四川電網(wǎng)擾動對川渝斷面及特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動影響仿真研究

張 鵬，孫永超

(國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

四川電網(wǎng)擾動對川渝斷面及特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動影響仿真研究

張 鵬，孫永超

(國網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072)

大規(guī)模交流同步電網(wǎng)中，某個區(qū)域發(fā)生的擾動不僅會影響到本區(qū)域，而且會通過區(qū)域間交流聯(lián)絡(luò)線對與之互聯(lián)的其他區(qū)域電網(wǎng)產(chǎn)生影響?；谒拇娋W(wǎng)及華北、華中電網(wǎng)PSASP仿真模型，研究了四川電網(wǎng)不同地點切機及三相接地短路兩種擾動類型對川渝斷面及華北、華中電網(wǎng)特高壓聯(lián)絡(luò)線有功功率波動的影響。

功率波動；交流聯(lián)絡(luò)線；特高壓；擾動

0 引 言

電網(wǎng)互聯(lián)是現(xiàn)代電網(wǎng)發(fā)展的一大趨勢。大規(guī)模互聯(lián)電網(wǎng)在實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，增強供電可靠性的同時，也給電網(wǎng)運行帶來了一些問題。比如，對于多個區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)形成的大規(guī)模同步電網(wǎng)，某個區(qū)域產(chǎn)生的擾動會導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線功率波動，從而對與之互聯(lián)的其他區(qū)域產(chǎn)生影響。聯(lián)絡(luò)線功率波動嚴重制約其輸送能力，而一旦產(chǎn)生負阻尼振蕩，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)解列。多篇文獻從不同角度針對聯(lián)絡(luò)線功率波動問題開展研究，文獻[1-2]分別基于兩機模型對聯(lián)絡(luò)線功率波動峰值計算方法進行了研究；文獻[3]基于概率統(tǒng)計理論研究了隨機擾動下聯(lián)絡(luò)線功率波動幅值與阻尼比的關(guān)系；文獻[4]對華中-華北交流同步電網(wǎng)進行簡化等值建模，并基于簡化模型研究擾動的傳播特性；文獻[5-6]均從能量計算的角度對故障后系統(tǒng)中暫態(tài)能量的產(chǎn)生和流動過程以及特高壓電網(wǎng)擾動沖擊傳播機理進行闡述；文獻[7]基于電網(wǎng)支路功率分布特性法分析發(fā)電機狀態(tài)量對聯(lián)絡(luò)線功率振蕩的影響，并制定相應(yīng)的控制措施；文獻[8-9]對特高壓直流系統(tǒng)故障引起的交流聯(lián)絡(luò)線功率波動進行研究；文獻[10-11]基于儲能裝置提出聯(lián)絡(luò)線功率振蕩抑制策略。

四川電網(wǎng)通過川渝聯(lián)絡(luò)線連接重慶電網(wǎng)并進而與華中電網(wǎng)相連，華中電網(wǎng)則通過晉長治—南陽—荊門特高壓聯(lián)絡(luò)線與華北電網(wǎng)互聯(lián)。作為全國最大的水電外送基地，四川電網(wǎng)有著舉足輕重的地位，有必要研究其網(wǎng)內(nèi)功率擾動對相關(guān)交流聯(lián)絡(luò)線功率波動的影響?；谒拇娋W(wǎng)及華北、華中電網(wǎng)詳細的PSASP仿真模型，研究了四川電網(wǎng)不同地點切機及三相接地短路兩種擾動類型對川渝斷面及華北、華中電網(wǎng)特高壓聯(lián)絡(luò)線有功功率波動的影響。

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡介

圖1所示為四川電網(wǎng)與周邊電網(wǎng)連接情況。四川電網(wǎng)通過三大特高壓直流輸電線路(復(fù)奉、賓金、錦蘇)與華東電網(wǎng)相連，通過德寶直流連接西北電網(wǎng)；通過川渝聯(lián)絡(luò)線連接重慶電網(wǎng)并進而與華中電網(wǎng)相連；2014年川藏聯(lián)網(wǎng)工程之后，四川電網(wǎng)與西藏電網(wǎng)通過川藏交流聯(lián)絡(luò)線相連。華中電網(wǎng)則通過晉長治—南陽—荊門特高壓聯(lián)絡(luò)線(以下簡稱特高壓聯(lián)絡(luò)線)與華北電網(wǎng)互聯(lián)。下面主要研究交流聯(lián)絡(luò)線功率波動情況，所用模型為川藏聯(lián)網(wǎng)之前的模型，因此，主要研究四川電網(wǎng)擾動對川渝斷面(即洪板線和黃萬線兩條交流聯(lián)絡(luò)線)以及特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動影響。

