特高壓直流滿功率故障負(fù)荷控制策略研究

馬琎劼，徐正安

（國網(wǎng)南京供電公司，南京 210012）

1 研究背景

特高壓直流系統(tǒng)具有大容量、可控、靈活的特點，在大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)、遠(yuǎn)距離大容量輸電及跨海峽送電等方面得到了十分廣泛的應(yīng)用[1]。隨著錦蘇、復(fù)奉、賓金3條特高壓直流大功率、滿功率輸送，華東電網(wǎng)大規(guī)模資源配置能力顯著提高。在華東電網(wǎng)2014年夏季典型運行方式下，錦蘇直流江蘇落地功率670萬kW，復(fù)奉直流上海落地功率595萬kW，賓金直流浙江落地功率748萬kW。由于三大直流滿功率輸送至華東地區(qū)的功率超過2 000萬kW，單一直流故障閉鎖就會對華東電網(wǎng)造成較大沖擊，如果是兩大或三大直流同時故障閉鎖，將會對華東電網(wǎng)造成史無前例的影響。

通過華東電網(wǎng)調(diào)度計算分析，特高壓滿功率故障主要影響有3個方面：一是華東電網(wǎng)頻率大幅下降；二是故障直流落點附近500 kV線路潮流劇烈變化；三是故障直流落點附近500 kV、220 kV變電站母線電壓先升后降，嚴(yán)重時會超出規(guī)定的范圍。由于電網(wǎng)正常的旋轉(zhuǎn)備用和潮流調(diào)整裕度不能承受如此大容量的沖擊，因此，快速有效地控制用電負(fù)荷是恢復(fù)系統(tǒng)頻率和備用、控制線路潮流的主要手段，也是故障處置的關(guān)鍵所在。

在特高壓突發(fā)故障情況下，為確保電網(wǎng)安全運行、社會秩序穩(wěn)定，江蘇省電力公司要求充分發(fā)揮公司調(diào)控機構(gòu)快速拉限和營銷部門控制負(fù)荷的優(yōu)勢特點，二者相互配合，分別編制《特高壓直流滿功率運行故障調(diào)度負(fù)荷控制方案》（以下簡稱《調(diào)度方案》）和《特高壓直流滿功率運行故障營銷負(fù)荷控制方案》（以下簡稱《營銷方案》），通過電網(wǎng)超供電能力限電、電網(wǎng)事故限電、負(fù)控限電等多種手段，有效減少電網(wǎng)運行風(fēng)險，盡可能滿足用戶用電需求，實現(xiàn)特高壓事故后2 h內(nèi)，滿足地區(qū)用電限額控制要求，并釋放限電企業(yè)的保安電源和居民用電負(fù)荷。

國網(wǎng)南京供電公司在2014年夏季根據(jù)江蘇省電力公司要求編制《營銷方案》過程中所提出了“事故類型查表快速操作法”。由于該方法可以與調(diào)度拉限電方案實現(xiàn)無縫對接，有效縮短負(fù)控應(yīng)急處置時間，提高響應(yīng)速度，該方法現(xiàn)已在江蘇全省范圍推廣使用，并通過演習(xí)印證了該方法的快速、有效性。

2 方案目標(biāo)

特高壓調(diào)控方案及營銷方案的共同目標(biāo)如下：在特高壓故障發(fā)生2 h內(nèi)，采用負(fù)控操作手段（包含調(diào)度拉限及營銷負(fù)控）滿足地區(qū)用電限額控制要求，并釋放限電企業(yè)的保安電源和居民用電負(fù)荷。同時，盡可能縮短指令傳遞、系統(tǒng)操作時間，最大限度減少調(diào)度拉路限電對全社會造成的影響。

特高壓方案啟動條件如下：在出現(xiàn)復(fù)奉、錦蘇、賓金三大特高壓直流單條或多條滿功率事故狀況下，快速啟動，實現(xiàn)營銷與調(diào)度部門負(fù)荷控制措施并行操作。

