風(fēng)電場接入對(duì)井岡山電廠外送穩(wěn)定控制系統(tǒng)的影響

唐 瑋，趙 彥，陳盛華，王 偉

（國網(wǎng)江西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江西南昌 330043）

0 引言

大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，充分利用江西中部地區(qū)的風(fēng)能資源優(yōu)勢(shì)，以鄱陽湖陸地以及部分高山風(fēng)資源較好區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)，有序推進(jìn)風(fēng)電分散式開發(fā)，是江西省新能源發(fā)展規(guī)劃總體目標(biāo)之一。至2015年，江西風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到1 000 MW 以上，至2020年，風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1 700 MW以上。

茶園、釣魚臺(tái)和天湖山3座風(fēng)電場總裝機(jī)容量為147 MW，通過π入井岡山電廠至埠頭220 kV線路接入電網(wǎng)。由于風(fēng)電場的接入，風(fēng)電場升壓站至埠頭變之間線路上的潮流增加了約30%，加重了井岡山電廠外送南通道井岡山電廠至埠頭線路（LGJQ-400 導(dǎo)線，環(huán)境溫度40 ℃時(shí)熱穩(wěn)定極限244 MW）的負(fù)擔(dān)。受該小截面線路持續(xù)極限輸電容量限制，按《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》第二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)該風(fēng)電場接入系統(tǒng)后，從運(yùn)行方式、潮流穩(wěn)定計(jì)算分析、采取相應(yīng)穩(wěn)定控制措施等方面入手，對(duì)井岡山電廠外送穩(wěn)定控制系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性影響分析，提出相應(yīng)解決方案及建議。

1 井岡山電廠外送及相應(yīng)地區(qū)穩(wěn)定控制系統(tǒng)配置現(xiàn)狀

為防止井岡山電廠2臺(tái)300 MW機(jī)組滿發(fā)時(shí)，井岡山電廠-吉安與井岡山電廠-永和220 kV線路井岡山電廠側(cè)或井岡山電廠-吉安與永-至吉安220 kV線路吉安側(cè)異名兩相同時(shí)發(fā)生單相接地故障不重合雙回線同時(shí)斷開（以下簡稱“N-2”之一故障斷開），井岡山電廠至葛山線路（LGJQ-400導(dǎo)線）過載，井岡山電廠和吉安變分別配置了雙套GFWK-300型微機(jī)型穩(wěn)定控制裝置，構(gòu)成井岡山電廠外送區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)。穩(wěn)定控制系統(tǒng)站與站之間利用光纖通道進(jìn)行通信，吉安變電站穩(wěn)定控制裝置主要功能根據(jù)運(yùn)行方式及判別故障類型向井岡山電廠穩(wěn)定控制裝置發(fā)出切機(jī)命令，井岡山電廠穩(wěn)定控制裝置收到吉安變電站穩(wěn)定控制裝置的切機(jī)命令經(jīng)就地判別，并根據(jù)電廠開機(jī)情況后執(zhí)行切機(jī)或壓出力穩(wěn)定控制措施后，可解決線路過載，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為防止贛州斷面因故失去500 kV 電源或主要受電通道（以下簡稱“N-2”之二故障斷開），斷面220 kV線路過載問題，贛州地區(qū)配置了1套區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)，贛州500 kV 變電站的穩(wěn)定控制裝置為區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)的主站，虎崗、燕豐、埠頭、潭東、渡口、嘉定、金堂220 kV變電站的穩(wěn)定控制裝置為區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)的切負(fù)荷執(zhí)行子站。

2 風(fēng)電場接入電網(wǎng)計(jì)算研究基礎(chǔ)

計(jì)算水平年，2014年釣魚臺(tái)風(fēng)電場與天湖山風(fēng)電場建成并網(wǎng)，2015年茶園風(fēng)電場建成并網(wǎng)，本次計(jì)算水平年選取2015年。

2015年南部地區(qū)統(tǒng)調(diào)最大用電負(fù)荷4 110 MW，其中贛州地區(qū)最大用電負(fù)荷3 000 MW，吉安地區(qū)最大用電負(fù)荷1 110 MW。

