500 kV慶云變接入七臺河地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定分析研究

劉 進(jìn)，郭 裊，李 童，徐冰亮，劉智洋，胡遠(yuǎn)婷

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

黑龍江電網(wǎng)分為東部網(wǎng)、中部網(wǎng)、西部網(wǎng)。東部網(wǎng)包括牡丹江、雞西、七臺河、佳木斯、鶴崗及伊春供電區(qū)[1]。黑龍江省東部煤炭資源豐富，近年來電源建設(shè)迅速，七臺河廠兩臺600 MW機組，兩臺350 MW機組已經(jīng)投產(chǎn)運行，相應(yīng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)滯后限制了七臺河廠四臺機組出力，形成了電網(wǎng)建設(shè)滯后機組建設(shè)進(jìn)度的局面。

隨著500 kV慶云變和前進(jìn)變陸續(xù)投產(chǎn)，將提高七臺河地區(qū)和佳木斯東部地區(qū)的供電能力。慶云變的投產(chǎn)將解決七臺河電廠不能全機組方式運行的問題，但是慶云變500 kV外送通道發(fā)生故障斷開時，需要切除七臺河廠部分機組，對電網(wǎng)運行影響較大。然而220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路及220 kV慶云變-新民變雙回輸電線路投運后，增強了220 kV電網(wǎng)系統(tǒng)與500 kV電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)系，解決了附近220 kV線路過載的問題。對此，為了掌握該地域電網(wǎng)運行情況，本文對500 kV慶云變接入七臺河地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 模型與計算方法

電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照500 kV集賢變與慶云變投產(chǎn)后的系統(tǒng)正常運行方式接線，電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)采用EMS-web實時監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)視電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，負(fù)荷利用實時采集數(shù)據(jù)，用與實際電網(wǎng)運行情況相符的計算數(shù)據(jù)作為電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

對東部區(qū)域電網(wǎng)靈敏度進(jìn)行分析，確定電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。針對東部區(qū)域不同開機方式進(jìn)行分析計算，找出電網(wǎng)薄弱區(qū)域薄弱線路。

對于裝機在100 MW及以上的發(fā)電機模型采用E″q、E″d、E'q電勢變化的5階模型，模型中發(fā)電機轉(zhuǎn)子d軸勵磁組f及阻尼繞組D的次暫態(tài)和暫態(tài)電磁過程分別以E″q和E″d電勢變化表示，q軸考慮阻尼繞組Q的次暫態(tài)和暫態(tài)電磁過程，以電勢變化表示。其中q軸阻尼繞組g的電磁暫態(tài)過程只在隱極機時才需考慮，不考慮q軸阻尼繞組g的暫態(tài)電磁過程，以描述隱極轉(zhuǎn)子等值阻尼電感和時間常數(shù)大，對應(yīng)暫態(tài)過程阻尼強的物理本質(zhì)。

模型方程式如下:

對于裝機在100 MW以下的發(fā)電機模型采用E'q電勢恒定的2階模型[2]。

黑龍江電網(wǎng)負(fù)荷模型采用感應(yīng)電動機模型，其中50%為恒定阻抗模型，電動機轉(zhuǎn)子電阻取0.02(標(biāo)幺值)，轉(zhuǎn)子電抗取0.12(標(biāo)幺值)，定子開路轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)取0.576 s，轉(zhuǎn)子慣性時間常數(shù)取2 s，與轉(zhuǎn)速無關(guān)的阻力矩系數(shù)取0.15(標(biāo)幺值)，電動機定子漏抗取0.18(標(biāo)幺值)[3]。

對220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路投運，220 kV慶云變-新民變雙回輸電線路投運的過渡過程進(jìn)行仿真計算。計算包括正常運行方式潮流計算和N-1方式潮流計算。潮流計算在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為求解非線性方程組，其數(shù)學(xué)模型簡寫為非線性方程組:

式中:F=(f1，f2，…，fn)T為節(jié)點平衡方程式;X=(x1，x2，…，xn)為待求的各節(jié)點電壓。

采用的潮流計算方法為牛頓法(功率式)。該方法的數(shù)學(xué)模型是基于節(jié)點功率平衡方程式，運用牛頓法形成修正方程，再求每次迭代的修正量。該方法通常收斂性很好[4]。

計算負(fù)荷為東北電網(wǎng)冬大負(fù)荷，采用中國電科院PSASP6.28版程序。

2 仿真分析

2.1 潮流分析

對目前電網(wǎng)運行方式開展靜態(tài)安全分析，通過全網(wǎng)的正常運行方式和N-1方式進(jìn)行潮流計算，分析電網(wǎng)潮流運行情況[5]。

