賓金直流單極閉鎖事故再現(xiàn)仿真分析

華文，黃曉明，樓伯良，張靜，毛雪雁，黃弘揚(yáng)

（1．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；

2．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，杭州310007）

賓金直流單極閉鎖事故再現(xiàn)仿真分析

華文1，黃曉明1，樓伯良1，張靜2，毛雪雁1，黃弘揚(yáng)1

（1．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；

2．國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司，杭州310007）

針對(duì)某次賓金直流單極閉鎖事故，詳細(xì)介紹了事故前后浙江電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)以及賓金直流單極閉鎖后金華換流站重要事件順序。在BPA程序中搭建了與實(shí)際系統(tǒng)一致的發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁以及特高壓直流模型，發(fā)電機(jī)調(diào)速器采用典型參數(shù)。參照事故后電網(wǎng)實(shí)際動(dòng)作邏輯，利用BPA開(kāi)展了事故再現(xiàn)分析，并將仿真結(jié)果與PMU實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明仿真曲線與PMU曲線較為吻合，驗(yàn)證了仿真方法與仿真模型的有效性。

特高壓直流；單極閉鎖；事故再現(xiàn)

0 引言

隨著華東電網(wǎng)特高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)穩(wěn)定特性發(fā)生了較大變化，特高壓直流閉鎖成為威脅華東電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要故障方式。特高壓直流閉鎖將導(dǎo)致大范圍的潮流轉(zhuǎn)移，從而造成線路過(guò)載、母線電壓跌落、頻率大幅偏差甚至發(fā)生失步解列。

目前針對(duì)交直流電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析主要是通過(guò)仿真得到的，文獻(xiàn)[1-6]通過(guò)仿真計(jì)算分析了相關(guān)交直流電網(wǎng)安全穩(wěn)定狀況，但是未與實(shí)際電網(wǎng)響應(yīng)做對(duì)比分析；文獻(xiàn)[7-8]對(duì)直流閉鎖原因進(jìn)行了詳細(xì)分析，但是未說(shuō)明直流故障對(duì)交流電網(wǎng)的影響；文獻(xiàn)[9-11]分析了龍政直流單極閉鎖后的華東電網(wǎng)頻率響應(yīng)變化，但是隨著華東電網(wǎng)特高壓交直流電網(wǎng)的初步形成，華東電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性已發(fā)生較大變化，需要繼續(xù)開(kāi)展研究。

針對(duì)某次賓金直流閉鎖事故，介紹了賓金直流閉鎖時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)以及賓金單極閉鎖后的重要事件順序，基于PSD-BPA程序詳細(xì)模擬了事故過(guò)程，并將仿真結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)PMU（同步相量測(cè)量單元）錄波結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了仿真模型以及方法的可靠性。

1 事故過(guò)程分析

1.1 事故前電網(wǎng)潮流

如圖1所示，浙江電網(wǎng)分為浙南與浙北2部分，浙南浙北聯(lián)絡(luò)線包括1 000 kV安吉—蘭江雙線、500 kV喬司—涌潮雙線以及富陽(yáng)—蕭浦雙線，浙南電網(wǎng)又通過(guò)1 000 kV蓮都—榕城雙線以及500 kV金華—寧德雙線與福建電網(wǎng)相連。

圖1 浙江電網(wǎng)重要通道示意

事故前華東電網(wǎng)全網(wǎng)負(fù)荷164 830 MW，發(fā)電140 570 MW，區(qū)外受電24 330 MW，系統(tǒng)頻率50.01 Hz。事故前浙江電網(wǎng)潮流總體平穩(wěn)，賓金直流逆變側(cè)金華站落地功率7 559 MW，特高壓安吉—蘭江雙線南送約200 MW，喬司—涌潮雙線南送約2 700 MW，富陽(yáng)—蕭浦雙線北送約280 MW，榕城—蓮都雙線北送480 MW，寧德—金華雙線功率近似為零。浙江電網(wǎng)在運(yùn)600 MW以上機(jī)組平均負(fù)荷率為70.5%，水電機(jī)組全部停運(yùn)，5臺(tái)燃?xì)鈾C(jī)組頂峰運(yùn)行。

