西北新疆交流聯(lián)網(wǎng)后新疆電網(wǎng)控制模式變化機理及對策研究

常喜強，孫誼媊，姚秀萍，梁 靜，趙明君

(1.新疆電力調度通信中心，新疆烏魯木齊 830002;2.新疆電力科學研究院，新疆烏魯木齊 830002)

0 引言

大區(qū)交流聯(lián)網(wǎng)形成初期弱聯(lián)系階段，原電網(wǎng)內部運行特性的變化一直是電網(wǎng)安全分析的焦點。該文深入分析研究了新疆西北交流聯(lián)網(wǎng)后的電網(wǎng)特性變化，影響機理，梳理新疆750/220 kV電網(wǎng)運行控制模式，確定了調整方向，重點對電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)，分區(qū)互供方式，調度運行控制模式進行調整，同時對區(qū)域穩(wěn)定控制模式和優(yōu)化方案等進行分析研究，并提出了相應保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的解決措施。

1 新疆電網(wǎng)內部穩(wěn)定水平變化情況

新疆西北聯(lián)網(wǎng)后，新疆電網(wǎng)穩(wěn)定性發(fā)生了變化，呈現(xiàn)出“兩個加強，四個改善，四個加劇，三個新增，三個不變”的特點。

兩個加強體現(xiàn)在新疆與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)結構得到了加強(鳳烏升壓工程)，新疆南北部電網(wǎng)網(wǎng)架結構得到了加強(吐巴工程)。

四個改善體現(xiàn)在送端“窩電”狀況得到改善，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性得到改善，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性得到了改善，部分地區(qū)供電可靠性得到了改善。

四個加劇體現(xiàn)在電壓控制難度加劇，解網(wǎng)后的頻率、電壓穩(wěn)定問題交織，復雜程度加劇，聯(lián)絡線控制與風電控制難度加劇，電網(wǎng)運行方式調整靈活，安排配合復雜程度加劇。

三個新增體現(xiàn)在新增西北外送通道(750 kV哈敦雙線)，新增南疆750 kV送電通道(750 kV吐巴通道)，新增動態(tài)穩(wěn)定低頻振動網(wǎng)間模式一個(新疆機組對西北主網(wǎng)機組模式)。

三個不變體現(xiàn)在新疆電網(wǎng)局部地區(qū)供大于求發(fā)供電不平衡狀況不變;新疆電網(wǎng)基本潮流走向沒有改變，部分斷面的穩(wěn)定問題不變;穩(wěn)定極限基本不變。

2 控制模式變化分析

新疆與西北聯(lián)網(wǎng)后，新疆電網(wǎng)電壓控制模式、電磁環(huán)網(wǎng)控制模式、調峰、調頻控制模式、區(qū)域性電網(wǎng)穩(wěn)定控制模式、調度管理模式均發(fā)生了較大的變化。

2.1 電壓控制模式

750/220 kV電壓級差較西北主網(wǎng)750/330 kV以及國內其他地區(qū)500/220 kV或1 000/500/220 kV大，且在國內無先例，根據(jù)電壓變化經(jīng)驗公式，電壓變化與聯(lián)絡線傳輸功率大小、潮流波動水平、線路阻抗以及母線短路容量相關。聯(lián)網(wǎng)的750 kV線路充電功率大(百公里充電功率280 Mvar，是500 kV線路的2.8倍)，沿線網(wǎng)架結構較弱，短路容量小，接力送電的聯(lián)網(wǎng)通道上，潮流波動頻繁并且幅度大，從而導致聯(lián)網(wǎng)通道近區(qū)220 kV母線電壓波動較大。而750 kV電網(wǎng)缺少動態(tài)無功調節(jié)手段，采用高、低抗固定補償，正常運行中電壓控制較為困難。對聯(lián)網(wǎng)通道近區(qū)220 kV電壓控制要求苛刻。通過計算分析，若按750 kV母線電壓不超過800 kV控制，需將近區(qū)220 kV母線運行電壓控制在230～238 kV范圍內，在現(xiàn)有調節(jié)手段下運行控制難度大。

