銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

丁留寶，王 健

(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇 南京 210003)

隨著特高壓交直流電網(wǎng)的逐步建設(shè)及全國互聯(lián)電網(wǎng)的基本實(shí)現(xiàn)，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行與控制問題越來越重要。為了解決N-2嚴(yán)重故障、部分主變跳閘或直流極閉鎖故障等可能引起的電網(wǎng)穩(wěn)定破壞或設(shè)備過載問題，采取切機(jī)、切負(fù)荷或解列等控制措施，避免主網(wǎng)失穩(wěn)、瓦解甚至大面積停電事故以及重大設(shè)備損壞事故的發(fā)生，同時(shí)為了盡量提高電網(wǎng)送出功率，提高電網(wǎng)的送電能力，構(gòu)建安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)勢在必行，我國各大電網(wǎng)均建立了不同規(guī)模的區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)[1-4]。文中分析了銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定問題并提出解決方案，針對提出的解決方案對安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)各站功能進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1 銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題分析

銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)的地理接線如圖1所示，其中銀川東、黃河變和白銀變?yōu)?50kV/330kV變電站，寧安變?yōu)?20kV變電站。750kV白銀—黃河—銀川東雙回是陜甘青寧電網(wǎng)東西部之間水火電功率交換的主要通道，它加強(qiáng)了西北主網(wǎng)與寧夏南部330kV電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)，較大提高了甘寧省間交換功率水平，能夠滿足西北（寧夏）—華北（山東）第一回4000 MW直流工程的需要，同時(shí)也滿足了寧東火電基地大型電源的送出。

文中將銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)分為南北斷面和黃川斷面來分析。受局部地區(qū)750kV/220kV、750kV/330kV電磁環(huán)網(wǎng)的影響，部分線路檢修或停運(yùn)時(shí)系統(tǒng)可能存在一些安全穩(wěn)定問題，主要表現(xiàn)在寧夏省內(nèi)黃川斷面和甘寧省間聯(lián)絡(luò)的南北斷面上。

1.1 直流單極或雙極閉鎖導(dǎo)致的問題

西北—新疆聯(lián)網(wǎng)后，當(dāng)銀川東直流單極投運(yùn)單極閉鎖或雙極投運(yùn)雙極閉鎖后，西北電網(wǎng)會(huì)出現(xiàn)高頻問題，潮流也會(huì)出現(xiàn)大幅度轉(zhuǎn)移。故當(dāng)發(fā)生直流單極或雙極閉鎖后應(yīng)根據(jù)功率不平衡量由近及遠(yuǎn)立即切除銀川東直流近區(qū)機(jī)組。

圖1 銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)地理接線

1.2 銀川東雙主變運(yùn)行時(shí)存在的問題

銀川東換流站直流雙極投運(yùn)后，銀川東主變下網(wǎng)壓力較大。正常方式下，如發(fā)生銀川東主變N-1故障，則另1臺主變會(huì)嚴(yán)重過載，限制銀川東2臺主變下網(wǎng)功率可避免主變過載問題，但將造成接于750kV的靈武電廠二期及水洞溝電廠無法滿發(fā)，不能實(shí)現(xiàn)最大送電能力，同時(shí)運(yùn)行方式安排也存在一定困難。

1.3 銀川東單主變運(yùn)行時(shí)存在的問題

當(dāng)銀川東單主變運(yùn)行時(shí)，如發(fā)生運(yùn)行主變跳閘，靈武電廠二期和水洞溝電廠被甩至黃河變，黃川斷面僅通過4回330kV線路與主網(wǎng)聯(lián)系，330kV黃侯線或黃銅線可能會(huì)嚴(yán)重過載。為避免該問題的發(fā)生，正常運(yùn)行方式下，需控制330kV黃侯線+330kV黃銅線+750kV黃川雙回線+750kV靈武電廠二期及750kV水洞溝電廠的總出力。

1.4 靈武電廠二期送出750kV同桿雙回線存在的問題

靈武電廠二期2×100萬kW機(jī)組出力通過750kV同桿雙回線送出，存在同時(shí)失去的可能，如發(fā)生N-2故障，則系統(tǒng)失去200萬kW出力，系統(tǒng)頻率將迅速降低，有可能會(huì)造成系統(tǒng)第三道防線低頻減載裝置動(dòng)作。

1.5 黃川斷面N-2故障導(dǎo)致線路過載問題

750kV黃川雙回線N-2跳閘，黃川斷面僅通過4回330kV線路與主網(wǎng)聯(lián)系，330kV黃侯線或黃銅線可能會(huì)嚴(yán)重過載。為避免問題的發(fā)生，需控制330kV黃侯線+330kV黃銅線+750kV黃川雙回線+750kV靈武電廠二期及750kV水洞溝電廠總出力。