1)考慮目前電網(wǎng)運行情況，對不同開機情況下正常運行方式和N-1方式進(jìn)行潮流計算。

東部電網(wǎng)是電源外送地區(qū)及風(fēng)電匯集地區(qū)，而東部網(wǎng)局部地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱，主變?nèi)萘康停瑢?dǎo)線線徑較細(xì)，如220 kV蘆家變220 kV側(cè)和110 kV側(cè)接入的風(fēng)電容量均較大，低壓側(cè)風(fēng)電大發(fā)時，兩條220 kV潮流送出線蘆民線和佳蘆線均為LGJ-185導(dǎo)線，線路承載能力低，均易出現(xiàn)過載現(xiàn)象。

方式1:平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運，北架、驛馬山風(fēng)電場滿發(fā)，薄弱線路容量利用情況如圖1所示。

圖1 方式1情況下薄弱線路容量利用情況

從圖1中可以看出，方式一情況下滴聯(lián)線、平虎線、方林線進(jìn)行N-1方式計算時蘆民線過載。

方式2:平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運，北架、驛馬山風(fēng)電場80%出力，薄弱線路容量利用情況如圖2所示。

圖2 方式2情況下薄弱線路容量利用情況

從圖2中可以看出，方式2情況下滴聯(lián)線、方林線進(jìn)行N-1方式計算時蘆民線線路過載。

方式2情況下正常運行時，蘆民線潮流較大，當(dāng)?shù)温?lián)線、平虎線、方林線進(jìn)行N-1方式計算時，潮流從佳木斯地區(qū)向七臺河地區(qū)輸送通道蘆民線潮流增大，線路過載。

2)考慮電網(wǎng)建設(shè)過渡過程，220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線運行情況下，對不同開機情況下正常運行方式和N-1方式進(jìn)行計算。

方式3:220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線運行，北架、驛馬山風(fēng)電場滿發(fā)，薄弱線路容量利用情況如圖3所示。

圖3 方式3情況下薄弱線路容量利用情況

從圖3中可以看出，方式3情況下北河線、滴聯(lián)線、平虎線、方林線、慶方甲線進(jìn)行N-1方式計算時，蘆民線線路過載;七河線進(jìn)行N-1方式計算時，雞勃線過載。

方式4:220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線運行，北架、驛馬山風(fēng)電場80%出力，薄弱線路容量利用情況如圖4所示。

圖4 方式4情況下薄弱線路容量利用情況

從圖4中可以看出，方式四情況下北河線、滴聯(lián)線、平虎線、方林線、慶方甲線進(jìn)行N-1方式計算時，蘆民線過載;七河線進(jìn)行N-1方式計算時，雞勃線過載。

220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，500 kV線路潮流一部分通過220 kV蘆家變-慶云變輸電線送入七臺河及雞西、牡丹江地區(qū)。正常運行方式時，蘆民線潮流過大。當(dāng)?shù)温?lián)線、北河線、平虎線、方林線、慶方甲線進(jìn)行N-1方式計算時，潮流從佳木斯地區(qū)向七臺河地區(qū)輸送通道蘆民線潮流過大，線路過載。

3)考慮電網(wǎng)建設(shè)過渡過程，220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線停運情況下，對不同開機情況下正常運行方式和N-1方式進(jìn)行計算。

方式5:220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線停運，薄弱線路容量利用情況如圖5所示。

圖5 方式5情況下薄弱線路容量利用情況

從圖5中可以看出，方式5情況下慶方甲線N-1方式計算時蘆民線線路過載。

由于蘆民線斷開，佳木斯地區(qū)向雞西、牡丹江地區(qū)潮流輸送通道被切斷，七臺河及雞西、牡丹江地區(qū)正常運行方式下基本滿足本地區(qū)負(fù)荷需求。

4)考慮電網(wǎng)建設(shè)過渡過程，220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路投運，220 kV慶云變-新民變一回輸電線路投運情況下，對不同開機情況下正常運行方式和N-1方式進(jìn)行計算。

方式6:220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路投運，220 kV慶云變-新民變一回輸電線路投運，薄弱線路容量利用情況如圖6所示。

圖6 方式6情況下薄弱線路容量利用情況

從圖6中可以看出，方式6情況下七河線、河杏線、方林線進(jìn)行N-1方式計算時雞勃線過載。

220 kV慶云變-新民變一回輸電線路投運，500 kV電網(wǎng)潮流一部分通過220 kV慶云變-新民變輸電線路送入七臺河地區(qū)。當(dāng)七河線、河杏線、方林線進(jìn)行N-1計算時，潮流從七臺河地區(qū)向雞西地區(qū)輸送通道雞勃線過載。