圖1 四川電網(wǎng)與周邊電網(wǎng)聯(lián)系圖

2 四川電網(wǎng)切機擾動對聯(lián)絡(luò)線功率波動影響

在特高壓功率北送情形下研究四川電網(wǎng)切機擾動對聯(lián)絡(luò)線功率波動影響。之所以選擇切機擾動，是因為切機可以精確獲知擾動功率大小，從而能夠進行定量計算。切機地點選擇在四川3個大型水電基地：二灘、向家壩和溪洛渡。

分別在二灘、向家壩和溪洛渡進行切機實驗，切機量從100 MW到1 500 MW，以每100 MW為一個階梯進行遞增。圖2～圖4分別為三大水電基地切機后川渝斷面以及特高壓聯(lián)絡(luò)線上功率波動情況。計算川渝斷面輸送功率時，采用將洪板線雙回線和黃萬線雙回線功率相加的方式。川渝斷面功率流向從四川到重慶，特高壓聯(lián)絡(luò)線功率選取山西長治到河南南陽段線路功率，從南陽流向長治。

(a)川渝斷面 (b)特高壓

由圖2～圖4可知，3處切機擾動均會導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線功率跌落，其中：在川渝聯(lián)絡(luò)線上功率振蕩頻率約為0.35 Hz；在特高壓聯(lián)絡(luò)線上功率振蕩頻率約為0.17 Hz；振蕩均為正阻尼振蕩，約20 s后在系統(tǒng)阻尼作用下振蕩消失，系統(tǒng)進入新的穩(wěn)態(tài)；功率跌落幅值均在第1個峰值達到最大值。

(a)川渝斷面 (b)特高壓

(a)川渝斷面 (b)特高壓

由于功率跌落的最大幅值最能反映四川電網(wǎng)內(nèi)切機后對聯(lián)絡(luò)線功率的影響，因此，此處對3處切機擾動導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率跌落峰值做進一步分析。

圖5～圖7分別為三大水電基地切機后川渝斷面以及特高壓聯(lián)絡(luò)線上功率波動最大值與切機量關(guān)系圖?？梢钥闯?，無論對于川渝聯(lián)絡(luò)線，還是特高壓聯(lián)絡(luò)線，切機所導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動幅值與切機量基本滿足線性關(guān)系。

(a)川渝斷面 (b)特高壓

表1為三大水電基地切機后川渝斷面以及特高壓聯(lián)絡(luò)線上功率波動最大值與切機量線性關(guān)系的斜率近似值。由表1可以看出，3處切機點切機擾動發(fā)生后，川渝斷面及特高壓聯(lián)絡(luò)線上功率波動最大值都大于擾動功率值，川渝斷面所受影響大于特高壓聯(lián)絡(luò)線所受影響；同時也可以看出，二灘切機后對聯(lián)絡(luò)線功率波動影響要略大于其他兩處切機點，但總體來看不同地點的切機擾動對聯(lián)絡(luò)線功率波動影響差別不是特別大?；谠撔甭?，可近似估算某切機量下聯(lián)絡(luò)線功率最大變化量。比如，二灘切機2 000 MW時可以估算得到川渝斷面最大功率跌落值為3 046 MW，而特高壓聯(lián)絡(luò)線最大功率跌落值為2 524 MW。

(a)川渝斷面 (b)特高壓

(a)川渝斷面 (b)特高壓

表1 斜率近似計算值

切機地點斜率川渝斷面特高壓聯(lián)絡(luò)線二灘1．5231．262向家壩1．3781．134溪洛渡1．4151．151

3 四川電網(wǎng)三相接地短路對聯(lián)絡(luò)線功率波動影響

基于四川電網(wǎng)內(nèi)8處500kV母線三相短路故障，研究該類型故障對川渝斷面及特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動影響。8處母線分別選在尖山、東坡、月城、譚家灣、桃鄉(xiāng)、資陽、蜀州以及雅安變電站。