3 編制原則

根據(jù)年度《南京電網(wǎng)超供電能力限電序位表》（以下簡稱《超供電序位表》）和《南京電網(wǎng)故障限電序位表》（以下簡稱《事故序位表》）有針對性編制控制方案，保證在事故突發(fā)情況下，營銷負(fù)控操作與調(diào)度拉限操作緊密配合，將事故影響范圍縮減到最小，主要原則如下。

（1）在特高壓故障發(fā)生后2 h內(nèi)，若調(diào)控中心已執(zhí)行超供拉路限電或電網(wǎng)故障限電，預(yù)案應(yīng)滿足：一是在限電線路供電恢復(fù)后15 min內(nèi)對已受限用戶（不含居民用戶和重要用戶）繼續(xù)實施限額用電，用戶用電限額參照年度有序用電方案進(jìn)行確定；二是相關(guān)線路供電恢復(fù)后，針對用戶保安用電引起的負(fù)荷的部分增加，補充相應(yīng)容量的用戶參與執(zhí)行故障應(yīng)急處置。

（2）在特高壓故障發(fā)生后2 h內(nèi)，若調(diào)控中心未執(zhí)行限電措施，故障處置應(yīng)按特高壓故障等級選取合適的預(yù)案分組進(jìn)行處置（可按有序用電緊急避峰方案序位處置），但應(yīng)盡力考慮用戶執(zhí)行時間緊促造成的保安負(fù)荷變化。

4 編制思路

4.1 對應(yīng)關(guān)系

以南京為例，調(diào)度部門為了提升針對特高壓事故處置的應(yīng)急響應(yīng)速度，在《調(diào)度方案》編制過程中采用了群控策略，即對《超供電序位表》和《事故序位表》中控制能力按5萬kW分組，在拉限時采用群組控制策略?！冻╇娦蛭槐怼泛汀妒鹿市蛭槐怼穮^(qū)別在于，《超供電序位表》中拉路的對象為10 kV及以上專線用戶（包括調(diào)度管轄用戶或純工業(yè)負(fù)荷線路），《事故序位表》中拉路的對象為上級變電站出線，控制對象為系統(tǒng)變電站。

為了確保特高壓事故《營銷方案》與《調(diào)度方案》無縫對接，必須確保調(diào)度分組中用戶與營銷分組中用戶的對應(yīng)關(guān)系，即《超供電序位表》群組中用戶與營銷分組中負(fù)控用戶一一對應(yīng)；《事故序位表》群組涉及用戶中，具備負(fù)控條件的用戶必須全部包含在營銷對應(yīng)分組中。其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 調(diào)度控制分組與營銷控制分組用戶對應(yīng)關(guān)系

具體匹配方法為，對于調(diào)度超供電分組用戶，根據(jù)供電線路匹配所供出用戶，對于多電源用戶，如有一路電源屬于超供電限電分組則用戶納入對應(yīng)營銷超供電分組；對于調(diào)度事故分組，根據(jù)調(diào)度拉路所涉及變電站進(jìn)行用戶匹配；對于多電源用戶，有一路電源由事故拉限變電站供出則用戶納入對應(yīng)營銷事故分組。

按以上分組對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行設(shè)置即可實現(xiàn)編制原則中在對某調(diào)控分組實施調(diào)度拉路并恢復(fù)供電后15 min內(nèi)對已受限用戶繼續(xù)實施限額用電。

4.2 測算方法

由于調(diào)度對分組拉路并恢復(fù)供電后，即便是對其中負(fù)控用戶實施限額用電，仍將導(dǎo)致總負(fù)荷的上升，超出省調(diào)下達(dá)的特高壓事故用電限額，因此需要補備調(diào)度方案以外的用戶投入負(fù)荷控制，用于平衡調(diào)度執(zhí)行拉路并恢復(fù)供電后用電負(fù)荷的上升。在本文中將與調(diào)度分組對應(yīng)的營銷分組（如表1）中的用戶定義為調(diào)控執(zhí)行類分組，將用于平衡線路恢復(fù)供電增量負(fù)荷的營銷分組定義為負(fù)控補備類分組。

調(diào)度第i分組控制負(fù)荷能力LiD與對應(yīng)營銷調(diào)度控制類第i分組控制能力LiY，以及對應(yīng)該分組供電恢復(fù)時保安負(fù)荷LiB之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為

