的频率和电压产生较为严重的影响，而负荷的频繁波动极有可能导致孤网的失稳。矿厂内主要的大容量设备为矿热炉和轧钢机，因生产的工艺流程要求，其设备的功率波动较频繁且波动幅值较高，若孤网系统稳定性较差，极易在极限工况下失稳，影响整个矿厂的供电。
目前，对于镍铁冶炼厂孤立电网的安全稳定评估，尚未有成熟的方法，大部分专利是对现有的孤网提出安稳策略，且没有考虑到冲击负荷对孤网的影响，更鲜有文献对拟建孤网提出安稳控制评估方法，甚至，对于所有出力机组出力和负载均波动大的孤立电网，均没有一种有效的办法，能够对其进行准确的安全稳定性评估。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种准确性高、且对于所有出力机组出力和负载均波动大的孤立电网均适用的孤立电网的安全稳定性评估方法。
对于本发明一种孤立电网的安全稳定性评估方法，其采用的技术手段为：
根据镍铁冶炼厂孤立电网的拓扑结构在仿真软件上构建孤网模型，根据镍铁冶炼厂孤立电网的装机容量和总负载量确定机组出力和负荷边界值，依据机组出力和负荷边界值确定两个维度下的四种极限工况，在四种极限工况下对孤网模型进行安稳性仿真分析，当四种极限工况下均可以安全稳定运行，则说明镍铁冶炼厂孤立电网在当前装机容量和总负载量下可以安全稳定运行。
进一步的，所述四种极限工况分别为：机组出力高负荷水平高，机组出力高负荷水平低，机组出力低负荷水平低，机组出力低负荷水平高这四种极限工况。
进一步的，所述机组出力边界值为风机出力的边界值，所述风机出力的边界值根据风机容量进行确定。
进一步的，所述负荷边界值为矿热炉负载边界值，所述矿热炉负载边界值包括矿热炉最高负荷qmax*n和矿热炉最低负荷qmin*n。
进一步的，所述每台矿热炉最高负荷qmax的确定方法如下：
在不考虑风机出力的情况下，根据统计所得的总负载，以及总负载中的厂用电和公辅负荷的占比求出矿热炉总负荷w，以及每台矿热炉的负荷q＝w/n，n为矿热炉的数量；
当风机达到最大装机容量w1时，求出矿热炉最高总负荷wmax，wmax＝w+w1，每台矿热炉最高负荷qmax＝wmax/n。
进一步的，所述每台矿热炉最低负荷qmin的确定方法如下：
根据统计所得的功率波动幅度下限p求取出故障时矿热炉总负荷wmin，wmin＝wmax*p/n，每台矿热炉最低负荷qmin＝wmin/n。
进一步的，所述仿真软件为rtds。
进一步的，所述在四种极限工况下对孤网模型进行安稳性仿真分析过程如下：
在其中一个极限工况下，对镍铁冶炼厂孤立电网中最大出力的机组进行跳闸操作，然后对镍铁冶炼厂孤立电网实施必要的安稳措施，若镍铁冶炼厂孤立电网的频率和电压在实施安稳措施后可以恢复到规定水平，则选取另一极限工况并重复此操作，直至仿真结束；
其中，若在某一极限工况下出现镍铁冶炼厂孤立电网的频率和电压在实施安稳措施后仍不能恢复到规定水平的现象，则仿真结束，并说明镍铁冶炼厂孤立电网在当前装机容量和总负载量下可能出现失稳现象；
若四种极限工况下，镍铁冶炼厂孤立电网的频率和电压在实施安稳措施后均可以恢复到规定水平，则仿真结束，并说明镍铁冶炼厂孤立电网在当前装机容量和总负载量下可以安全稳定运行。
本发明的有益效果是：本方法首次对含矿热炉负荷以及风机出力的孤立电网运用rtds进行安全稳定控制分析，具有良好的推广价值和应用前景，如对含新能源机组和负荷波动较大的孤网均适用。将机组出力波动与负荷波动对孤网的安全稳定影响同步进行考虑，根据出力以及波动情况，确定系统在运行边界下的极限工况，当孤网能够在有限个数的极限工况下均可稳定运行，即说明系统在极限工况内部所包含的所有工况下均可稳定运行，孤网不会出现失稳的现象。根据孤网在极限工况下的安稳情况，对孤网在此边界内的安全稳定进行评估，不需要对各种运行工况下的情况进行逐一仿真验证，运算简便，且准确性高。而运用rtds对孤网在各极限工况情况下进行仿真，仿真结果更加准确。
附图说明
图1是本发明利用极限工况场景判定镍铁冶炼厂孤立电网安全稳定性的流程图。
图2是本发明中镍铁冶炼厂孤立电网的拓扑结构。
图3是本发明根据风机出力和矿热炉负荷边界值选取的极限工况典型算例。
图4是本发明利用rtds对孤网在135mw机组故障，不加入安稳措施时进行的仿真中记录的电压响应曲线。
图5是本发明利用rtds对孤网在135mw机组故障，不加入安稳措施时进行的仿真中记录的频率响应曲线。
图6是本发明在风机出力最大，矿热炉负荷处于最大值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的电压响应曲线。