2.2 檢修方式

方式7:大負(fù)荷情況下，平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運，220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線停運。

1)220 kV河杏線停電方式。平虎線進(jìn)行N-1方式計算時，雞勃線潮流達(dá)到183 MW，線路過載;滴聯(lián)線潮流達(dá)到253 MW，線路過載。滴聯(lián)線進(jìn)行N-1方式計算時，雞勃線流達(dá)到183 MW，線路過載。

2)220 kV滴聯(lián)線停電方式。河杏線進(jìn)行N-1方式計算時，雞勃線潮流達(dá)到183 MW，線路過載。

3)220 kV平虎線停電方式。河杏線進(jìn)行N-1方式計算時，雞勃線潮流達(dá)到183 MW，線路過載;滴聯(lián)線潮流達(dá)到253 MW，線路過載。

方式8:大負(fù)荷情況下，平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運，220 kV蘆家變-慶云變投運，蘆民線停運，通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺七臺河廠350 MW機組停運，雞西地區(qū)的機組小開機方式。

220 kV平虎線停電方式。通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺七臺河廠350 MW機組停運時，雙北線潮流達(dá)到443 MW，線路過載。

方式9:大負(fù)荷情況下，平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運，220 kV蘆家變-慶云變投運，蘆民線停運，通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺七臺河廠350 MW機組停運，雞西地區(qū)的機組小開機方式，牡丹江地區(qū)的機組小開機方式。

1)220 kV平虎線停電方式。通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺七臺河廠350 MW機組停運時，雙北線潮流達(dá)到505 MW，線路過載。

2)220 kV滴聯(lián)線停電方式。通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺七臺河廠350 MW機組停運時，雙北線潮流達(dá)到405 MW，線路過載。

2.3 檢修方式控制策略

2.3.1 220 kV七河線停電方式

1)七臺河廠四臺機組運行時，須采取分裂方式，即一臺350 MW機組通過220 kV七民線，七河線并網(wǎng)，且出力不大于250 MW，其余機組通過500 kV七云甲線和七云乙線并網(wǎng)。

2)雞西廠與雞西二熱廠機組運行容量之和不小于425 MW，不大于550 MW。

3)控制雞杏線雞西變側(cè)有功功率不大于280 MW。

2.3.2 220 kV河杏線停電方式

1)七臺河廠四臺機組運行時，須采取分裂方式，即一臺350 MW機組通過220 kV七民線，七河線并網(wǎng)，且出力不大于250 MW，其余機組通過500 kV七云甲乙線并網(wǎng)。

2)雞西廠與雞西二熱廠機組運行容量之和不小于425 MW，不大于550 MW。

2.3.3 220 kV滴聯(lián)線停電方式

1)七臺河廠四臺機組運行時，須采取分裂方式，即一臺350 MW機組通過220 kV七民線，七河線并網(wǎng)，且出力不大于250 MW，其余機組通過500 kV七云甲乙線并網(wǎng)。

2)雞西二熱廠最多一臺機組運行。

3)雞西二熱廠一臺機組運行時，牡二A、B廠機組運行容量之和不大于920 MW。

3 結(jié)論

1)正常運行時，佳木斯地區(qū)向七臺河地區(qū)潮流輸送通道蘆民線潮流過大，線路易過載，限制北架、驛馬山風(fēng)電場出力。220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，500 kV線路潮流進(jìn)入七臺河及雞西、牡丹江地區(qū)，蘆民線潮流過大，線路承載低，易過載。220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運，蘆民線停運后，七臺河及雞西、牡丹江地區(qū)與500 kV電網(wǎng)無聯(lián)絡(luò)，本地區(qū)發(fā)電能滿足負(fù)荷需求，蘆民線退出運行不影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

2)500 kV慶云變下級電壓整理工程投產(chǎn)后，七臺河電廠具備兩臺600 MW機組與兩臺350 MW機組同時運行條件，即兩臺600 MW機組與一臺350 MW機組通過七方甲線并網(wǎng);一臺350 MW機組通過七河線、七民線并網(wǎng)，且機組出力不大于250 MW。

3)如果雞西廠125 MW機組停運一臺及以上時，雞西地區(qū)無功電源支撐不足，電壓水平降低。雞西廠和雞西二熱廠機組運行容量之和不小于250 MW。

4)七臺河聯(lián)絡(luò)變并列運行較七臺河分裂運行時雞西、牡丹江地區(qū)薄弱線路N-1問題更嚴(yán)重，建議七臺河變分裂運行。

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