計(jì)算采取的網(wǎng)絡(luò)方案和電源裝機(jī)規(guī)模以《江西電網(wǎng)“十二五”主網(wǎng)架滾動(dòng)規(guī)劃》的推薦方案為依據(jù)。其中南部地區(qū)2015年500 kV贛州變將擴(kuò)建2號(hào)主變壓器；撫州至紅都500 kV 線路投運(yùn)；茶園、釣魚臺(tái)和天湖山3 座風(fēng)電場總裝機(jī)容量為147 MW，通過π入井岡山電廠至埠頭220 kV 線路接入系統(tǒng)；《2014-2015年電網(wǎng)安全穩(wěn)定校核及對(duì)策研究》專題得出：南部地區(qū)外送正常運(yùn)行方式時(shí)，暫態(tài)穩(wěn)定水平較高，但是，斷面220 kV 聯(lián)絡(luò)線中的井岡山電廠至葛山線路是LGJQ-400 的小截面導(dǎo)線，熱穩(wěn)極限低，斷面中的其余元件“N-1”均可能造成其過載，南部斷面外送能力限制也在于此。為提高南部斷面外送能力，建議將井岡山電廠至葛山小截面線路列入電網(wǎng)應(yīng)急改造工程，由LGJQ-400 導(dǎo)線改造為LGJ-2×300 mm2導(dǎo)線（環(huán)境溫度40 ℃時(shí)熱穩(wěn)定極限416 MW）。目前該改造工程已實(shí)施處在初步設(shè)計(jì)階段。

電網(wǎng)計(jì)算方式：正常夏大方式下，風(fēng)電機(jī)組盛風(fēng)期滿發(fā)；正常夏小方式下，風(fēng)電機(jī)組盛風(fēng)期滿發(fā)。

3 風(fēng)電場接入電網(wǎng)流潮流穩(wěn)定計(jì)算分析

正常夏大方式下，井岡山電廠開2 臺(tái)機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)時(shí)，井岡山電廠至葛山線路潮流140.0 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流46.4 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流192.5 MW和埠頭至渡口線路潮流39 MW；正常夏小方式下，井岡山電廠開1 臺(tái)機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)時(shí)，井岡山電廠至葛山線路潮流144.4 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流-72.2 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流74.7 MW和埠頭至渡口線路潮流19.7 MW；風(fēng)電場接入電網(wǎng)后，為當(dāng)?shù)刎?fù)荷提供了部分電力，緩解了南部電網(wǎng)供電壓力，降低了南部地區(qū)電網(wǎng)受電斷面的功率，也有利于改善末端電網(wǎng)電壓水平；在電網(wǎng)元件“N-1”方式下，也不會(huì)因本工程風(fēng)電場外送引起線路過載問題。正常方式下各線路潮流分布見表1。

表1 正常方式下各線路潮流分布 MW

正常夏大方式下，井岡山電廠開2 臺(tái)機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)，電網(wǎng)元件“N-2”之一故障斷開，井岡山電廠至葛山線路潮流387.8 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流169.4 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流311.8 MW和埠頭至渡口線路潮流155.5 MW，風(fēng)電場至埠頭線路過載；正常夏小方式，井岡山電廠開1 臺(tái)機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)，電網(wǎng)元件“N-2”之一故障斷開，井岡山電廠至葛山線路潮流282.7 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流4.1 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流142.6 MW 和埠頭至渡口線路潮流87.0 MW，不存在線路過載問題?！癗-2”之一方式下各線路潮流分布見表2。

表2 夏大“N-2”之一方式下各線路潮流分布 MW

正常夏大方式下，吉安地區(qū)井岡山電廠和贛州地區(qū)瑞金電廠機(jī)組以及萬安水電站機(jī)組均滿發(fā)，風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)，此時(shí)，贛州斷面受電最大，當(dāng)其斷面因故失去500 kV電源或主要受電通道文山至贛州500 kV I、II回線因故斷開，即電網(wǎng)元件“N-2”之二故障斷開，井岡山電廠至葛山線路潮流110.5 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流115.0 MW、萬安水電站至虎崗I、II回線路潮流分別均為270 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流298.0 MW和埠頭至渡口線路潮流142.1 MW。此時(shí)，萬安水電站至虎崗I、II回線路過載，另風(fēng)電場與井岡山電廠外送功率疊加造成風(fēng)電場至埠頭線路過載；正常夏小方式，井岡山電廠開1臺(tái)機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組滿發(fā)，電網(wǎng)元件“N-2”之二故障斷開，井岡山電廠至葛山線路潮流132.8 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流-62.4 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流84.4 MW和埠頭至渡口線路潮流29.5 MW，不存在線路過載問題?！癗-2”之二方式下各線路潮流分布見表3。