图7是本发明在风机出力最大，矿热炉负荷处于最大值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的频率响应曲线。
图8是本发明在风机出力最大，矿热炉负荷处于最小值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的电压响应曲线。
图9是本发明在风机出力最大，矿热炉负荷处于最小值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的频率响应曲线。
图10是本发明在风机出力最小，矿热炉负荷处于最小值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的电压响应曲线。
图11是本发明在风机出力最小，矿热炉负荷处于最小值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的频率响应曲线。
图12是本发明在风机出力最小，矿热炉负荷处于最大值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的电压响应曲线。
图13是本发明在风机出力最小，矿热炉负荷处于最大值时，利用rtds对孤网在135mw机组故障，加入安稳措施时进行的仿真中记录的频率响应曲线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示为一种准确性高的镍铁冶炼厂孤立电网的安全稳定性评估方法的流程图，其包括以下步骤：
步骤1，前期资料调研及模型建立：获取拟建立的镍铁冶炼厂的装机容量(含常规机组和风力发电机组)以及总负荷量，收集镍铁冶炼厂孤立电网的拓扑结构；根据调研资料，在仿真软件上搭建孤网模型。
如图2所示为镍铁冶炼厂孤立电网的拓扑结构，本实施例中的镍铁冶炼厂孤立电网由1～6#六台火电机组和7#风机组成，总装机容量690mw，主要负荷由发电厂的厂用电负荷、钢厂的公共辅助负荷以及矿热炉负荷三部分组成，总负荷容量600mw，其中厂用电以及公辅负荷的占比均为10％，功率波动幅度下限p为70％。
步骤2，确定风机出力及矿热炉负载上下限(即边界值)。本项目中，发电机组包含风机，风机出力波动较大，且规律性较差，而镍冶炼厂的主要负荷为矿热炉负荷，矿热炉以为受到工艺流程的影响，其负荷波动较大，且波动范围较广。如若只单独对风机出力或矿热炉负荷单一因素进行考虑时，极会出现因考虑极限情况不够合理从而导致边界值参数选取的错误，从而引起系统在边界值以内运行时，仍有可能出现失稳的现象，因此，本方法同时将两方面因素考虑在内。
本实施例中的镍铁冶炼厂孤立电网仅包含一个风机，其装机容量最大为50mw，即风机出力的边界值分别为135mw*4+50mw*2+50mw和135mw*4+50mw*2。系统的火电装机容量为640mw，当暂且不考虑波动性较大的风机出力时，600mw的负荷由厂用电负荷、公共辅助负荷以及矿热炉负荷组成，根据厂用电以及公辅负荷的占比，可以求出矿热炉的负荷约为w＝480mw，即每台矿热炉负荷q＝w/n＝480/8＝60mw。当风机达到最大装机容量w1＝50mw时，矿热炉最高总负荷wmax＝w+w1＝480mw+50mw＝530mw，因此本文设定每台矿热炉的最大负荷qmax为65mw。
而矿热炉的最低负荷出现在电极烧断或塌料时，根据统计，矿热炉负荷水平均降低到原功率的70％，即功率波动幅度下限p为70％，每台矿热炉的最低负荷为qmin＝wmin/n＝wmax*p/n＝530mw*70％/8≈45mw。
步骤3，极限工况场景的确定：如图3所示，根据步骤2确定的风机出力及矿热炉负载上下限，进行不同界限组合，形成系统风机出力最大(135mw*4+50mw*2+50mw)，矿热炉负荷处于最大值(65mw*8)、系统风机出力最大(135mw*4+50mw*2+50mw)，矿热炉负荷处于最小值(45mw*8)、系统风机出力最小(135mw*4+50mw*2)，矿热炉负荷处于最小值(45mw*8)、系统风机出力最小(135mw*4+50mw*2)，矿热炉负荷处于最大值(65mw*8)这四个极限工况场景。
步骤4，在极限工况场景下的孤网安稳性分析。设置稳态运行6s后断开故障发电机的出线断路器，即让相应的发电机故障退出运行，随后延迟0.2s后进行，断开一定数量的矿热炉负荷端的断路器，使系统保持在安全稳定水平，并记录系统的频率和电压变化，最后分析系统频率和电压的响应特性以及相应的控制策略。图4和图5为135mw机组检修，系统不采取安稳措施的电压和频率响应曲线。可以看出切机后，系统电压和频率都不能保持在允许的范围内，系统失稳。
