电力系统安全岛的构建方法、控制系统及控制方法

摘要

本发明公开电力系统安全岛的构建方法，包括如下步骤：将额定容量相近、电气位置接近的机组与负荷绑定，形成一个安全岛，明确安全岛对外联络断面；电力系统发生故障时，按照故障发生地点，分别执行安全岛内部故障控制策略和安全岛外部故障控制策略；电力系统频率或者电压异常时，执行安全岛解列策略，将所述安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停；多个安全岛通过设置不同的频率、电压和延时定值，实现依序解列。本发明提出的电力系统安全岛的构建方法、控制系统及控制方法，可在不增加自备电网一次设备投入的前提下，保证不发生自备电网全停事故，为事故后快速恢复保留电源，对自备电网具有非常显著的经济意义和实用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统安全岛的构建方法、控制系统及控制方法，属于电力系统自动化控制技术领域。

背景技术

“大机大负荷小网”型电力系统是近年来我国一些厂矿企业在发展过程中出现的一种大机组、大负荷、小系统的自备电网结构，一般为冶金、炼化等高耗能企业的自备电网。相对于大型电力系统，“大机大负荷小网”型企业自备电网具有电网容量较小，结构比较薄弱，与大电网较弱联系或无联系，电网存在孤网运行的概率比较大，自备电网内安装有单机容量较大的机组和单组容量较大的负荷(相对自备电网容量而言)，该电力系统存在稳定性差、系统抗扰动能力较差等特点。在各种故障情况下，该电力系统的频率容易大幅波动，甚至导致大面积停电，造成严重损失。

为了实现自备电网全停后的快速黑启动，需要花费巨资配置黑启动电源，一方面购置大容量的柴油机，另一方面通过改造火电机组实现快速甩负荷带厂用电功能。上述手段增加了企业的经济负担和运维负担，而且黑启动电源长期不用，疏于维护，到真正需要使用时，黑启动成功率很低。

因此如果能够研究出一种电力系统安全岛的构建方法、控制系统及控制方法，在不增加自备电网一次设备投入的前提下，保证不发生电网全停事故，为事故后快速恢复保留电源，对自备电网具有非常显著的经济意义和实用价值。

术语说明：发电机组发出的电力功率称为出力，所谓发电机组出力就是单位时间内的电能。

发明内容

本发明的目的是：针对自备电网系统稳定性差、抗扰动能力差的特点，如何解决故障情况下，自备电网系统频率易发生大幅波动，甚至导致大面积停电的技术问题，并为事故后快速恢复保留电源。

本发明采用如下技术方案：电力系统安全岛的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1：将额定容量相近、电气位置接近的机组与负荷绑定，形成一个安全岛，明确安全岛对外联络断面；

步骤SS2：电力系统发生故障时，按照故障发生地点，分别执行安全岛内部故障控制策略和安全岛外部故障控制策略；

步骤SS3：电力系统频率或者电压异常时，执行安全岛解列策略，将所述安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停；多个安全岛通过设置不同的频率、电压和延时定值，实现依序解列。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中的所述明确安全岛对外联络断面具体包括：正常运行情况下，控制所述安全岛内的机组出力与负荷水平相当，即保持所述安全岛对外联络断面接近零潮流。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的所述安全岛内部故障控制策略具体包括如下步骤：

步骤SS21：某安全岛内部机组跳闸后，若该安全岛内部负荷大小P_L|与损失机组出力P_G的偏差在容许范围P_set内，即|P_G-P_L|<Pset，则只切除本安全岛内部相应容量的负荷；否则，在整个电力系统内组织优选切除负荷，其中，组织优选切除负荷的电力系统包含本安全岛，不包含其它安全岛；

步骤SS22：某安全岛内部负荷跳闸后，若该安全岛内部机组出力与损失负荷大小的偏差在容许范围Pset内，则只切除本安全岛内部相应容量的机组；否则，在整个电力系统内组织优选切除机组，其中，组织优选切除机组的电力系统包含本安全岛，不包含其它安全岛。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2中的所述安全岛外部故障控制策略具体包括：安全岛外部机组或负荷跳闸后，各安全岛内部的负荷和机组不参与稳定控制，即仅在安全岛外部组织优选切除负荷或切除机组。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的所述电力系统频率异常时，执行安全岛解列策略具体包括如下步骤：当电力系统频率f>f_hset或电力系统频率f<f_lset，且安全岛内部机组出力与负荷大小的偏差在容许范围P_set内，延时时间t>容许时间范围t_set，跳开安全岛对外联络断面，将安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停；其中，f_lset大于低频切除负荷第一轮的定值，f_hset小于高频切除机组第一轮的定值。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS3中的所述电力系统电压异常时，执行安全岛解列策略具体包括如下步骤：当安全岛内电压U>U_hset或U<U_lset，且安全岛内部机组出力与负荷大小的偏差在容许范围P_set内，延时时间t>容许时间范围t_set，跳开安全岛对外联络断面，将安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停，U_lset大于低压切除负荷第一轮的定值，U_hset小于高频切除机组第一轮的定值。