1.6 南電北送斷面N-2故障導(dǎo)致線路過載問題

如發(fā)生750kV白黃雙回線跳閘，南電北送斷面僅通過4回330kV線路與主網(wǎng)聯(lián)系，330kV白安雙回線可能會(huì)嚴(yán)重過載。

針對銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)突出的安全穩(wěn)定問題，為保證西電東送的安全可靠性，防止大面積事故的發(fā)生，最大限度提高西電東送能力，需在銀東直流西北側(cè)配置相應(yīng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

2 銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)介紹

銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)穩(wěn)定控制系統(tǒng)主站設(shè)在銀川東換流站和黃河變，均雙重化配置SCS-500E[5]分布式穩(wěn)定控制裝置，銀川東換流站主輔運(yùn)行，黃河變雙柜并列運(yùn)行。寧安變?yōu)榭刂谱诱?，配置單套FWK-300穩(wěn)定控制柜，與黃河變雙柜通信。在靈武電廠一期、靈武電廠二期、鴛鴦湖電廠、水洞溝電廠、景泰電廠、大壩電廠三期設(shè)切機(jī)執(zhí)行裝置，均雙重化配置，主輔運(yùn)行，與銀川東換流站通信。站間通信均以2 M光纖通道聯(lián)系，其站間通道如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)通道配置

2.1 銀川東換流站功能

（1）銀川東直流外送（銀川東至山東）發(fā)生極故障時(shí)，按容量執(zhí)行切機(jī)措施。（2）主變功率下網(wǎng)（主變高壓側(cè)功率為正），發(fā)生N-1故障（2臺主變投運(yùn)1臺主變跳閘）時(shí)，按策略表執(zhí)行調(diào)制銀川東直流措施。（3）川靈斷面功率為負(fù)（靈武二期至銀川東），發(fā)生N-2故障（川靈雙回運(yùn)行N-2或川靈單回運(yùn)行N-1）時(shí)，按策略表調(diào)制銀川東直流或向黃河變發(fā)送需切容量。（4）向各切機(jī)執(zhí)行站發(fā)送切機(jī)命令。（5）向黃河變發(fā)送黃川Ⅰ、Ⅱ線投停及跳閘信息，主變斷面（主變高壓側(cè)）功率及主變斷面開斷信息 （僅指1臺主變檢修另1臺主變跳閘）。（6）接收靈武電廠二期發(fā)來的川靈Ⅰ、Ⅱ線投停及跳閘信息。（7）接收黃河變發(fā)來的按容量調(diào)制銀川東直流命令。

2.2 黃河變功能

（1）根據(jù)方式壓板判別系統(tǒng)運(yùn)行方式。（2）不同運(yùn)行方式下，750kV黃川斷面斷開時(shí)，檢測330kV黃銅線或黃侯線是否過載（功率為正），如過載則根據(jù)所選斷面查策略表，按容量向銀川東發(fā)送調(diào)制銀東直流功率命令或向鋁業(yè)變發(fā)切負(fù)荷命令。（3）不同運(yùn)行方式下，750kV黃白斷面斷開時(shí)，檢測330kV安白任一回線是否過載（功率為負(fù)），如過載則根據(jù)所選斷面查策略表，按容量向銀川東發(fā)送調(diào)制銀東直流功率命令或向鋁業(yè)變發(fā)切負(fù)荷命令。（4）銀川東主變下網(wǎng)（主變高壓側(cè)功率為正），發(fā)生1臺主變檢修，另1臺主變跳閘時(shí)，檢測330kV黃銅線或黃侯線是否過載（功率為正），如過載則根據(jù)所選斷面查策略表，按容量向銀川東發(fā)送調(diào)制銀東直流功率命令或向鋁業(yè)變發(fā)切負(fù)荷命令。（5）向銀川東換流站發(fā)送按容量調(diào)制銀東直流命令。（6）向鋁業(yè)變發(fā)送按容量切負(fù)荷命令。（7）接收銀川東發(fā)來的川黃Ⅰ、Ⅱ線投、停及跳閘信息，主變斷面（主變高壓側(cè)）功率及主變斷面開斷信息。（8）接收銀川東發(fā)來的需切容量，執(zhí)行按容量切鋁業(yè)變負(fù)荷措施。

2.3 寧安變功能

判安白雙回線過載（功率為負(fù)），向黃河變發(fā)送安白雙回線過載信息。

2.4 電廠切機(jī)執(zhí)行站功能

（1）判主變高壓側(cè)兩輪高周，每輪切1臺機(jī)。（2）收銀川東換流站切機(jī)命令。其中靈武電廠二期兼具向銀川東換流站發(fā)送靈川Ⅰ、Ⅱ線跳閘信息功能。

3 銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)特點(diǎn)

