电网断面热稳定限额的计算

叶剑;王伟红

【摘 要】介绍了电网断面热稳定限额的计算方法和步骤，认为电网的负荷水平和开机方式是基础因素，而N-1故障的选择，是确定限额的关键；指出了针对故障后存在直流或负荷失却状况下断面限额计算方法。指出了在计算热稳定限额时，应首先确定电网负荷水平和机组出力安排，并根据元件阻抗和设备限额，选择最严重的N-1故障及最易过载的元件进行计算；在涉及直流或负荷切除的N-1故障时，应考虑直流或负荷切除对断面潮流的影响。%The calculation method and procedure are introduced in thermal stability limitation of transmission interfaces.In limitation calculation,the load level and unit output are the basics while the fault selection is the key factor.A calculation method is proposed in condition of DC or load loss in fault.It is proposed that in thermal stability limitation calculation,load level and unit output should be set first while most serious fault and most vulnerable element should be selected according to element impedance and equipment limitation.In relation to faults with DC or load loss,the influence on power flow must be taken into consideration. 【期刊名称】《电力与能源》 【年(卷),期】2014(000)003 【总页数】3页(P302-304)

【关键词】电网断面;热稳定限额;潮流计算;N-1 故障

【作 者】叶剑;王伟红

【作者单位】国网上海市电力公司 电力调度控制中心，上海 200122;国网上海市电力公司 电力调度控制中心，上海 200122 【正文语种】中 文 【中图分类】TM711

电网断面的热稳定性，是指当电网发生元件（如线路、发电机、变压器等）断开时，其他元件的潮流在其过负荷能力范围内，温升不超过允许值。为了确保电网安全运行，满足热稳定限额的要求，必须将电网断面潮流控制在热稳定限额之内。因此，热稳定限额的确定，是系统稳定计算的一项重要内容，直接影响到电网开机方式和运行方式的安排。作为目前国内最大的都市电网，上海电网是一个电源和负荷都集中的密集型电网，电网内500 k V和220 k V线路平均长度分别为22.4 km和10.6 km。由于电气联系紧密，上海电网通常不存在暂态稳定和静态稳定问题。因此，通过计算确定潮流断面的热稳定限额，成为稳定计算的主要工作之一。 1 热稳定限额计算方法

根据《电力系统安全稳定导则》（DL／T 755—2001）要求，电网运行应满足N－1原则，即电网中任一元件，发生单一故障状况下应确保电网稳定运行。因此，断面热稳定限额的确定，通常考虑在电网发生N－1故障后，剩余各元件电流不超过其电流限额（考虑过负荷能力）。为直观起见，通常按断面或元件的有功潮流进行计算。

在计算热稳定限额时，应首先明确电网运行方式和开机方式（包括机组开机组合和发电出力），计算正常状况下的断面潮流（基态潮流）。针对该断面选择最为严重

的N－1故障，即最易引起断面剩余元件潮流越限的故障，并计算故障后最易过载元件的潮流；根据该潮流与元件潮流限额（考虑过负荷能力的事故后限额）的比例关系及发生N－1前的基态潮流，即可确定断面热稳定限额，计算式为：

式中：P 1为发生N－1后最易过载元件的潮流；P 1max为该元件潮流限额；P D为断面基态潮流；P x为需要确定的断面热稳定限额。

由式（1）可知，断面限额的含义是为了预防发生N－1后，断面元件中任一元件的潮流越限，必须将该断面潮流控制在一定限额内，这个限额便是断面潮流热稳定限额。选择的N－1故障和断面元件不同，计算出的断面限额也可能不同。在确定断面限额时，应选择最严重的N－1故障和故障后最易过载的元件进行计算。如不能确定最严重的故障和最易过载的元件，则必须对断面中可能导致元件潮流越限的N－1故障和断面中各个元件进行扫描与计算，并且在限额计算结果中选取最小值作为最终的断面限额。 2 热稳定限额计算要点

在计算断面限额时，电网的负荷水平和开机方式是计算的基础，而N－1故障的选择则是计算的关键。 2.1 负荷水平

电网潮流与电网中各个节点的负荷分布有关，而因各节点的负荷特性存在差异，不同负荷水平下各节点的负荷分布也不同，断面潮流限额的计算结果也会有所不同。在计算断面潮流限额时，必须先确定电网负荷水平，但负荷在一定范围内变化（如10%以内），断面限额可认为维持不变。 2.2 开机方式