本发明还提出电力系统安全岛的控制系统，其特征在于，包括安全岛内控制装置、安全岛外控制装置、通信接口装置，所述安全岛内控制装置通过所述通信接口装置与所述安全岛外控制装置通信连接。

本发明还提出电力系统安全岛的控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：在安全岛内配置安全岛内控制装置和安全岛外控制装置，所述安全岛内控制装置采集安全岛内的机组功率、负荷功率、安全岛对外联络断面潮流，所述安全岛内控制装置采集母线电压和功率，所述安全岛外控制装置采集安全岛外电力系统的机组功率、负荷功率；当安全岛对外联络断面送出潮流越出死区时，所述安全岛内控制装置发出指令至机组，下调安全岛内机组出力；当安全岛对外联络断面受入潮流越出死区时，所述安全岛内控制装置发出指令至机组，上调安全岛内机组出力，直到安全岛对外联络断面潮流在死区范围内；其中，死区值的设置根据具体电网整定；

步骤S2：当所述安全岛内控制装置判出机组或负荷跳闸时，按照安全岛内部故障控制策略进行控制，具体包括如下步骤：步骤S21：某安全岛内部机组跳闸后，若该安全岛内部负荷大小P_L|与损失机组出力P_G的偏差在容许范围P_set内，即|P_G-P_L|<Pset，则只切除本安全岛内部相应容量的负荷；否则，在整个电力系统内组织优选切除负荷，其中，组织优选切除负荷的电力系统包含本安全岛，不包含其它安全岛；步骤S22：某安全岛内部负荷跳闸后，若该安全岛内部机组出力与损失负荷大小的偏差在容许范围Pset内，则只切除本安全岛内部相应容量的机组；否则，在整个电力系统内组织优选切除机组，其中，组织优选切除机组的电力系统包含本安全岛，不包含其它安全岛；

步骤S3：当安全岛外控制装置判出机组或负荷跳闸时，按照安全岛外部故障控制策略进行控制，具体包括：安全岛外部机组或负荷跳闸后，各安全岛内部的负荷和机组不参与稳定控制，即仅在安全岛外部组织优选切除负荷或切除机组；且安全岛内控制装置闭锁，不接受任何切除负荷或机组的命令；

步骤S4：当安全岛内控制装置判出电力系统频率异常，并满足电力系统频率异常，执行安全岛解列策略的判据时，即当电力系统频率f>f_hset或电力系统频率f<f_lset，且安全岛内部机组出力与负荷大小的偏差在容许范围P_set内，延时时间t>容许时间范围t_set，跳开安全岛对外联络断面，将安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停；其中，f_lset大于低频切除负荷第一轮的定值，f_hset小于高频切除机组第一轮的定值，则安全岛内控制装置出口跳开该安全岛对外联络断面全部开关；当安全岛内控制装置判出电力系统电压异常，并满足电力系统电压异常，执行安全岛解列策略的判据时，即当安全岛内电压U>U_hset或U<U_lset，且安全岛内部机组出力与负荷大小的偏差在容许范围P_set内，延时时间t>容许时间范围t_set，跳开安全岛对外联络断面，将安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停，U_lset大于低压切除负荷第一轮的定值，U_hset小于高频切除机组第一轮的定值，则安全岛内控制装置出口跳开该安全岛对外联络断面全部开关。

作为一种较佳的实施例，所述步骤S1还包括：所述安全岛内控制装置下调或上调机组出力的指令通过机组的分散控制系统DCS或数字电液控制系统DEH实现。

作为一种较佳的实施例，所述步骤S2还包括：当仅需在本安全岛内组织切除负荷或机组时，由安全岛内控制装置出口跳开负荷或机组开关；当需要切除安全岛外负荷或机组时，由安全岛内控制装置发送指令给安全岛外控制装置，由安全岛外控制装置出口跳开负荷或机组开关。

本发明所达到的有益效果：本发明提出的电力系统安全岛的构建方法、控制系统及控制方法，可在不增加自备电网一次设备投入的前提下，保证不发生自备电网全停事故，为事故后快速恢复保留电源，对自备电网具有非常显著的经济意义和实用价值。

附图说明

图1是本发明的电力系统安全岛的构建方法的优选实施例的原理示意图。

图2是本本发明的电力系统安全岛的控制系统的优选实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示的是本发明的电力系统安全岛的构建方法的优选实施例的原理示意图，本发明提出电力系统安全岛的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：将机组A和负荷A绑定，形成安全岛A，对外联络断面为断面A；将机组B和负荷B绑定，形成安全岛B，对外联络断面为断面B。正常运行情况下，控制安全岛A(B)内的机组A(B)出力与负荷A(B)水平相当，即保持安全岛A(B)对外联络断面A(B)接近零潮流。为避免过度影响整个电力系统运行控制的灵活性，一个电力系统中不宜设置过多的安全岛。