即調(diào)度分組控制負(fù)荷能力等于對應(yīng)營銷調(diào)度控制類分組負(fù)控控制能力加該分組恢復(fù)供電時所增加的保安負(fù)荷。

而對應(yīng)負(fù)控補備類分組的負(fù)荷控制能力LiBB應(yīng)滿足如下關(guān)系，即

負(fù)控補備類分組控制能力不能小于對應(yīng)調(diào)度分組供電恢復(fù)時所引起的保安負(fù)荷增加值。

5 序位安排

以南京供電公司特高壓負(fù)荷控制方案為例，根據(jù)以上編制思路與編制原則，對調(diào)度分組與營銷分組的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行關(guān)系匹配。

5.1 特高壓故障（調(diào)度）負(fù)荷控制方案序位

調(diào)度方案包括2個部分。

（1）《特高壓直流故障南京地區(qū)超供電能力限電方案》，結(jié)合南京地區(qū)超供電能力限電序位表進(jìn)行編制，方案序位分成14個檔次（分組），共計處置容量70萬kW，均由專線用戶、調(diào)度管轄用戶或純工業(yè)負(fù)荷線路組成，共計80條供電線路，涉及用戶181戶。

（2）《特高壓直流故障南京地區(qū)事故限電方案》，結(jié)合南京地區(qū)事故限電序位表進(jìn)行編制，方案序位分成13個檔次（分組），共計處置容量76.5萬kW。

5.2 特高壓故障（營銷）負(fù)荷控制方案序位

根據(jù)上述編制原則，營銷負(fù)荷控制方案結(jié)合超供電能力限電和事故限電序位開展編制。

共安排54個輪次（分組），其中序位用戶共分2種類型。

（1）調(diào)控執(zhí)行類

由特高壓故障調(diào)度負(fù)荷控制方案中用戶組成，序位參照調(diào)度超供電能力限電方案安排，事故限電方案中專線用戶不與超供電限電方案重疊的，后置安排序位。

調(diào)控執(zhí)行類用戶共計安排1—27輪次（編號統(tǒng)一命名為“寧營特高壓調(diào)控超供電01—14組”和“寧營特高壓調(diào)控事故01—13組”），每輪次5萬kW至13萬kW不等，應(yīng)急處置容量146.5萬kW。具體分組見表2。

表2 調(diào)控執(zhí)行類分組列表

（2）負(fù)控補備類

由除調(diào)控執(zhí)行類用戶外的地區(qū)負(fù)控大用戶組成，序位參照年度有序用電避峰方案進(jìn)行安排，共計安排為“寧營特高壓01—27分組”，合計27個分組，其中01—14輪次為調(diào)度超供電拉限輪次補備，15—27輪次為調(diào)度事故拉限補備，合計涉及2 218戶，總計應(yīng)急處置能力為76.23萬kW。具體分組見表3。

表3 負(fù)控補備類分組列表6執(zhí)行原則

6 執(zhí)行原則

營銷部門接特高壓故障處置通知后，應(yīng)根據(jù)以下原則啟動方案。

（1）根據(jù)調(diào)控中心通知，故障突發(fā)情況下調(diào)控中心超供電限電（事故限電）序位執(zhí)行用戶，首先納入營銷負(fù)荷控制序位執(zhí)行。

（2）負(fù)控補備類分組用戶選取相應(yīng)容量整組納入控制，納入控制分組限電容量應(yīng)不少于調(diào)控中心拉路限電用戶保安負(fù)荷。

（3）若接到調(diào)控中心通知，距離首個限額時段超過2 h，且調(diào)控中心明確不執(zhí)行拉路操作，則優(yōu)先使用調(diào)度執(zhí)行類分組。

7 操作方式

根據(jù)以上執(zhí)行原則制定《負(fù)控人員特高壓事故預(yù)案操作表》（分調(diào)度拉路和未拉路2種，以下簡稱《操作表》），根據(jù)調(diào)度部門的執(zhí)行情況，負(fù)控人員根據(jù)表格投入相應(yīng)控制分組，該操作表可以實現(xiàn)特高壓事故過程中，營銷負(fù)控人員的快速應(yīng)急操作。

