大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)條件下山東電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定分析

沙志成 楊鵬鵬 王 葵

山東電力工程咨詢院有限公司 山東 濟(jì)南 250013

1 概況

山東省是一個(gè)水資源匱乏、煤炭供不應(yīng)求、環(huán)保空間有限、土地相對偏少的省份，資源條件成為制約山東省電源發(fā)展的重要因素。山東省煤炭資源探明地質(zhì)儲(chǔ)量331億噸，約占全國的3%，人均儲(chǔ)量不足全國平均水平的一半。山東省的資源和自然條件決定了在今后相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，以煤電為主的能源格局不會(huì)改變。這就對山東轉(zhuǎn)變電力發(fā)展方式提出了迫切要求，積極接納省外電力將成為今后山東電力發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。

2010年，山東電網(wǎng)通過兩個(gè)500kV雙回線路（辛安-聊城雙回線路和黃驊-濱州雙回線路）與華北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，寧東－山東±660kV直流輸電工程單極投運(yùn)，全年共接納省外來電207.6億kWh，同比增長195%，山東電網(wǎng)接納華北來電最高負(fù)荷3500MW，11～12月份寧夏來電最高負(fù)荷2000MW。2011年建成寧東－山東±660kV直流輸電工程雙極投運(yùn)后，將山東接受省外電能力提高到7500MW；“十二五”期間，根據(jù)國家特高壓電網(wǎng)建設(shè)和電源基地開發(fā)情況，建成多通道到山東的直流輸電工程和特高壓交流工程，包括濟(jì)南和濰坊2個(gè)1000kV交流特高壓變電站和呼盟±800kV直流換流站，預(yù)計(jì)到2015年山東電網(wǎng)接納省外電能力達(dá)到16000MW，2020年將超過32000MW。屆時(shí)，我國將形成世界上規(guī)模最大的華北、華中和華東同步電網(wǎng)。

在這一形勢下，山東電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨著前所未有的挑戰(zhàn)，開展外電入魯對山東電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定影響的問題研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中可能存在的安全穩(wěn)定問題并提出相應(yīng)的應(yīng)對方案，對于提高山東電網(wǎng)的規(guī)劃和運(yùn)行水平、保證山東電網(wǎng)的健康發(fā)展具有重要意義

2 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定基本概念

電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性是指電力系統(tǒng)受到大擾動(dòng)后，各同步電機(jī)保持同步運(yùn)行并過渡到新的或恢復(fù)到原來穩(wěn)定運(yùn)行方式的能力，通常指保持第一或第二振蕩周期不失穩(wěn)。

暫態(tài)穩(wěn)定的判據(jù)是系統(tǒng)受到大干擾后，引起送受端機(jī)組之間的相對角度增大，在經(jīng)過第一個(gè)或第二個(gè)最大值后作同步的衰減震蕩而逐漸恢復(fù)穩(wěn)定，系統(tǒng)電壓也逐漸恢復(fù)正常;多機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)在搖擺過程中，任意兩機(jī)組間的相對角度達(dá)到200度或更大，但仍能恢復(fù)同步衰減而逐漸穩(wěn)定；同時(shí)，無電壓崩潰現(xiàn)象或網(wǎng)內(nèi)主要樞紐點(diǎn)的電壓在故障切除后低于0.8（p.u）的時(shí)間不超過1秒。（《電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算規(guī)定》要求）。

3 研究工具及預(yù)想故障集設(shè)置

暫態(tài)穩(wěn)定研究工具：電力科學(xué)研究院的BPA“電力系統(tǒng)計(jì)算分析程序”（4.10版）。發(fā)電機(jī)模型：發(fā)電機(jī)組模型采用詳細(xì)模型，計(jì)及調(diào)速、調(diào)壓及勵(lì)磁系統(tǒng)。

負(fù)荷模型：華北、山東、東北電網(wǎng)采用恒阻抗負(fù)荷模型；華中（含四川、重慶）和華東電網(wǎng)采用60%恒功率+40%恒阻抗的靜態(tài)電壓負(fù)荷模型。

暫態(tài)穩(wěn)定仿真時(shí)間：10.0s。

按照《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》，結(jié)合山東電網(wǎng)實(shí)際情況，確定以下暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算原則：

雙回、多回或環(huán)網(wǎng)500kV交流線路，任一回線三相永久故障，斷開不重合，無穩(wěn)定措施，保持系統(tǒng)穩(wěn)定；

直流輸電線路單極故障，無穩(wěn)定措施，保持系統(tǒng)穩(wěn)定；

發(fā)電廠的交流送出線路故障，應(yīng)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必要時(shí)可采用切機(jī)或快速降低發(fā)電機(jī)組出力的措施；

同塔雙回線的異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障，雙回線三相同時(shí)跳開，應(yīng)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必要時(shí)允許采取切機(jī)和切負(fù)荷等穩(wěn)定控制措施；