1.2 金華站單極閉鎖過(guò)程

2015年7月13日19∶38∶30，金華換流站（簡(jiǎn)稱金華站）極Ⅱ高端閥組高壓穿墻套管故障，賓金直流極母差保護(hù)Ⅰ段動(dòng)作，極Ⅱ單極閉鎖，送端被切除7臺(tái)機(jī)組共4 020 MW。故障后，極Ⅰ立即啟動(dòng)秒級(jí)1.2倍過(guò)負(fù)荷能力，持續(xù)時(shí)間3 s，然后啟動(dòng)小時(shí)級(jí)1.05倍過(guò)負(fù)荷能力。賓金直流在極Ⅱ單極閉鎖后，金華站經(jīng)過(guò)3.6 s由無(wú)功功率控制切除1小組濾波器，此后每隔10 s切除1小組濾波器，共切除了8小組濾波器。

事故過(guò)程中全網(wǎng)最低頻率降至49.80 Hz，穩(wěn)態(tài)頻率降至49.90 Hz，事故后浙江電網(wǎng)緊急提升全網(wǎng)機(jī)組出力。

2 事故在線仿真

2.1 計(jì)算程序及計(jì)算模型

采用PSD-BPA程序進(jìn)行仿真，浙江電網(wǎng)的潮流邊界條件由SmartPower程序根據(jù)故障前實(shí)時(shí)潮流導(dǎo)入。由于缺乏華東其余各省市電網(wǎng)對(duì)應(yīng)的邊界條件，基于2015年夏大方式，調(diào)整各省市的發(fā)電機(jī)及負(fù)荷水平，使得浙江電網(wǎng)省際聯(lián)絡(luò)線功率與事故前保持基本一致。

發(fā)電機(jī)采用六繞組模型，模型參數(shù)均保持與現(xiàn)場(chǎng)一致。發(fā)電機(jī)模型由BPA程序中的M卡與MF卡組成，發(fā)電機(jī)模型不考慮發(fā)電機(jī)本身的阻尼，即阻尼系數(shù)D取零，勵(lì)磁及PSS系統(tǒng)采用實(shí)測(cè)模型，勵(lì)磁模型由BPA中的FV卡、FM卡、FN卡等模擬，PSS由BPA中的PSS2B模型等模擬。

直流模型采用新型DA模型，該直流模型由DA，DZ以及DA#3張卡組成，該模型具有低壓限流、整流側(cè)最小觸發(fā)角控制以及換相失敗預(yù)測(cè)等功能，模型參數(shù)采用華東網(wǎng)調(diào)下發(fā)數(shù)據(jù)。

華東各發(fā)電機(jī)組均采用典型的調(diào)速系統(tǒng)模型及參數(shù)，火電機(jī)組調(diào)速器模型由GA，GJ和GB 3張卡組成，水電機(jī)組調(diào)速器模型采用GH卡。考慮到華東發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際性能，計(jì)算中發(fā)揮作用的機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)按照50%左右考慮[9-10]。由于目前調(diào)速器模型數(shù)據(jù)尚在建模入庫(kù)過(guò)程中，本文調(diào)速器采用典型參數(shù)。

華東電網(wǎng)各省市中，上海、江蘇、浙江、安徽選用60%恒功率，40%恒阻抗負(fù)荷模型；福建選用40%恒功率，60%恒阻抗負(fù)荷模型，有功和無(wú)功負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)分別取1.2和-2.0。

仿真過(guò)程中0.5 s模擬賓金直流極Ⅱ單極閉鎖，并將極Ⅰ功率指令提升為1.05 pu；3.5 s將極Ⅰ功率指令降低至1.05 pu；3.6 s切除第一組濾波器；此后每隔10 s切除1組濾波器，共切除8組。

2.2 仿真結(jié)果與PMU曲線對(duì)比

2.2.1 重要通道潮流對(duì)比分析

仿真及PMU值得到的線路功率如表1所示，圖2給出了寧德—金華線路仿真與PMU值的對(duì)比結(jié)果。由仿真曲線可以看出，由于缺乏省外電網(wǎng)的準(zhǔn)確邊界條件，各條線路初始功率及故障后功率的仿真值與PMU值有一定差距，但是各線路功率增量的仿真值與PMU值基本一致。

