直流調(diào)制對(duì)大型交直流互聯(lián)電網(wǎng)安控的影響

邱麗萍，陳向宜，馬世英，丁理杰，唐曉駿，王彪（.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京009；.四川電力試驗(yàn)研究院，成都6007）

直流調(diào)制對(duì)大型交直流互聯(lián)電網(wǎng)安控的影響

邱麗萍1，陳向宜2，馬世英1，丁理杰2，唐曉駿1，王彪2
（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京100192；2.四川電力試驗(yàn)研究院，成都610072）

隨著大電網(wǎng)互聯(lián)工程的推進(jìn)，交直流混聯(lián)運(yùn)行成為趨勢(shì)。大型直流系統(tǒng)接入系統(tǒng)后大大改變了原有電網(wǎng)運(yùn)行特性，直流故障可能對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)極大隱患。為此，以四川電網(wǎng)為例，針對(duì)直流閉鎖故障分析了不同安控措施條件下大電網(wǎng)的穩(wěn)定恢復(fù)特性。綜合比對(duì)分析認(rèn)為：在發(fā)生系統(tǒng)閉鎖故障后快速提升直流功率，可避免在系統(tǒng)中進(jìn)行切機(jī)切負(fù)荷，或者降低切機(jī)切負(fù)荷量。但直流短時(shí)過(guò)負(fù)荷后的大量功率釋放可能對(duì)系統(tǒng)造成更為嚴(yán)重的沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。

交直流混聯(lián)電網(wǎng)；直流調(diào)制；安全穩(wěn)定控制策略；直流閉鎖

隨著特高壓交流電網(wǎng)的建設(shè)以及復(fù)奉、錦蘇、溪洛渡3條特高壓直流的建成，華北、華中及華東電網(wǎng)將形成“三華”聯(lián)網(wǎng)格局，四川電網(wǎng)也將形成多回特高壓直流與交流互聯(lián)電網(wǎng)格局，但川渝、渝鄂斷面仍然僅有4回500 kV線路，一旦直流線路發(fā)生閉鎖故障，大量功率轉(zhuǎn)移將沖破川渝及渝鄂斷面靜穩(wěn)極限使系統(tǒng)失去穩(wěn)定，需要配合采用切機(jī)、切負(fù)荷及直流調(diào)制等安控手段。采用不同的直流調(diào)制方案所需配合切機(jī)、切負(fù)荷量不同，選取最優(yōu)直流調(diào)制方案，可降低送端切機(jī)量及受端切負(fù)荷量。

本文結(jié)合四川電網(wǎng)實(shí)際，將直流調(diào)制方案作為安控手段之一，分析直流閉鎖故障后“三華”電網(wǎng)的穩(wěn)定特性。

1 研究所采用的基本方式和基本條件

1.1 研究對(duì)象

本次研究主要針對(duì)特高壓兩縱結(jié)構(gòu)的“三華”電網(wǎng)，該結(jié)構(gòu)網(wǎng)架如圖1所示，華北、華中電網(wǎng)通過(guò)特高壓長(zhǎng)治-南陽(yáng)線聯(lián)網(wǎng)，華北-華東通過(guò)特高壓濟(jì)南-徐州雙回線聯(lián)網(wǎng)，華中-華東電網(wǎng)之間沒(méi)有直接的交流連接線路，但兩網(wǎng)之間存在大量的直流聯(lián)絡(luò)線，華中-華東電網(wǎng)之間的直流工程如表1所示。

圖1 “三華”聯(lián)網(wǎng)接線圖Fig.1 Graph of interconnected North China-Central China-East China power grid

表1 華中-華東直流聯(lián)絡(luò)線Tab.1 Interconnected DC linesbetween Central China and East China

1.2 直流工程過(guò)載能力

直流輸電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一是能夠快速控制輸送的功率，該優(yōu)點(diǎn)使得直流輸電系統(tǒng)在電網(wǎng)發(fā)生某些故障情況下，能夠?qū)涣飨到y(tǒng)提供緊急支援。尤其是對(duì)于交直流并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生故障或擾動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)直流輸電系統(tǒng)附加控制，瞬時(shí)提高健全直流極的輸送功率，在直流輸電系統(tǒng)過(guò)負(fù)荷能力范圍內(nèi)，把故障交流線路輸送的部分轉(zhuǎn)移到并聯(lián)的直流輸電系統(tǒng)，從而減輕功率轉(zhuǎn)移和功率失衡對(duì)交流系統(tǒng)的沖擊，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性[1-2]。

