“兩渡”直流投產(chǎn)對云南電網(wǎng)的影響

梁洪波,王邦一,剡文林,黃偉

(云南電力調(diào)度控制中心,昆明 650011)

“兩渡”直流投產(chǎn)對云南電網(wǎng)的影響

梁洪波,王邦一,剡文林,黃偉

(云南電力調(diào)度控制中心,昆明 650011)

介紹云南電網(wǎng)多回直流同時運行的電網(wǎng)格局,電網(wǎng)變?yōu)?“強直弱交”的特性,電網(wǎng)的穩(wěn)定特性將發(fā)生較大的改變。分析多回直流故障對電網(wǎng)有何影響、及云南電網(wǎng)目前采取何種措施更好地適應(yīng)這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、直流故障后電網(wǎng)調(diào)度如何快速有效進行調(diào)控、直流輸電系統(tǒng)之間如何進行協(xié)調(diào)等問題。

“兩渡”直流;云南電網(wǎng);異步聯(lián)網(wǎng);措施

1 云南電網(wǎng)基本情況

云南省水電資源極其豐富,也是南方電網(wǎng)中重要的電力送出大省。至2012年底,云南電網(wǎng)西電東送通道由±800 kV楚穗直流特高壓工程、4回500 kV交流線路和2回220 kV交流線路組成,送電能力達到960萬千瓦。2013年±800 kV糯扎渡直流工程 (5 000 MW)、±500 kV溪洛渡雙回直流工程 (6 400 MW)將陸續(xù)投入運行,云南電網(wǎng)將有多回直流同時并列運行。

云南電網(wǎng)多回直流同時運行后,電網(wǎng)的穩(wěn)定特性也將發(fā)生較大的改變。從宏觀層面上來說,云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)由交直流送電能力基本相當(dāng),變?yōu)?“強直弱交”的特性。這種變化出現(xiàn)后,交直流之間的相互影響、直流之間的相互影響問題就變得更為突出。單回直流或者多回直流故障對電網(wǎng)有何影響、采取何種措施更好地適應(yīng)這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、直流故障后電網(wǎng)調(diào)度如何快速有效進行調(diào)控、直流輸電系統(tǒng)之間如何進行協(xié)調(diào)等問題都是我們面臨的巨大挑戰(zhàn),如圖1。

圖1 云南電網(wǎng)與南網(wǎng)同步聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2 “兩渡”直流投產(chǎn)后電網(wǎng)存在的問題

1)多回直流閉鎖的風(fēng)險

云南電網(wǎng)的三回直流均饋入珠江三角地區(qū),逐漸形成了送端電網(wǎng)云南多回大容量直流外送、受端廣東多直流集中饋入的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點,且西電東送輸電走廊相近,存在受端500 kV交流系統(tǒng)故障不能及時切除引發(fā)多回直流換相失敗并導(dǎo)致同時閉鎖風(fēng)險,由于電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)無法應(yīng)對兩回及以上直流同時閉鎖故障,若發(fā)生兩回及以上直流同時閉鎖,將導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn),存在特大電力安全事故風(fēng)險。

2)多回交直流混聯(lián)電網(wǎng)中直流輸電引起的次同步振蕩風(fēng)險

研究與實踐表明,在直流輸電整流站附近的汽輪發(fā)電機組,如果它的大部分功率通過直流輸電來輸送,且與交流大系統(tǒng)之間的聯(lián)系又比較薄弱的話,就很容易引起次同步振蕩。溪洛渡直流投產(chǎn)后,在交直流混聯(lián)方式下,昭通的鎮(zhèn)雄、威信火電廠以及溪洛渡水電站機組均存在次同步振蕩風(fēng)險,當(dāng)發(fā)生500 kV甘頂-永豐-多樂雙回線路n-2故障,該風(fēng)險加大。特別是兩火電廠與直流孤島方式下,極易發(fā)生次同步振蕩。

3)溪洛渡直流的 “強直弱交”問題尤其突出

三回直流中與交流電網(wǎng)聯(lián)系最薄弱的是溪洛渡直流,對云南電網(wǎng)的運行安全影響也最大。2013年汛后枯期溪洛渡直流投產(chǎn)單極后,其送電能力為1 600 MW,而溪洛渡電站2013年預(yù)計投產(chǎn)的機組數(shù)量就可達到5～6臺 (裝機容量3 850～4 620 MW),屆時滇東北裝機容量將達到7 598～8 368 MW,電源送出需求大,但滇東北電網(wǎng)交流送出通道只有2回500 kV聯(lián)絡(luò)線 (500 kV多樂永豐雙回線)和2回220 kV聯(lián)絡(luò)線 (220 kV迤者雙回),電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定問題突出的形勢非常嚴峻,地區(qū)電網(wǎng) “大機小網(wǎng)”穩(wěn)定問題突出,交、直流混聯(lián)運行特性復(fù)雜,發(fā)生重大電力安全事故的風(fēng)險大。