步骤2：电力系统发生故障时，按照故障发生地点，分别执行安全岛内部故障控制策略和安全岛外部故障控制策略。

步骤2-1以安全岛A为例，若故障发生在安全岛A内部，控制策略如下：

1)机组A跳闸后，若负荷A与跳闸前机组A出力的偏差在容许范围P_set内，即|P_G-P_L|<P_set，则只切除负荷A；否则，在全电力系统内(含负荷A，不含负荷B)组织优选切负荷。

2)负荷A跳闸后，若机组A出力与跳闸前负荷A大小的偏差在容许范围P_set内，则只切除机组A；否则，在全电力系统内(含机组A，不含机组B)组织优选切机组。

步骤2-2对于安全岛外部故障，控制策略如下：

安全岛外部机组或负荷跳闸后，安全岛A、B内部的负荷和机组，即负荷A、B和机组A、B均不参与稳定控制，仅在安全岛外部组织优选切负荷或切机组。

步骤3：系统频率或电压异常时，执行安全岛解列策略，将安全岛从电力系统中解列出来，防止系统全停，下面以安全岛A为例进行说明。

步骤3-1当系统频率f>f_hset或f<f_lset，且机组A出力与负荷A大小的偏差在容许范围P_set内，延时t>t_set，跳开断面A，将安全岛A从系统中解列出来，防止系统全停。f_lset大于低频切负荷第一轮的定值，f_hset小于高频切机第一轮的定值。

步骤3-2当安全岛A内电压U>U_hset或U<U_lset，且机组A出力与负荷A大小的偏差在容许范围P_set内，延时t>t_set，跳开断面A，将安全岛A从系统中解列出来，防止系统全停。U_lset大于低压切负荷第一轮的定值。

如图2所示的是本发明的电力系统安全岛的控制系统的优选实施例的原理示意图，本发明还提出电力系统安全岛的控制系统，包括安全岛内控制装置、安全岛外控制装置、通信接口装置，所述安全岛内控制装置通过所述通信接口装置与所述安全岛外控制装置通信连接。

本发明还提出电力系统安全岛的控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在安全岛A、安全岛B内部配置控制装置A、控制装置B，安全岛内的控制装置与安全岛外配置的控制装置通过通信接口装置经通道互联，构成电力系统安全岛控制系统；

步骤1-1：安全岛A内的控制装置A负责采集机组A功率、负荷A功率、断面A潮流，采集母线电压、频率，当断面A潮流送出越出死区时，控制装置A发令至机组A，下调机组A出力；当断面A潮流受入越出死区时，控制装置A发令至机组A，上调机组A出力，直到安全岛A对外联络断面潮流在死区范围内。

步骤1-2：安全岛B内的控制装置B负责采集机组B功率、负荷B功率、断面B潮流，采集母线电压、频率，当断面B潮流送出越出死区时，控制装置B发令至机组B，下调机组B出力；当断面B潮流受入越出死区时，控制装置B发令至机组B，上调机组B出力，直到安全岛B对外联络断面潮流在死区范围内。

步骤1-3：在安全岛外配置的安全岛外控制装置，采集安全岛外电力系统的机组功率、负荷功率。

步骤2：当安全岛内控制装置判出机组或负荷跳闸时，按照构建方法的步骤2-1所述原则进行控制；

步骤3：当安全岛外控制装置判出机组或负荷跳闸时，按照安全岛外部故障控制策略进行控制，具体包括：安全岛外部机组或负荷跳闸后，各安全岛内部的负荷和机组不参与稳定控制，即仅在安全岛外部组织优选切除负荷或切除机组；且安全岛内控制装置闭锁，不接受任何切除负荷或机组的命令；

步骤4：当安全岛内控制装置判出电力系统频率异常，并满足电力系统频率异常，执行安全岛解列策略的判据时，即当电力系统频率f>f_hset或电力系统频率f<f_lset，且安全岛内部机组出力与负荷大小的偏差在容许范围P_set内，延时时间t>容许时间范围t_set，跳开安全岛对外联络断面，将安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停；其中，f_lset大于低频切除负荷第一轮的定值，f_hset小于高频切除机组第一轮的定值，则安全岛内控制装置出口跳开该安全岛对外联络断面全部开关；当安全岛内控制装置判出电力系统电压异常，并满足电力系统电压异常，执行安全岛解列策略的判据时，即当安全岛内电压U>U_hset或U<U_lset，且安全岛内部机组出力与负荷大小的偏差在容许范围P_set内，延时时间t>容许时间范围t_set，跳开安全岛对外联络断面，将安全岛从电力系统中解列出来，防止电力系统全停，U_lset大于低压切除负荷第一轮的定值，U_hset小于高频切除机组第一轮的定值，则安全岛内控制装置出口跳开该安全岛对外联络断面全部开关。

以上所述，仅是本发明的典型应用案例，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。