该步骤中，若在某一极限工况下出现镍铁冶炼厂孤立电网的频率和电压在实施安稳措施后仍不能恢复到规定水平的现象，则仿真结束，并说明镍铁冶炼厂孤立电网在当前装机容量和总负载量下可能出现失稳现象；若四种极限工况下，镍铁冶炼厂孤立电网的频率和电压在实施安稳措施后均可以恢复到规定水平，则仿真结束，并说明镍铁冶炼厂孤立电网在当前装机容量和总负载量下可以安全稳定运行。
本实施例具体仿真过程如下：
如图6和7所示，本算例的运行方式为6台火电机组全部运行，风机出力为最大的50mw，每台矿热炉均为最大值65mw。首先调整火电机组出力以及无功补偿装置的参数，使孤网系统处于稳定运行状态。当系统稳定后，切断容量为135mw的机组的出线端断路器，并延迟0.2s后切掉两台矿热炉负荷，使系统的电压和频率恢复到允许的范围内。由于矿热炉负荷电压波动较大，且频率较高，因此电压响应为带状，切机后电压在0.94pu和1.055pu之间震荡，采取安稳措施后降落到1pu附近波动；系统频率切机后最低跌落至49.6hz，采取安稳措施后最终稳定在50hz左右波动，可见在此极限状态下，切除最大机组后并采取安稳措施，可以使得电压和频率恢复至电网规定水平。
如图8和9所示，本算例的运行方式仍为6台火电机组全部运行，风机出力为最大的50mw，每台矿热炉均为最小值45mw。此状态下系统机组容量较大，但负荷量较少，火电机组均处于较低的运行水平，机组可以增发出力的空间较大，因此在135mw机组切除后，切除一台矿热炉就能够使系统处于稳定的运行状态。其余过程和上一算例相似，电压和频率的响应结果分别如图8和9所示，切机后母线电压在0.95pu至1.05pu之间震荡，采取安稳措施后，电压稳定在1.01pu附近波动；切机后系统频率最低跌落至49.6hz，采取安稳措施后稳定到49.93hz附近波动，可见在此极限状态下，切除最大机组后并采取安稳措施，可以使得电压和频率恢复至电网规定水平。
如图10和11所示，本算例机组运行方式为6台火电机组全部运行，风机出力为最为极端的0mw，每台矿热炉均为最小值45mw。此时系统出力较少且矿热炉负荷也较低，由于系统备用容量较小，因此切除135mw机组后，需切除与机组发电量相同的负荷量才能使系统稳定。调整参数使系统稳定后，切除135mw机组，0.2s后切除两台矿热炉负荷，使系统保持稳定。电压和频率的响应结果分别如图9和10所示，切机后系统的电压在0.955pu和1.09pu之间震荡，采取安稳措施后，系统电压稳定在1.03pu附近波动；而切机后系统频率降至49.6hz左右，采取安稳措施后，频率稳定在50hz左右，可见在此极限状态下，切除最大机组后并采取安稳措施，可以使得电压和频率恢复至电网规定水平。
如图12和13所示，本算例机组运行方式为6台火电机组全部运行，风机出力为最为极端的0mw，每台矿热炉均为最大值65mw。此状态下机组容量较小，而负荷量却很大，机组处于满发状态，机组增发出力的空间很小，此时切除135mw的机组，应对应切除略大于135mw的负荷才能够使系统稳定。首先调节设备参数使孤网处于稳定运行，随后切除135mw机组，0.2s后切除三台矿热炉负荷，系统的电压和频率得到回升，系统稳定。电压和频率的响应结果如图12和13所示。切机后，系统电压在0.94pu和1.07pu之间震荡，采取安稳措施后，系统电压恢复至1pu左右；而系统频率在切机后降落至49.35hz左右，采取安稳措施后频率恢复至50hz附近波动，可见在此极限状态下，切除最大机组后并采取安稳措施，可以使得电压和频率恢复至电网规定水平。
本专利运用rtds实时数字仿真平台，详细研究了孤岛系统在各种极限运行方式下的频率和电压响应以及相应控制策略。从以上结果可以分析出，当机组容量较大，即风机出力充足时，各发电机组能够增发的出力较多，此时若出现机组故障，未故障发电机组可以增发功率，从而切少量的矿热炉负荷就就能够使系统稳定；而当机组容量较小时，即风机出力不足，各发电机能够增发的出力也就较少，此时若出现大机组故障，则需要切除较多的矿热炉负荷才能够使系统保持稳定。
从各极限工况可以看出，在高机组高负荷容量和低机组低负荷容量下，系统的源荷配置较为合理，而相反在高机组低负荷容量和低机组高负荷容量下，源荷配置失衡，此时若出现较大机组的故障，安稳措施较为难控制，极易出现电压和频率崩溃的现象。
四种极限工况下系统均可以稳定，且在切机组后采用准确的安稳手段均能够使电压和频率恢复正常。因此可以说明本文设计的孤岛系统在风机出力0～50mw上下波动以及每台矿热炉负荷在45～65mw上下波动时，系统均能够稳定，且满足系统最大发电机出现故障时，采取安稳手段仍可以保持系统稳定的特点。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。