4)連鎖故障后云南電網(wǎng)事故可能擴大到整個南網(wǎng)的風(fēng)險

云南復(fù)雜交直流電網(wǎng)直流閉鎖后穩(wěn)控拒動或多回直流組合故障均可導(dǎo)致云南電網(wǎng)失穩(wěn),而故障后的不可控大規(guī)模潮流大范圍轉(zhuǎn)移以及功率振蕩問題,又會通過云南與南網(wǎng)相聯(lián)的多回交流線路傳導(dǎo)至整個南方電網(wǎng),最終導(dǎo)致整個南網(wǎng)失穩(wěn)的風(fēng)險。去年發(fā)生的印度電網(wǎng)大停電事故就是由于兩個局部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的故障,最終擴大到整個印度電網(wǎng),從而導(dǎo)致了史上最大停電事故。

3 目前采取的措施及存在的問題

針對 “兩渡”直流投產(chǎn)后云南電網(wǎng)存在的問題,我們已經(jīng)采取的措施主要有以下幾個方面：

1)針對直流雙極閉鎖故障,采取穩(wěn)控切機措施

針對楚穗直流、溪洛渡直流以及糯扎渡直流的雙極閉鎖故障,均采取了響應(yīng)的穩(wěn)定控制措施,有效地提高系統(tǒng)抵御嚴重故障的能力。但是仍然存在下列問題：

a.兩回及以上云南外送直流同時直流單極閉鎖故障,穩(wěn)控系統(tǒng)無針對性的穩(wěn)控控制策略,存在系統(tǒng)失穩(wěn)的風(fēng)險;

b.云南外送大容量直流雙極閉鎖故障,若穩(wěn)控系統(tǒng)拒動,系統(tǒng)存在失穩(wěn)的風(fēng)險;

c.受端交流故障若不能及時切除,將造成多回直流同時閉鎖可能,雖然穩(wěn)控系統(tǒng)正確動作,也同樣存在系統(tǒng)失穩(wěn)的風(fēng)險;

雖然目前針對直流雙極閉鎖故障,采取了相應(yīng)的穩(wěn)控措施,但復(fù)雜的穩(wěn)控策略降低了穩(wěn)控系統(tǒng)可靠性 (目前云南電網(wǎng)已有近160套穩(wěn)控裝置),且在極端情況下嚴重故障仍然可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。

2)加裝次同步振蕩阻尼控制器以及機組扭應(yīng)力保護裝置,降低次同步振蕩風(fēng)險

針對溪洛渡直流投產(chǎn)后,可能發(fā)生次同步振蕩的風(fēng)險,采取了以下措施：

a.在溪洛渡直流整流側(cè)采用次同步振蕩阻尼控制器 (SSDC)對其進行抑制;

b.在鎮(zhèn)雄和威信電廠采取加裝機組扭應(yīng)力保護裝置 (TSR)的措施,當(dāng)系統(tǒng)擾動激發(fā)次同步振蕩無法有效抑制的情況下,TSR裝置迅速切除相關(guān)機組,保證機組安全;

在加裝次同步振蕩阻尼控制器以及機組扭應(yīng)力保護裝置后可有效抑制威信電廠和鎮(zhèn)雄電廠發(fā)生次同步振蕩風(fēng)險,保障威信電廠和鎮(zhèn)雄電廠機組安全。

3)采取綜合措施,解決溪洛渡直流的 “強直弱交”問題

為解決溪洛渡直流投產(chǎn)后,昭通地區(qū) “強直弱交”問題,我們從網(wǎng)架規(guī)劃建設(shè)、穩(wěn)控措施制定、運行方式安排以及實時運行控制等多個方面采取了措施：

a.目前云南已經(jīng)啟動了改善滇東北網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的500 kV威信-鎮(zhèn)雄-多樂線路工程,預(yù)計最快在2015年底投產(chǎn)。

b.在溪洛渡直流投產(chǎn)前,升級改造了昭通地區(qū)穩(wěn)控系統(tǒng),優(yōu)化了昭通地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)控措施,嚴重故障下優(yōu)先切除兩火電廠機組,提高了直流投產(chǎn)后該地區(qū)電網(wǎng)抵御嚴重故障的能力,有效地提高了該地區(qū)電網(wǎng)的送電能力;

c.安排500/220 kV永豐-多樂、甘頂-永豐電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)方式運行,盡可能防范昭通市重大電力事故風(fēng)險;

d.實時運行中控制溪洛渡單機出力不超過500 MW,保障滇東北電網(wǎng)500 kV雙回交流送出通道n-2嚴重故障下采取穩(wěn)控措施后,電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

然后,受限于該地區(qū)交流送出網(wǎng)絡(luò)過于薄弱(2回220 kV線路,2回500 kV線路),在采取上述措施后仍然需要嚴格控制交流斷面送出潮流,才能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