7.1 快速操作表

7.1.1 調(diào)度拉路情況下操作表

在調(diào)度執(zhí)行拉路控制情況下，負(fù)控主臺首先了解調(diào)度拉路控制檔次，并根據(jù)操作表（調(diào)度拉路，見表4）中調(diào)度拉路檔次與營銷投入分組對應(yīng)關(guān)系，分別將調(diào)度控制類分組和負(fù)控補備類分組納入執(zhí)行計劃。

以南京供電公司為例，建立調(diào)度拉路情況下負(fù)控人員快速操作表如表4。

表4 負(fù)控人員特高壓事故預(yù)案操作表（調(diào)度拉路）

7.1.2 調(diào)度未拉路情況下操作表

在距離首個限額時段超過2 h，且調(diào)控中心明確不執(zhí)行拉路操作情況下，根據(jù)調(diào)度部門發(fā)布的負(fù)荷缺口，根據(jù)操作表（調(diào)度未拉路，見表5），將相應(yīng)負(fù)控分組納入執(zhí)行計劃。

表5 負(fù)控人員特高壓事故預(yù)案操作表（調(diào)度未拉路）

7.2 操作流程圖

7.2.1 調(diào)度未拉路操作流程

調(diào)度未拉路情況下負(fù)控人員應(yīng)急處置流程見圖1。

7.2.2 調(diào)度已拉路操作流程

調(diào)度已拉路情況下負(fù)控人員應(yīng)急處置流程見圖2。

圖1 調(diào)度未拉路負(fù)控人員操作流程圖

圖2 調(diào)度已拉路負(fù)控人員操作流程圖

在迎峰度夏特高壓直流大功率、滿功率輸送期間，調(diào)度主臺與負(fù)控主臺均應(yīng)安排人員進(jìn)行24 h值班，并確保溝通暢達(dá)。負(fù)控人員根據(jù)調(diào)度拉限輪次的傳遞指令，根據(jù)快速操作表及執(zhí)行流程圖，對涉及用戶組執(zhí)行負(fù)荷控制操作。

8 結(jié)論與建議

本文就特高壓事故后，調(diào)度控制策略與營銷控制策略進(jìn)行了詳細(xì)分析研究，并對二者的執(zhí)行過程建立了無縫對接策略，可以實現(xiàn)特高壓故障后，在盡可能實現(xiàn)最大限度的降低用戶影響范圍的情況下，快速有效地控制電網(wǎng)負(fù)荷，實現(xiàn)事故快速應(yīng)急響應(yīng)。本文的創(chuàng)新點如下：

·抽象出了事故應(yīng)急處置過程中相關(guān)控制負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型。本文就事故應(yīng)急處置過程中調(diào)度控制負(fù)荷、用戶保安負(fù)荷、營銷控制負(fù)荷之間的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行了量化，給出了計算公式，讓控制用戶數(shù)量、范圍可以量化。

·提出了“事故類型查表快速操作法”。該方法可以在事故處置過程中，幫助負(fù)控人員在最短時間內(nèi)做出決策，減少人員判斷所需時間和發(fā)生誤操作的可能性。

·分別根據(jù)特高壓事故發(fā)生后調(diào)度執(zhí)行拉路和未執(zhí)行拉路的情況制定出了具體操作流程，讓“事故類型查表快速操作法”真正走向了實用化。

下一步重點工作建議如下：

·進(jìn)一步優(yōu)化處置策略，壓縮負(fù)荷控制時限，降低影響范圍，讓特高壓事故應(yīng)急處置更加快速、準(zhǔn)確、高效。

·進(jìn)一步整合負(fù)荷管理系統(tǒng)、有序輔助決策系統(tǒng)、營配集成系統(tǒng)、“電力一點通”手機平臺，開發(fā)相關(guān)應(yīng)用程序，實現(xiàn)特高壓應(yīng)急響應(yīng)的自動化、智能化、互動化。

·編制特高壓事故應(yīng)急處置作業(yè)指導(dǎo)書，建立完善健全的工作制度和科學(xué)合理的工作流程，定期開展系統(tǒng)測試及應(yīng)急處置演練，做到特高壓事故應(yīng)急管理工作常態(tài)化。

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