辽河石化公司双电源系统合环潮流暂态过程分析
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摘要：在进行合环电流分析时，一般只考虑合环后的稳态量是否引起系统中线路或设备的过载，而忽略了合环操作的暂态过程。为了解决这一问题，在对合环潮流中环流分量的暂态过程进行时域分析的基础上，推导了合环网络中环流的数学表达式，并对合环分量进行了详细讨论。最后对合环暂态过程进行了暂态仿真，暂态仿真证明了分析结果的正确性，为实际合环操作提供了依据。
关键词：合环潮流；暂态分析；环流分量；暂态仿真
Abstract：In the analysis of loop power flow, the steady-state power flow that would cause the transmission lines or equipments overloaded is focused on and the transient process is ignored. Based on the analysis of the transient process in time domain, the mathematic expression of the loop power flow was established and discussed. The transient simulation of loop power flow was carried out. The simulation results verify the correctness of the results. According as the results, to instruct power system close loop operations.
Keywords: loop power flow; transient analysis; loop flow component; transient simulation
中图分类号： P584 文献标识码： A
一、前言
城市电网，采用环网、开环运行模式，一级负荷企业，采用双电源分段运行模式设计，因此，电力系统的合环、解环操作十分普遍和频繁。针对合环潮流的稳态分析、计算已有很多[1-3]，而合环的暂态过程研究很少。合环后冲击电流[4-5]过大会使系统造成巨大冲击。合环的暂态过程却往往引发系统的震荡、冲击，甚至导致保护动作和系统的不稳定。因此，对电力系统的暂态过程的动态模拟仿真、分析和计算，并以此作为操作的依据，避免造成盲目操作带来电力系统的重大事故，是十分必要的。
本研究通过推导合环网络中环流的数学表达式，对合环潮流进行讨论；通过建立电力网络合环仿真电路模型，进行理论方针；通过对辽河石化分公司电力系统，进行实际仿真计算，得出了辽河石化公司双电源系统可以合环操作的结论。石化公司的双电源是6KV系统，合环属于电磁合环，不经过计算进行合环具有很大的风险。在进行本研究之前，石化公司出于安全考虑，确定了不允许合环的运行方式，这样，倒闸就必须选择瞬间停电或者倒负荷的方式，给生产运行带来及大的不方便，也增加了操作事故概率。本研究得出的辽河石化公司双电源系统可以合环操作的结论，具有十分重大实际价值和意义。
二、合环暂态过程变化趋势理论分析
典型合环网络结构如图 1，对模型进行简化，建立数学模型，推导出暂态环流计算公式[6]。
利用MATLAB进行仿真，得出合环暂态过程变化趋。在假设两系统频率相同的情况下，等效的合环电压差为u（t）：
u（t）=umCOS(t+)，合环过程的方程是：
图 1 合环网络示意图
对微分方程进行求解得到：
其中:
，
那么： t>0
从，得到，因此
利用MATLAB进行仿真[7]。
t=0: 0.001: 0.5;
R=0.5;
L=10/(100.*pi);
n=R/L;
=0;
v=300;
i1=(v/ sqrt(R ^2+(100.*pi .*L)^2)) ;
i2=(cos((100.*pi.*t)- )-(exp(-n.*t)) .*cos());
it=i1.*i2;
plot(t,it);
grid;
xlabel('t(S)');...
ylabel('合环全电流(A)');
图 2 合环全电流变化趋势
t=0: 0.001: 0.5;
R=0.5;
L=10/(100.*pi);
n=R/L;
=180;
v=300;
i1=(-v/ sqrt(R ^2+(100.*pi .*L)^2)) ;
i2= (exp(-n.*t)) .*cos();
it=i1.*i2;
plot(t,it);
grid;
xlabel('t(S)');
ylabel('合环电流直流衰减分量(A)');
图 3 合环电流直流衰减分量变化趋势
I（t）是合环稳态环流分量趋势，主要由合环开关两侧的电势差、合环路径所经过的阻抗、合环开关所处的电压等级所决定，是正弦工频电流。
是一个系数为Im0的指数函数，是合环电流中的直流衰减分量趋势。 Im0的大小由合环时的初始状态决定，衰减时间常数由环网阻抗值决定。
三、利用PSIM对合环暂态过程进行电路模型仿真
针对双电源电力系统,利用PSIM[8]建立系统的仿真电路普遍性模型，并对模型进行计算，得出合环暂态过程变化趋势。通过模型电路中的“SS”开关实现合环，从电路合环仿真电流变化曲线上看，与前述理论分析完全一致。
图 4 双电源系统仿真模型电路
图 5 合环暂态电流
四、辽河石化公司双电源系统合环暂态过程ETAP仿真计算
图 6 辽河石化分公司电力系统主接线
根据辽河石化公司提供的辽河石化公司电力系统基础数据建立模型及数据库，利用ETAP-Power Station对辽河石化分公司双电源系统进行合环过程的仿真计算。
合环过程在辽河油田电力集团热电厂与中国石油辽河石化分公司石化变电所之间通过石化公司内部开闭所进行。仿真计算是在辽河石化分公司电力系统正常负荷情况下进行的，仿真计算结果见图7、图8。
图 8 合环电流潮流暂态波形
对操作过程进行仿真计算，仿真结果以图形显示，操作在0.2秒开始，全过程模拟5秒。结果显示合环暂态过程中发生系统间功率震荡，但是在发电机励磁与调速装置的调节控制下，震荡趋于收敛，系统最后达到稳定。
五、结束语
根据现有辽河石化公司电力系统参数以及辽河石化公司电力系统负荷的现状，通过合环操作过程仿真，结果显示，辽河电力集团热电厂6KV系统与石化变电所6KV系统通过石化公司内部开闭所进行合环是可行的，在合环操作后的暂态过程中，合环过程系统有震荡，但是震荡趋于收敛，系统趋于稳定。因此，辽河石化公司双电源系统可以合环操作，合环过程是安全的。
该结论为中国石油天然气股份有限公司辽河石化分公司确定合理的电力系统运行方式、负荷倒闸方式提供了可靠的理论依据，简化了负荷倒闸过程，大大降低了负荷倒闸过程发生操作事故的概率。
参考文献（References）:
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[2] MITANI Y,MATSUHIRO G,TSUJI K. Loop power flow control to minimize power losses and augment voltage stability[J]. Power Engineering Society 1999 Winter Meeting, 1999,1(31):719-724.
[3] 叶清华，唐国庆，王磊.配电网合环操作环流分析系统的开发和应用[J]. 电力系统自动化, 2002,26(22):66-69.
[4] 李江华.浅析10KV配电网合环产生环流的原因及预防措施[J]. 电网技术，2006，30(S1)，:199-201.
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[7] Hanselman D, Littlfield B. Mastering MATLAB 5[M]. Prentice Hall, New Jersey,1998.
[8] Brajamusti .PSIM - Model of the PowerPC(tm) Architecture[M], Andrew Cagney,1994.