由于新疆境內750 kV變電站均為單主變壓器運行，輕潮流下，聯(lián)網(wǎng)通道上750 kV母線初始電壓偏高。主變壓器N－1故障后，電網(wǎng)將失去220 kV電網(wǎng)的電壓鉗制作用，同時失去750 kV主變壓器低壓側低抗;同時失去低壓補償，導致750 kV母線出線運行過電壓，需進行綜合考慮電壓調整和控制問題。

圖1 750/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)示意圖

烏北主變壓器跳閘，烏北750 kV母線電壓升高幅度約為50～70 kV，為抑制部分主變壓器特別是末端饋供主變壓器跳閘后750 kV母線高電壓，需聯(lián)切750 kV線路，從而電網(wǎng)運行從N－1問題升級為N－2問題，還需要調控電壓同時需控制各750、220 kV斷面潮流，關聯(lián)因素較多。

220 kV電網(wǎng)面臨正常小負荷方式下電壓偏高需消化吸收750 kV系統(tǒng)未補償?shù)娜菪詿o功，750 kV主變壓器N－1故障情況下，750 kV系統(tǒng)變化的容性無功被切除，220 kV系統(tǒng)因失去容性無功造成感性無功偏多，電壓偏低，而750 kV設備又因為缺少的感性無功補償而電壓偏高，不論750 kV還是220 kV電網(wǎng)，電壓反復波動問題突出。

此外，新疆電網(wǎng)內750 kV系統(tǒng)的電壓水平與西北電網(wǎng)內750 kV系統(tǒng)的電壓水平相關聯(lián)，鏈式網(wǎng)絡的電壓調整隨聯(lián)絡線傳輸功率變化而變化，并相互制約，使得電壓調整控制延伸面擴大。

由于上述因素造成電壓調整和控制關聯(lián)因素增多，電壓控制模式變化較大，需進行調整。

2.2 電磁環(huán)網(wǎng)控制模式

新疆電網(wǎng)出現(xiàn)多個大型電磁環(huán)網(wǎng)，分別為鳳烏電磁環(huán)網(wǎng)，烏吐電磁環(huán)網(wǎng)，吐哈電磁環(huán)網(wǎng)，吐巴電磁環(huán)網(wǎng)，電磁環(huán)網(wǎng)帶來的是系統(tǒng)短路水平的不斷上升，熱穩(wěn)定、動穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定引起的控制問題。采取分區(qū)分片的運行方式是解決短路電流問題的發(fā)展趨勢，但是在分區(qū)運行后需考慮設備檢修、電力電量平衡、設備過載等問題，同時還帶來不同情況下的運行方式多變，保護定值方案多套，事故支援能力變弱，運行方式調整困難、調度運行操作復雜等問題。

在環(huán)網(wǎng)方式下部分220 kV輸電斷面制約著750 kV系統(tǒng)送出功率，同時750 kV系統(tǒng)設備運行和停運也造成220 kV線路穿越潮流的變化。上述設備的檢修需相互配合，相互兼顧。此外新疆電網(wǎng)因網(wǎng)架結構薄弱，疆內750 kV設備停運相互之間也影響較大，需統(tǒng)一考慮。

2.3 調峰、調頻控制模式

新疆電網(wǎng)由孤網(wǎng)運行轉為聯(lián)網(wǎng)運行，由獨立電網(wǎng)轉為西北區(qū)域電網(wǎng)一部分。新疆電網(wǎng)調峰、調頻控制模式將發(fā)生較大的變化，電網(wǎng)AGC控制模式需要調整。通常AGC有四個基本目標及其分別對應的四個控制模式。