直流輸電線路雙極故障，應(yīng)能保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必要時(shí)允許采取切機(jī)和切負(fù)荷等穩(wěn)定控制措施。

4 暫態(tài)穩(wěn)定分析

2015年隨著呼盟特高壓直流落點(diǎn)濰坊青州，直流特高壓引入山東電網(wǎng)，換流站500kV出線4回，臨淄和益都各兩回。山東電網(wǎng)的送電方向發(fā)生較大變化，形成以寧東直流、濟(jì)南特高壓、濰坊特高壓、呼盟直流等為電源中心向外輻射潮流的格局，需要對其暫態(tài)穩(wěn)定進(jìn)行進(jìn)一步分析。

4.1 500kV交流線路三相永久短路故障

500kV線路發(fā)生三相短路不重合，即0秒三相短路故障，0.1秒切除故障線路，暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)果見表1。

表1 2015年山東電網(wǎng)500kV交流線路三相永久故障暫態(tài)分析結(jié)果

4.2 500kV交流雙回線同桿異名相故障

500kV同桿并架雙回線的異名兩相同時(shí)短路，單相跳開，重合閘重合失敗，三相斷開。BPA仿真設(shè)置故障過程：0秒，500kV同塔線路送端同桿異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地永久故障，0.1秒單相跳開切除故障相線路，1.10秒單相重合不成功，1.2秒兩回線路三相斷開。仿真結(jié)果如表2所示（僅列出最大功角差大于65度的線路）。

表2 2015年山東電網(wǎng)500KV雙回線同桿異名相故障暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)果

4.3 500kV雙回線單回線三相故障跳雙回

對于500kV網(wǎng)架上部分發(fā)電廠的交流雙回出線單回三相故障跳雙回進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定仿真計(jì)算。分析結(jié)果見表3。

表3 發(fā)電廠雙回出線同時(shí)斷開暫態(tài)穩(wěn)定結(jié)果

以上暫態(tài)穩(wěn)定失穩(wěn)均是由于切除了機(jī)組的送電通道，導(dǎo)致山東省內(nèi)故障點(diǎn)附近的機(jī)組出現(xiàn)電氣孤島，被隔離的機(jī)組電力無法外送，轉(zhuǎn)速持續(xù)上升，致使其與系統(tǒng)其他機(jī)組間失步。因此，可以考慮的一個(gè)方面就是切除被隔離的機(jī)組，重新仿真，大容量發(fā)電廠的500kV雙回交流線同時(shí)跳開，采取切機(jī)等控制措施后，系統(tǒng)可以恢復(fù)暫態(tài)穩(wěn)定。

4.4 直流閉鎖

2015年呼盟直流落點(diǎn)濰坊青州，山東電網(wǎng)接受寧東直流4000MW，呼盟直流7500MW。

1）呼盟直流雙極閉鎖

呼盟直流發(fā)生雙極閉鎖故障時(shí)，經(jīng)過仿真，山東省內(nèi)功角差最大的時(shí)刻為79.5周波，功角差最大的發(fā)電機(jī)是“壽光廠2號”和“華宇廠1號”，最大功角差54.24度，系統(tǒng)功角穩(wěn)定。相關(guān)發(fā)電組的功角曲線如圖1所示。

圖1 2015年呼盟直流雙極閉鎖時(shí)相關(guān)發(fā)電機(jī)組功角曲線

2）寧東直流雙極閉鎖

寧東直流發(fā)生雙極閉鎖故障時(shí)，經(jīng)過仿真，山東省功角差最大的時(shí)刻為0.0周波，功角差最大的發(fā)電機(jī)是“壽光廠2號”和“華宇廠1號”，最大功角差53.55度，沒有電壓低于0.7500pu的節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定。相關(guān)發(fā)電機(jī)組的功角曲線如圖2所示：

圖2 2015年寧東直流雙極閉鎖時(shí)相關(guān)發(fā)電機(jī)功角曲線

5 結(jié)論

1）2015 年山東電網(wǎng)發(fā)生500kV交流線路三永故障以及雙回線同桿異名相故障時(shí)，系統(tǒng)均能保持暫態(tài)穩(wěn)定。2015年部分大容量發(fā)電廠的500kV交流雙回出線同時(shí)斷開時(shí)，被隔離的機(jī)組與系統(tǒng)其他機(jī)組失步，切除形成電氣孤島的機(jī)組后，系統(tǒng)恢復(fù)暫態(tài)穩(wěn)定。

2）特高壓的引入可以為山東電網(wǎng)提供有力支撐，提高暫態(tài)穩(wěn)定性，直流系統(tǒng)發(fā)生閉鎖單極及雙極閉鎖故障時(shí)，不采取穩(wěn)定措施，系統(tǒng)維持暫態(tài)穩(wěn)定。其中2015年呼盟直流雙極閉鎖時(shí)山東省內(nèi)發(fā)電機(jī)最大功角差為54.24度，寧東直流雙極閉鎖時(shí)最大功角差為53.55度。

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