3.1 站內(nèi)信息交互功能

銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)可以分解為A套系統(tǒng)和B套系統(tǒng)。銀川東換流站和黃河變A套系統(tǒng)和B套系統(tǒng)都配有另柜通道壓板，用于異常情況下互相傳遞信息。如果運(yùn)行正常，A套系統(tǒng)和B套系統(tǒng)獨(dú)立決策，互不影響。但在某些異常情況下，A套系統(tǒng)和B套系統(tǒng)需要相互交換信息以完成決策。

以銀川東換流站和靈武電廠二期的4臺柜子舉例說明，柜間通信如圖3所示。

圖3 柜間通信示意圖

當(dāng)銀川東柜間通道正常時(shí)，若發(fā)生以下（1）～（2）中任一種情況，則銀川東A柜需通過黑箭頭的方向即銀川東B柜收到的機(jī)組信息統(tǒng)計(jì)機(jī)組信息。（1）靈武電廠二期A柜總功能壓板退出。（2）靈武電廠二期A柜裝置異常閉鎖。（3）銀川東A柜對靈武電廠二期A柜通道壓板退出。（4）通道上銀川東A柜接收靈武電廠二期A柜異常或靈武電廠二期A柜接收銀川東A柜異常。當(dāng)銀川東A柜和B柜間通道異常時(shí)，如果發(fā)生以上（1）～（4）中任一種情況，則銀川東A柜裝置閉鎖，整個(gè)A套系統(tǒng)退出運(yùn)行。在該情況下可退出銀川東A柜與另柜通道壓板以解除銀川東A柜裝置閉鎖，從而開放整個(gè)A套系統(tǒng)。

3.2 站間信息交互功能

傳統(tǒng)意義上的穩(wěn)控系統(tǒng)站與站之間是主站與執(zhí)行站的關(guān)系，而銀東直流穩(wěn)控系統(tǒng)站與站之間除了主站與執(zhí)行站的關(guān)系外，還具備信息交互功能。

一方面，站與站之間互相傳遞斷面開斷信息，起輔助補(bǔ)充作用。銀川東換流站和靈武電廠二期都采集靈川雙回線信息并判斷其跳閘，如靈武電廠二期一旦判出靈川雙回跳閘，立即通過2 M通道將靈川雙回跳閘信息實(shí)時(shí)上送給銀川東換流站；同樣黃河變和銀川東換流站也同時(shí)判斷黃川斷面跳閘，并互相傳遞黃川斷面開斷信息。這樣就避免了線路實(shí)際已跳閘而單站可能沒判出跳閘造成裝置拒動(dòng)的可能性。

另一方面，站與站之間傳遞的信息是邏輯的重要組成部分。例如黃河變不方便采集安白雙回的過載信息，這就需要從寧安變獲取安白雙回線的故障信息。一旦黃河變南北斷面開斷，黃河變又獲得了安白線的過載信息，則立即查表采取措施；同樣如黃河變收到銀川東主變斷面開斷信息，一旦檢測到本地黃侯線過載，則立即采取措施。

4 結(jié)束語

為了驗(yàn)證該穩(wěn)定控制系統(tǒng)能否發(fā)揮應(yīng)有的作用，調(diào)試人員在各廠站模擬各種故障下進(jìn)行了聯(lián)調(diào)實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，各廠站均能按照預(yù)定的切機(jī)切負(fù)荷邏輯執(zhí)行，達(dá)到了預(yù)定的效果。

銀東直流西北側(cè)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)提高了銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，對預(yù)防系統(tǒng)元件跳閘、過載以及極故障事故有可能引起更嚴(yán)重事故的發(fā)生起到了重要作用，為西北電網(wǎng)安全可靠地向山東輸電提供了安全保障。隨著“十二·五”期間特高壓互聯(lián)電網(wǎng)的全面建設(shè)，全國將形成“三縱三橫一環(huán)網(wǎng)”的局面，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定要求相應(yīng)會(huì)有更高的要求。相信銀東直流西北側(cè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的成功投運(yùn)對特高壓交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定控制有著一定的借鑒意義。

[1]任祖怡，趙明君，夏尚學(xué)，等.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在新疆南部電網(wǎng)的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2008，32（12）： 104-107.

[2]田 力.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在三峽電源電站的應(yīng)用[J].華中電力，2008，21（3）：57-60.

[3]孟偉潔，陸敏玨，杜 科.安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)在上海電網(wǎng)的應(yīng)用[J].上海電力，2010（3）：214-216.

[4]宋錦海，李雪明，羅建裕，等.FWK-300在蘇北安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)中應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（3）：95-97.

[5]宋錦海，余文杰，宣筱青，等.適應(yīng)特高壓互聯(lián)電網(wǎng)的SCS-500E安全穩(wěn)定控制平臺研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（5）：91-95.