4)完善第三道防線,防止事故進一步擴大,增加孤網(wǎng)穩(wěn)定運行概率

針對多回直流閉鎖等嚴重故障,目前安全穩(wěn)控控制系統(tǒng)無相應(yīng)對策,只能依靠電力系統(tǒng)第三道防線進行防御：

a.目前在云南省內(nèi)主要電力送出斷面,以及云南與南網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的500 kV交流斷面均裝設(shè)了失步振蕩解列裝置,能有效解列失步電網(wǎng),確保主網(wǎng)安全。

b.滇西大理、德宏、迪慶、怒江以及保山地區(qū)裝設(shè)了廣域振蕩解列系統(tǒng),當(dāng)這些地區(qū)發(fā)生功率振蕩時,能及時找到振蕩源并解列,確保不向主網(wǎng)傳播。

c.每年滾動更新云南電網(wǎng)主網(wǎng)和地區(qū)電網(wǎng)高周方案,提高孤網(wǎng)穩(wěn)定運行概率。

然而,第三道防線的動作策略是依據(jù)一些典型方式下的離線仿真計算結(jié)果,不可能全面考慮實際運行中各種方式,其在事故中的處置能力有效性尚未得到充分檢驗。

5)采取直流孤島運行模式,減小直流系統(tǒng)對交流系統(tǒng)影響

直流孤島運行可以提高電網(wǎng)穩(wěn)定水平,提高云南交流通道輸送能力,有效減小電網(wǎng)對穩(wěn)控系統(tǒng)的依賴。但實際運行下來,主要存在以下幾個問題：

a.不利于全流域水電資源的綜合利用。以楚穗直流為例,當(dāng)楚穗直流孤島運行時,小灣電廠和金安橋電廠以機組大發(fā)的方式匹配直流功率。作為下級電站的漫灣、大朝山等電站也必須保持機組大發(fā),而云南的交流通道容量有限,這就會造成部分棄水情況出現(xiàn);

b.直流孤島運行方式下,雙極閉鎖后過電壓水平高,設(shè)備運行風(fēng)險大;

c.孤島運行限制了直流相繼閉鎖后閉鎖極再啟動功能,加大了直流雙極閉鎖的風(fēng)險;

此外,雖然直流孤島方式雖然能徹底解決直流對交流的影響,但孤島運行復(fù)雜,目前運行經(jīng)驗不足,出現(xiàn)故障時會隨時轉(zhuǎn)為聯(lián)網(wǎng)運行方式,因此問題并未根本解決。

[1] 金小明,周保榮,管霖,等.多饋入直流交互影響強度的評估指標(biāo) [J].電力系統(tǒng)自動化,2009(15).

[2] 楊衛(wèi)東,徐政,韓禎祥.多饋入交直流電力系統(tǒng)研究中的相關(guān)問題 [J].電網(wǎng)技術(shù),2000(8).

[3] 林偉芳,湯涌,廣全.多饋入交直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,11.

[4] 邵瑤,湯涌.多饋入交直流混合電力系統(tǒng)研究綜述 [J].電網(wǎng)技術(shù),2009(17).

[5] 程道衛(wèi),劉天琪,張金,等.多落點直流輸電系統(tǒng)換相失敗影響因素的仿真分析 [J].電網(wǎng)技術(shù),2010(11).

Impact Analysis and Recommended Measures on Commissioning of“Liang Du”HVDC Project in Yunnan Power Grid

LIANG Hongbo,WANG Bangyi,YAN Wenlin,HUANG Wei
(Yunnan Electric Power Dispatching and Control Center,Kunming 650011)

With the rapid development of Yunnan power grid,the continuing construction of passage for“West Power Transmission to the East”and commissioning of large power sources,especially the commissioning of“Liang Du”HVDC project,the operation mode with multi-HVDC in Yunnan power grid has been formed,the characteristics of“strong connection in HVDC system and weak connection in AC system”in power grid is increasingly obvious,The stability characteristics of power grid will change greatly. This paper focuses on the analysis of impact on power grid after multi-HVDC fault,the measures to adapt the grid structure,the rapid and effective control and adjust measures for dispatchers after HVDC fault,and the coordination between HVDC and AC system in Yunnan power grid.

“Liang Du”HVDC project;Yunnan power grid;Asynchronous interconnection;Measures

TM73

B

1006-7345(2014)01-0032-03

2013-09-30

梁洪波 (1976),男,工程師,云南電力調(diào)度控制中心,主要從事云南電網(wǎng)運行策劃工作 (e-mail)51xy@163.com。

王邦一 (1980),男,工程師,云南電力調(diào)度控制中心,主要從事云南電網(wǎng)運行策劃工作 (e-mail)18993361@qq.com。

剡文林 (1981),男,工程師,云南電力調(diào)度控制中心,主要從事云南電網(wǎng)運行策劃工作 (e-mail)398184237@qq.com。