本研究中直流工程的過(guò)負(fù)荷能力按表2所示情況考慮，即直流工程長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷能力按1.10或1.15倍考慮，短時(shí)（3 s）過(guò)負(fù)荷能力按1.40倍考慮[3-6]。

表2 直流工程過(guò)負(fù)荷能力Tab.2 Overload capability of DC line

2 直流調(diào)制對(duì)錦蘇直流單極閉鎖故障安控措施的影響

錦蘇直流工程為從華中四川電網(wǎng)-華東電網(wǎng)的特高壓直流輸電工程，該工程電壓等級(jí)高（額定電壓為800 kV），輸送容量大（雙極滿送額定容量為7 200MW），發(fā)生單極閉鎖故障后有可能使系統(tǒng)失去穩(wěn)定，需在送端四川電網(wǎng)切配套電源錦屏電廠7臺(tái)機(jī)，但如果考慮直流調(diào)制手段，僅提升四川-華東其余健全直流功率至額定容量的110%，即可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，而不需再額外采取切機(jī)措施。

3 直流調(diào)制對(duì)錦蘇直流雙極閉鎖故障安控措施的影響

錦蘇直流工程發(fā)生雙極閉鎖故障后，電網(wǎng)送端盈余大量功率，大量的功率沿著川渝、渝鄂斷面轉(zhuǎn)移，功率的大量轉(zhuǎn)移可沖破沿路斷面的靜穩(wěn)極限而使系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

常規(guī)的安控措施主要段包括切機(jī)、切負(fù)荷和直流調(diào)制等，但對(duì)于錦蘇直流雙極閉鎖故障，其閉鎖線路功率重、對(duì)系統(tǒng)沖擊較大，因此所需安控量也很大，單純依靠某種單一的手段可能無(wú)法使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，須要配合使用各種手段[7]。本研究采取5個(gè)安控方案。

方案1華中-華東直流長(zhǎng)期調(diào)制10%，并配合送端切機(jī)和受端切負(fù)荷。

方案2華中-華東直流長(zhǎng)期調(diào)制10%，并配合送端切機(jī)。

方案3華中-華東直流長(zhǎng)期調(diào)制15%，并配合送端切機(jī)。

方案4四川-華東直流調(diào)制40%持續(xù)3 s后降低到額定容量的110%、湖北-華東直流功率長(zhǎng)期調(diào)制10%，并配合送端切機(jī)。

方案5華中-華東直流調(diào)制40%，持續(xù)3 s后降低到額定容量的110%，并配合送端切機(jī)。

方案1主要基于送端切平原則，即直流調(diào)制量+切機(jī)量=閉鎖直流額定功率，如果送端切平還不能使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，則在受端電網(wǎng)切一定量的負(fù)荷。

方案2及方案3主要基于不切負(fù)荷的原則，如果在送端切平還不能使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，則繼續(xù)在送端切機(jī)直至系統(tǒng)重新恢復(fù)穩(wěn)定。

方案4及方案5也是基于不切負(fù)荷的原則，并充分考慮了直流線路的短期過(guò)負(fù)荷能力，比較不同的直流調(diào)制方案對(duì)送端切機(jī)量的影響，如表3所示。

計(jì)算分析表明[8]，有效地利用健全直流的過(guò)負(fù)荷能力可一定程度上減少故障所需的切機(jī)量，如方案3相對(duì)于方案2僅需多提升華中-華東直流功率的5%即可少切送端4臺(tái)機(jī)。方案4考慮了部分直流短期過(guò)負(fù)荷能力后可較不考慮時(shí)（方案2）少切一臺(tái)機(jī)，但如果過(guò)分的利用直流工程的短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力可能反而會(huì)造成系統(tǒng)穩(wěn)定水平的下降，如方案5，華中-華東全部直流線路功率提升到140%后驟降到110%，瞬間下降大量的功率可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊，需要在送端大量切機(jī)才能使系統(tǒng)重新恢復(fù)穩(wěn)定。

圖2及圖3為各種直流調(diào)制手段配合切機(jī)措施后川渝斷面500 kV洪溝-板橋線以及黃巖-萬(wàn)縣線有功功率曲線，可以看出如果使華中-華東直流全部按過(guò)載40%持續(xù)3 s來(lái)調(diào)制（方案5），直流調(diào)制量大且需要在送端大量切機(jī)，才能使系統(tǒng)不失去穩(wěn)定，而大量的直流調(diào)制和切機(jī)造成川渝斷面功率在故障后不升反降，甚至出現(xiàn)功率反向。采用方案1，川渝斷面穩(wěn)態(tài)功率水平最高，其中洪板線有功功率達(dá)到1 900MW，接近線路熱穩(wěn)限額。