(1)負荷平衡控制模式:使整個互聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)電與負荷基本平衡。

(2)定頻率控制模式:保證電力系統(tǒng)的頻率偏差在某一范圍內，并使均值為零。

(3)聯(lián)絡線控制模式:在各控制區(qū)域內調節(jié)發(fā)電出力，使聯(lián)絡線功率偏差積分值為零。

(4)經(jīng)濟調度控制模式:控制本區(qū)域內的分配發(fā)電，使發(fā)電成本最小。

新疆電網(wǎng)在與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，采用聯(lián)絡線頻率控制模式，但由于是聯(lián)網(wǎng)設備均為單主變壓器，還需考慮主變壓器跳閘，解網(wǎng)方式下的定頻率控制模式，解網(wǎng)方式還存在不同地區(qū)，不同機組參與，需要進行調整和改變，在兩者之間切換。如:在750 kV哈敦雙線斷開，吐哈一二線斷開，烏吐一二線斷開方式下，天光電廠、察汗烏蘇電廠、庫車電廠等機組的AGC控制模式需做相應的調整。

AGC控制模式復雜程度增加，控制模式多變，需要考慮和完善相關功能定義。

對于系統(tǒng)旋轉備用容量的制定，電力、電量平衡、機組開機方式等均進行了多種情況的考慮。既要滿足系統(tǒng)外送要求、又要滿足聯(lián)網(wǎng)通道故障后穩(wěn)控切機要求，滿足系統(tǒng)故障情況下的快速響應調節(jié)能力，負荷變化、風電出力變化要求。

2.4 區(qū)域性電網(wǎng)穩(wěn)定控制模式

聯(lián)網(wǎng)后電網(wǎng)具有明顯的區(qū)域性特征:烏北地區(qū)、吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)局部電力系統(tǒng)各自由多個電源節(jié)點構成，分區(qū)內穩(wěn)定性與分區(qū)內電源具有強相關性。對于這樣的系統(tǒng)，其安全穩(wěn)定控制，需綜合考慮這些電源的運行狀態(tài)，因而往往需要大量的遠方信息傳遞。這樣就使得區(qū)域性電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制復雜程度增加，尤其是在各種情況下如何保證全套裝置動作的可靠動作。

區(qū)域穩(wěn)控控制模式也需適應多種情況進行調整優(yōu)化，對于750 kV/220 kV，由原有的集中控制模式調整為采取750 kV/220 kV分層控制模式。形成以三個變電站六套裝置為樞紐的108套系統(tǒng)分區(qū)分層進行控制。

2.5 調度管理模式

聯(lián)網(wǎng)后，新疆省調調度管理由單一的孤網(wǎng)運行管理變?yōu)槁?lián)網(wǎng)運行管理與孤網(wǎng)運行管理雙重方式，需積極適應新的聯(lián)網(wǎng)方式，將新疆電網(wǎng)在孤網(wǎng)運行過程中形成了一套適應新疆電網(wǎng)實際情況的調度管理模式進行優(yōu)化、轉型、轉變，在調度運行、運行方式、調度計劃、繼電保護、通信、自動化專業(yè)的工作標準、工作制度、專業(yè)流程，標準、規(guī)程、制度，全面梳理。

對于調度運行方面，轉變孤網(wǎng)運行管理，加強電網(wǎng)的負荷預測，合理安排系統(tǒng)旋轉備用容量、事故備用容量、檢修備用容量及其分布，要求具備相應的響應調節(jié)能力，對于電網(wǎng)穩(wěn)定工作，聯(lián)合網(wǎng)調、省調、地調制定協(xié)調一致的穩(wěn)定規(guī)定，拉路限電序位表，制定緊急來路限電措施。調度運行人員及時準確調整有關調頻廠，重視聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)的過電壓問題，保持發(fā)電機組自動電壓調節(jié)在運行狀態(tài)，采用快速勵磁，合理使用并聯(lián)電抗器，控制系統(tǒng)運行電壓在正常范圍內，對可能發(fā)生的各類嚴重故障，平時制定相應預案和反事故演習，在二次系統(tǒng)方面，加強網(wǎng)省繼電保護的運行管理工作，完善規(guī)章制度，整定方案，整定原則，現(xiàn)場實施、定期檢驗、設備維護等環(huán)節(jié)。對電網(wǎng)第三道防線需統(tǒng)一考慮，對于重要設備的電網(wǎng)通信，調度自動化系統(tǒng)和各樞紐站的自動化設備、加強運行維護和管理。