表3 夏大“N-2”之二方式下各線路潮流分布 MW

正常夏大方式下，電網(wǎng)元件“N-2”之二故障斷開，為防止線路過載，需利用現(xiàn)有贛州地區(qū)區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)切除相應(yīng)負(fù)荷和風(fēng)電場線路過載功能就地切除風(fēng)電場機(jī)組。

4 風(fēng)電場接入對(duì)井岡山電廠外送穩(wěn)定控制系統(tǒng)的影響分析

通過計(jì)算分析結(jié)果可知，茶園、釣魚臺(tái)和天湖山3座風(fēng)電場接入電網(wǎng)后，正常夏大盛風(fēng)發(fā)電期間的各種運(yùn)行方式下，均增加了井岡山電廠外送南通道的風(fēng)電場至埠頭線路潮流，電網(wǎng)出現(xiàn)“N-2”時(shí)，風(fēng)電場至埠頭線路過載。按《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》第二級(jí)安全穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)要求：“正常運(yùn)行方式下的電力系統(tǒng)受到嚴(yán)重的故障擾動(dòng)后，保護(hù)、開關(guān)及重合閘正確動(dòng)作，應(yīng)能保持穩(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”。因此，為防止線路過載考慮采取以下切機(jī)穩(wěn)定控制措施（“N-2”之一方式下采取穩(wěn)定控制措施各線路潮流分布見表4）：

1）措施一：電網(wǎng)“N-2”之一故障斷開，受控于風(fēng)電場至埠頭線路過載。切除3座風(fēng)電場所有機(jī)組（共147 MW）后，井岡山電廠至葛山線路潮流323.9 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流233.4 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流226.9 MW 和埠頭至渡口線路潮流27.7 MW，風(fēng)電場至埠頭線路不過載，電網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

2）措施二：電網(wǎng)“N-2”之一故障斷開，采用井岡山電廠外送現(xiàn)有穩(wěn)定控制系統(tǒng)切除井岡山電廠1 臺(tái)機(jī)組后，井岡山電廠至葛山線路潮流198.5 MW、井岡山電廠至風(fēng)電場線路潮流80.1 MW、風(fēng)電場至埠頭線路潮流225.4 MW和埠頭至渡口線路潮流71.4 MW，風(fēng)電場至埠頭線路不過載，電網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

表4 夏大“N-2”方式下采取穩(wěn)定控制措施各線路潮流分布 MW

該3座風(fēng)電場接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)“N-2”之一故障斷開，采取以上2 種切機(jī)穩(wěn)定控制措施，均能防止線路過載，使電網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。風(fēng)電場接入使現(xiàn)有網(wǎng)架和潮流分布發(fā)生變化，采取的穩(wěn)定控制措施對(duì)井岡山電廠外送穩(wěn)定控制系統(tǒng)有一定的影響，需對(duì)其進(jìn)行完善化分析。

5 風(fēng)電場接入井岡山電廠外送穩(wěn)定控制系統(tǒng)完善化分析

井岡山電廠至葛山小截面線路改造、風(fēng)電場通過π入井岡山電廠至埠頭220 kV 線路接入電網(wǎng)后，夏大方式下，電網(wǎng)發(fā)生“N-2”之一故障斷開，井岡山電廠外送由主要受控于井岡山電廠至葛山線路轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕芸赜陲L(fēng)電場至埠頭線路過載。為此，提出2種完善化穩(wěn)定控制措施方案。穩(wěn)控系統(tǒng)完善化配置如圖1、2所示。

5.1 方案一

在風(fēng)電場升壓站裝設(shè)雙套穩(wěn)控裝置與井岡山電廠外送區(qū)域穩(wěn)控控制系統(tǒng)組成1 個(gè)新的外送區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)。井岡山電廠更新策略表，井岡山電廠檢測相關(guān)線路和發(fā)電機(jī)功率等運(yùn)行信息，并接受風(fēng)電場穩(wěn)定控制裝置發(fā)送的相關(guān)線路和風(fēng)機(jī)運(yùn)行信息，經(jīng)有關(guān)故障和信息判斷后，依據(jù)優(yōu)先切除風(fēng)電場機(jī)組，再切除井岡山電廠機(jī)組的原則，發(fā)出相應(yīng)切機(jī)命令。具體實(shí)施方案：新增風(fēng)電場雙套切機(jī)穩(wěn)定控制裝置，更新井岡山電廠雙套穩(wěn)控裝置軟硬件并修改策略表；在升壓站配置通信接口柜1面（含2套2 Mb/s光電轉(zhuǎn)換裝置），利用復(fù)接SDH 電路的2 Mb/s 接口方式，與井岡山電廠雙套穩(wěn)定控制裝置通信，構(gòu)成組成1個(gè)新的外送區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