电网潮流还取决于开机方式，包括机组开机组合与发电出力，不同开机方式下断面限额也不同。以图1为例，受电系统A通过a、b两个通道（各两回线）从系统B

受电，系统B中包含多个电源点，其中电厂c经通道a直接与系统A联络，其他电厂与小系统A电气距离相对较远。 图1 受电系统潮流示例

从断面限额计算结果可知，当电厂c发电出力为600 MW的状况下，断面（a＋b）的限额为900 MW；而当电厂c发电出力为1.20 GW的状况下，断面（a＋b）的限额为1.05 GW。以上结果可通过潮流分析的方法予以解释：因通道b的设备限额较小，断面（a＋b）的输电瓶颈在通道b；而受电系统A，通过断面（a＋b）从系统B的受电潮流不变，当电厂c出力增加时，通道a的潮流增大、通道b的潮流减小，缓解了输电瓶颈（通道b的输送压力），因此断面限额也相应增大。换言之，为了提高上述断面限额，应增加电厂c的发电出力。

从图1受电系统潮流示例可看出，受电系统A的受电断面限额，不仅与系统A本身的开机方式有关，还与系统B内部的开机方式有关。因此，为准确计算断面限额，须明确机组开机方式。 2.3 N－1故障选择

需确定潮流限额的断面，通常为电网主要潮流输送断面，包括机组集中区域的发电送出断面、负荷中心的受进断面和由电源点向负荷中心的潮流输送断面等。为准确计算断面限额，须选择最严重的N－1故障，通常为组成断面的某一元件（线路、主变或线路与主变所在的母线）故障。 2.3.1 断面元件N－1选择

在进行N－1故障选择时，应考虑断面元件的阻抗和限额，找出故障后潮流最易越限的元件。通常元件阻抗越小，输送的潮流越大、越易过载；元件限额越小也越易过载。对应关系见表1。

表1 元件限额与阻抗对元件过载的影响元件阻抗元件限额大小大不易过载 较易过载小较易过载 最易过载

由表1可看出，元件限额小、阻抗小的元件，最易过载；元件限额大、阻抗大的元件，不易过载；元件限额大、阻抗小或元件限额小、阻抗大的元件，过载难易度介于以上两者之间。根据该对应关系，最严重的N－1故障，通常为阻抗和限额较大的元件故障，并导致阻抗及限额小的元件过载，应依此计算断面限额。 对于由3个元件组成的断面，在选择最严重的N－1故障时与2个元件组成的断面略有不同：对于3个元件限额相同的断面，通常阻抗值居中的元件故障最为严重，这是因为在故障前后断面潮流基本不变的状况下，阻抗值居中的元件故障后，剩余2个元件的潮流分布最不均衡，最易引起阻抗最小的元件潮流越限；对于3个元件限额不同的断面，则应综合考虑元件阻抗和限额予以确定，需注意最易过载的元件未必是潮流最大或限额最小的元件。 2.3.2 母线N－1选择

对于双母双分段接线，一段母线检修，通常为对角线侧母线故障最为严重，这时剩余两段母线分列运行。但应注意，正一母检修时副二母故障，与副二母检修时正一母故障不同，因母线检修时该母线上的所有元件均已“倒空”。

对于3／2接线，一段母线检修，通常为同侧的另一段母线故障最严重，此时该侧各串元件均“出串”；对角线侧的母线故障通常也较为严重，此时剩余两段母线分列运行。

3 涉及直流或负荷切除的断面限额计算

热稳定限额算式（P1／P1max＝P D／P x）的依据：在故障前后机组出力与负荷不变的状况下，故障后断面剩余元件潮流与故障前断面潮流成正比。但在有些母线故障状况下，直流极功率或终端负荷可能被切除，这时断面输送潮流不能视为等比例变化，也就不能简单采用热稳定限额算式的等比例算法来确定断面限额，而应考虑故障后直流或终端负荷功率失却的影响，可以采取六大步骤进行计算。 步骤一，计算正常状况下的断面潮流P D；步骤二，计算N－1故障后最易过载元

件的潮流P 1（考虑直流或负荷已切除）；步骤三，计算故障前考虑直流或负荷不存在（功率置为0，下同）状况下的断面潮流P′D；步骤四，计算故障前考虑直流或负荷不存在状况下断面潮流的变化ΔP＝ P′D－P D；步骤五，根据P 1／P 1max＝P′D／P′x，计算故障前考虑直流或负荷不存在状况下的断面限额P′x；步骤六，计算最终断面限额P x＝P′x－ΔP。

与通常断面限额计算相比，涉及直流或负荷切除的断面限额计算，应先计算直流或负荷不存在状况下的断面潮流及断面限额（步骤一、步骤二和步骤五）；考虑直流或负荷切除对限额的影响，即计算直流或负荷存在的状况下断面潮流的变化，并进行限额修正（步骤三、步骤四和步骤六）。 4 结论

1）计算热稳定限额时，应首先确定电网负荷水平和机组出力安排；

2）确定限额时，应根据元件阻抗和设备限额，选择最严重的N－1故障及最易过载的元件进行计算；

3）在涉及直流或负荷切除的N－1故障时，应考虑直流或负荷切除对断面潮流的影响。