實(shí)際上，直流功率提升后，線路上的無(wú)功損耗增大，電壓下降更為顯著，如圖4所示，復(fù)奉直流逆變側(cè)奉賢站電壓在直流功率調(diào)制40%時(shí)段低于0.8（p.u.），直流功率速降到110%后，仍然無(wú)法恢復(fù)到0.9（p.u.）以上，因此直流功率并不能按照調(diào)制計(jì)劃達(dá)到目標(biāo)值，另外系統(tǒng)振蕩期間的電壓振蕩也使得直流功率不能達(dá)到預(yù)期的調(diào)制量，如圖5所示。

表3 直流調(diào)制方案對(duì)應(yīng)的切機(jī)切負(fù)荷量Tab.3 Generator tripping and load shedding of different DC demodulation strategy

圖2 錦蘇直流雙極閉鎖采取安控措施后洪板線有功功率Fig.2 Power curvesof Honggou-Banqiao line after Jinsu DC parallel linesdeadlock

圖3 錦蘇直流雙極閉鎖采取安控措施后黃萬(wàn)線有功功率Fig.3 Power curvesof Huangyan-Wanxian lineafter Jinsu DC parallel linesdead lock

圖4 錦蘇直流雙極閉鎖后復(fù)奉直流逆變側(cè)奉賢電壓Fig.4 Voltages curvesof Fengxian station after Jinsu DC parallel lines deadlock

圖5 錦蘇直流雙極閉鎖后復(fù)奉直流功率Fig.5 Power curvesof Fufeng DC line after Jinsu DC parallel linesdeadlock

4 結(jié)論

一般情況下，直流調(diào)制是最為經(jīng)濟(jì)有效的安控手段，一定程度上可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但直流調(diào)制分為長(zhǎng)期調(diào)制和短期調(diào)制兩種，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)予以區(qū)別對(duì)待，不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為直流調(diào)制越多，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高越有利。

（1）直流工程的長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷能力一般都能維持1 h以上，在系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障后，充分利用健全直流的長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷能力，可一定程度上提高系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平，避免在系統(tǒng)中進(jìn)行切機(jī)切負(fù)荷，或者使切機(jī)、切負(fù)荷量有所降低。

（2）直流工程的短期過(guò)負(fù)荷能力僅能維持?jǐn)?shù)秒，在其功率提升后需要進(jìn)行速降調(diào)制，瞬間的大量功率釋放很可能對(duì)系統(tǒng)造成二次沖擊，造成系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降，因此對(duì)直流長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷能力的使用應(yīng)慎重，應(yīng)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況具體分析。

[1]荊勇，楊晉柏，李柏青，等（Jing Yong，Yang Jinbai，Li Baiqing，etal）.直流調(diào)制改善交直流混聯(lián)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的研究（Research on improving transientstability of AC/DC hybrid systeMby HVDCmodulation）[J].電網(wǎng)技術(shù)（Power SysteMTechnology），2004，28（10）：1-4.

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Impactof DCModulation on Safety and Stability Strategy in AC/DCHybrid System

QIU Liping1，CHENXiangyi2，MA Shiying1，DING Lijie2，TANGXiaojun1，WANGBiao2
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；2.Sichuan Electric TestResearch Institute，Chengdu 610072，China）

With the advancements of interconnected power system，AC/DC hybrid operation become the trend.The interconnection with large DC systeMcan significantly change the operation characteristics of original grid，and DC faultmay generate great potential peril to grid.In this paper，the transient characteristics of Sichuan power grid with differentsafety controlmeasuresafter DC block faultare analyzed.Research results indicate thataugmenting the power of the healthy pole after HVDC blocking can avoid generator tripping and load shedding，or decrease the amount of generator tripping and load shedding.But the DC power releasing after short-time over loadingmightperturb the systeMseriously，thusdamage the stability ofpower system.

AC/DChybrid system；DCmodulation；safety and stability controlstrategy；DC line deadlock

TM712

A

1003-8930（2015）02-0089-03

邱麗萍（1979—），女，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)分析與控制工作。Email：qiulp@epri.sgcc.com.cn

2012-08-02；

2012-12-29

陳向宜（1976—），男，博士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)控制與分析工作。Email：morodos@sina.com

馬世英（1969—），男，博士，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)分析方面的研究工作。Email：mashiy@epri.sgcc.com.cn