3 提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平控制模式調整措施

為提高新疆電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后的安全穩(wěn)定水平，在深入分析了電網(wǎng)穩(wěn)定性變化情況，電網(wǎng)控制模式存在不足，提出以下控制模式調整措施。

3.1 針對電壓控制

合理選擇750 kV主變壓器分接頭檔位，縮小變比，優(yōu)化確定750 kV無載調壓變壓器分接頭位置，做到750 kV、220 kV系統(tǒng)同時優(yōu)化，聯(lián)合調壓。加強常規(guī)電源并網(wǎng)管理，充分發(fā)揮其調壓能力。靜態(tài)電壓故障前做好控制預案和相應控制策略，故障情況下電壓控制需穩(wěn)控系統(tǒng)與人員控制相結合。

3.2 針對電磁環(huán)網(wǎng)

加快電網(wǎng)建設，為電磁環(huán)網(wǎng)方式解環(huán)提供條件，開展新疆電網(wǎng)規(guī)劃網(wǎng)架及過渡期間電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)專題研究，優(yōu)化電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案，優(yōu)化電源分區(qū)互供，減少潮流迂回轉供，減少電網(wǎng)相互制約因素。優(yōu)化區(qū)域穩(wěn)控策略的優(yōu)化工作，增加相應的區(qū)域穩(wěn)控策略。

3.3 針對調峰、調頻

根據(jù)電網(wǎng)運行情況，針對電網(wǎng)故障解列孤網(wǎng)運行后不同AGC“掛起”措施。優(yōu)化現(xiàn)有AGC策略，結合運行開展相關的優(yōu)化。制定多種AGC控制模式。合理確定系統(tǒng)備用容量，將風電、水電、火電、聯(lián)絡線備用統(tǒng)籌考慮，充分發(fā)揮區(qū)域聯(lián)網(wǎng)綜合效益。將電源按AGC區(qū)域貢獻率進行劃分，與不同方式下頻率調整控制進行關聯(lián)。

3.4 針對區(qū)域穩(wěn)控

研究切負荷執(zhí)行站、切機執(zhí)行站接入方式變更，切負荷功能閉鎖程序優(yōu)化，策略改進，做到“自適應”。

3.5 針對調度管理

盡快融入網(wǎng)省一體化運作，加強溝通，建立協(xié)作機制。建立統(tǒng)一和諧的調度協(xié)調機制。

4 結論

新疆與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，可以充分發(fā)揮大電網(wǎng)、大機組、大容量遠距離輸電的規(guī)模經(jīng)濟效益，實現(xiàn)能源、電力資源的優(yōu)化配置;可以實現(xiàn)水電、火電、核電、風電等不同特性電力資源的互補，實現(xiàn)更大的經(jīng)濟和安全效益。但電網(wǎng)大范圍互聯(lián)又會使電網(wǎng)事故影響范圍擴大，如果處理不當，有造成大面積停電的風險。需要在電網(wǎng)運行控制各個方面的模式進行調整和轉換，梳理新疆750/220 kV電網(wǎng)運行控制模式，確定調整方向，迅速改進和轉變，以滿足電網(wǎng)各種運行工況的需求，此外，電網(wǎng)在規(guī)劃設計方面也需要進行綜合考慮，開展電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)研究、電源分區(qū)消納研究、電源接入地方式研究，750～220 kV電壓控制專題研究等，建設堅強的各級電網(wǎng)，各級電網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)調統(tǒng)籌發(fā)展，為電網(wǎng)運行提供堅強的物理保障。