5.2 方案二

現(xiàn)有埠頭變電站穩(wěn)定控制裝置僅作為贛州地區(qū)受電區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)中的切負(fù)荷執(zhí)行子站，其判斷線路過載功能與井岡山電廠外送穩(wěn)定控制裝置通信，向井岡山電廠外送區(qū)域性穩(wěn)定控制裝置發(fā)送相應(yīng)線路功率等運(yùn)行信息，經(jīng)有關(guān)故障和信息判斷后發(fā)出相應(yīng)切機(jī)命令。具體方案：更新埠頭變電站和井岡山電廠雙套穩(wěn)控裝置軟硬件并修改策略表；利用復(fù)接SDH 電路的2 Mb/s接口方式，與井岡山電廠雙套穩(wěn)定控制裝置通信，構(gòu)成組成1個(gè)新的外送區(qū)域性穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

圖1 穩(wěn)定控制系統(tǒng)完善化配置方案一

圖2 穩(wěn)定控制系統(tǒng)完善化配置方案二

5.3 方案分析

為保證風(fēng)電場的可靠送出和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，方案一在井岡山電廠外送區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)增加了切機(jī)站點(diǎn)，使切機(jī)的穩(wěn)定措施方案可以根據(jù)具體運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)選，并維持了贛州地區(qū)受電區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)與井岡山電廠外送區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)的獨(dú)立性和可靠性；方案二雖簡化了穩(wěn)定控制系統(tǒng)裝置配置，但埠頭變電站穩(wěn)定控制裝置即作為贛州地區(qū)受電區(qū)域穩(wěn)控系統(tǒng)中的切負(fù)荷執(zhí)行子站又作為井岡山電廠外送區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)線路過載主要判斷站。從電網(wǎng)運(yùn)行和切機(jī)穩(wěn)定措施靈活性、安全性、可靠性等方面考慮，建議采用方案一作為風(fēng)電場接入電網(wǎng)后的穩(wěn)定控制系統(tǒng)完善化配置方案，另根據(jù)計(jì)算分析建議風(fēng)電場雙套穩(wěn)定控制裝置需具有判別線路過載就地切機(jī)功能。

6 主要結(jié)論及建議

江西南部地區(qū)尤其是贛州均屬于電網(wǎng)受端，茶園、釣魚臺(tái)和天湖山3座風(fēng)電場接入電網(wǎng)將補(bǔ)充了南部電網(wǎng)部分電力缺額，提高當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的供電能力，在一定程度上減緩電力緊張局面。由于茶園、釣魚臺(tái)和天湖山3 座風(fēng)電場接入電網(wǎng)位置屬于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較薄弱的地區(qū)，電網(wǎng)發(fā)生“N-2”故障斷開，存在線路過載問題，需利用安全穩(wěn)定控制措施來保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。及時(shí)跟蹤風(fēng)電及電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目和網(wǎng)架及負(fù)荷水平的變化，對(duì)風(fēng)電場接入電網(wǎng)進(jìn)行潮流穩(wěn)定計(jì)算分析，為電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)支撐，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)、運(yùn)行具有重要的指導(dǎo)和參考意義。

2015年茶園風(fēng)電場建成并網(wǎng)后，為保證風(fēng)電場的可靠送出和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議在井岡山電廠外送區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)中增加風(fēng)電場切機(jī)站點(diǎn)，使外送區(qū)域穩(wěn)定控制系統(tǒng)經(jīng)有關(guān)故障和信息判斷后，依據(jù)優(yōu)先切除風(fēng)電場機(jī)組，再切除井岡山電廠機(jī)組的原則，把控電網(wǎng)安全穩(wěn)定措施。

[1]Q/GDW 392-2009風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S].

[2]DL/755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則[S].

[3]Q/GDW404-2010國家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算技術(shù)規(guī)范[S].