2.2.2 系統(tǒng)頻率對(duì)比分析

以蘭溪發(fā)電廠500 kV母線頻率為例，系統(tǒng)頻率變化仿真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果如圖3所示。由仿真曲線可以得到，賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后約7.1 s時(shí)系統(tǒng)最低頻率為49.81 Hz，故障后穩(wěn)態(tài)頻率為49.89 Hz。由PMU曲線可得，賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后約7.6 s時(shí)系統(tǒng)最低頻率為49.80 Hz，系統(tǒng)一次調(diào)頻結(jié)束后的頻率為49.90 Hz。仿真得到的最低頻率以及穩(wěn)態(tài)頻率與實(shí)際測(cè)量結(jié)果偏差均在±0.01 Hz之內(nèi)，準(zhǔn)確性較好。

表1 重要單線線路有功功率變化

圖2 金華—寧德有功功率仿真與PMU測(cè)量值對(duì)比

圖3 系統(tǒng)頻率仿真與PMU測(cè)量結(jié)果對(duì)比

2.2.3 金華站電壓動(dòng)態(tài)特性分析

金華站500 kV母線電壓曲線如圖4所示。受到省外電網(wǎng)不確定因素以及省內(nèi)電網(wǎng)無(wú)功負(fù)荷不確定性等因素的影響，仿真曲線與PMU曲線有一定的穩(wěn)態(tài)誤差，但是二者的變化趨勢(shì)基本一致，隨著金華站濾波器的逐步切除，系統(tǒng)電壓也呈階梯狀下降。

2.2.4 機(jī)組動(dòng)態(tài)特性分析

由仿真及PMU曲線得到的部分發(fā)電機(jī)功率變化如表2所示，圖5給出了蘭溪發(fā)電廠仿真結(jié)果與PMU測(cè)量值的對(duì)比。金華站近區(qū)的蘭溪發(fā)電廠的仿真值與PMU測(cè)量結(jié)果較為接近，其余各發(fā)電廠仿真值與PMU測(cè)量值之間均有一定的誤差。由表2可知，機(jī)組功率增量整體偏差在合理范圍內(nèi)。

圖4 金華站500 kV母線電壓

表2 故障前后發(fā)電機(jī)有功功率變化

圖5 蘭溪發(fā)電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)功率響應(yīng)特性

3 結(jié)論

（1）賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后，各仿真曲線與PMU測(cè)量曲線變化趨勢(shì)基本一致。

（2）賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后，重要通道的潮流增量仿真值與PMU值基本接近。

（3）賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后，系統(tǒng)頻率變化仿真值與PMU值基本一致。

（4）由于省外電網(wǎng)以及負(fù)荷無(wú)功的不確定性，使得電網(wǎng)電壓仿真值與PMU值之間存在一定的誤差。

（5）由于本次計(jì)算中調(diào)速器采用的是典型值，使得部分發(fā)電機(jī)的有功功率仿真值與PMU值存在一定的誤差，需進(jìn)一步開(kāi)展調(diào)速器建模工作。

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（本文編輯：方明霞）

Reconstruction and Simulation Analysis of Unipolar Block in Yibin-Jinhua UHVDC Power Transmission Project

HUA Wen1，HUANG Xiaoming1，LOU Boliang1，ZHANG Jing2，MAO Xueyan1，HUANG Hongyang1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

The operation status of Zhejiang power grid before and after unipolar block that occurred on July 13 and important event sequence of Jinhua converter station after the accident are introduced.Models of generators，excitation systems and UHVDC identical to real the real systems are established in BPA and the parameters of speed regulators are classic values.According to post-accident action logic of the power grid，accident reconstruction and analysis are presented by BPA；in addition，the simulation results and curves measured by PMU are compared，which shows that the simulation curves tally with curves measured by PMU and confirms the effectiveness of the simulation method and model.

UHVDC；unipolar block；accident reconstruction

TM732

：B

：1007-1881（2016）02-0007-04

2015-09-17

華文（1986），男，工程師，從事電力系統(tǒng)分析工作。