圖8、圖9分別為以上不同地點500kV母線三相接地短路后川渝斷面和特高壓聯(lián)絡(luò)線有功功率波動情況。

圖8 不同地點三相接地短路川渝斷面功率波動情況

圖9 不同地點三相接地短路特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動情況

從圖8和圖9可以看出，不同地點500kV母線三相接地短路對所引起的川渝斷面和特高壓聯(lián)絡(luò)線功率主導(dǎo)振蕩頻率與切機擾動類似，對于川渝斷面仍約為0.35 Hz,對于特高壓聯(lián)絡(luò)線仍約為0.16～0.17 Hz。但三相接地短路故障同時激發(fā)出其他頻率振蕩模式，這一點對于特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動尤其明顯，表現(xiàn)為振蕩并非是衰減的正弦波，而是某一衰減的畸變波形。而不同地點500kV母線三相接地短路對所引起的川渝斷面和特高壓聯(lián)絡(luò)線功率振蕩幅值差別較大，比如，對于川渝斷面，正常運行時功率為4 300 MW， 當(dāng)短路地點位于桃鄉(xiāng)時，功率最大上升至8 400 MW，功率最大漲幅為4 100 MW；最小跌落至小于0，即出現(xiàn)功率反送情形，功率最大跌幅約4 500 MW。對于特高壓聯(lián)絡(luò)線，正常運行時功率為5 365 MW，當(dāng)短路地點位于桃鄉(xiāng)時，功率最大上升至6 471 MW，功率最大漲幅約900 MW；最小跌落至小于2 209 MW，功率最大跌幅約3 100 MW。而在月城發(fā)生三相接地短路時，在川渝聯(lián)絡(luò)線上產(chǎn)生的功率最大漲幅和跌幅分別為2 200 MW和1 800 MW；在特高壓聯(lián)絡(luò)線上產(chǎn)生的功率最大漲幅和跌幅分別為800 MW和1 000 MW。在這8處地點短路實驗中，川渝斷面受到的影響都明顯大于特高壓聯(lián)絡(luò)線受到的影響。

從圖8和圖9可以明顯看出桃鄉(xiāng)變電站500kV母線發(fā)生三相接地短路故障時對聯(lián)絡(luò)線功率影響明顯要大于其他地點故障；另外，通過觀察故障時川電外送的三大特高壓直流輸送的功率也可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)桃鄉(xiāng)變電站發(fā)生故障時，該功率波動值也較其他地點故障時更大，因主要研究交流聯(lián)絡(luò)線功率波動情況，故未列出該仿真結(jié)果。因此，四川電網(wǎng)運行過程中桃鄉(xiāng)變電站500kV母線及其附近輸電線路應(yīng)作為重點關(guān)注的對象。

4 結(jié) 語

基于四川電網(wǎng)及華北、華中電網(wǎng)PSASP詳細仿真模型，研究了四川電網(wǎng)不同地點切機及三相接地短路兩種擾動類型對川渝斷面及華北、華中電網(wǎng)特高壓聯(lián)絡(luò)線有功功率波動的影響，得出以下結(jié)論：

1)四川電網(wǎng)切機擾動所導(dǎo)致的聯(lián)絡(luò)線功率波動最大變化量與切機量基本滿足線性關(guān)系；且不同地點相同的切機量對聯(lián)絡(luò)線功率產(chǎn)生的影響差別不是很大，基于該線性關(guān)系可對聯(lián)絡(luò)線功率波動最大值進行估算。

2)四川電網(wǎng)不同地點的母線三相接地短路故障對聯(lián)絡(luò)線功率產(chǎn)生的影響差別較大，嚴重時甚至導(dǎo)致功率反送現(xiàn)象。其中，桃鄉(xiāng)變電站500kV母線處故障造成的影響尤其嚴重，應(yīng)對該母線密切關(guān)注。

[1] 洪峰，陳金富，段獻忠，等. 弱互聯(lián)大區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率振蕩研究[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2011, 31(10): 46-51.

[2] 陳磊，劉輝，閔勇，等. 兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率波動理論分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2011, 35(10): 53-58.

[3] 趙紅生，劉源，陳偉彪，等.互聯(lián)電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率波動機理及其擾動概率分析[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制,2015, 43(14):1-9.

[4] 劉巨，孫海順，劉子全，等.華中-華北交流同步電網(wǎng)簡化等值建模分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2014，38(6)：38-42.

[5] 湯蕾，沈沉，王志文，等. 基于端口供給能量的特高壓電網(wǎng)擾動沖擊傳播機理分析[J]. 高電壓技術(shù), 2015, 41(3): 824-831.

[6] 劉巨，孫海順，文勁宇，等.交流互聯(lián)電網(wǎng)中大擾動對聯(lián)絡(luò)線的沖擊特性分析方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2013, 37(21):17-21.

[7] 云雷，劉滌塵，廖清芬，等. 基于功率分布法分析和控制區(qū)間聯(lián)絡(luò)線功率振蕩[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2012, 36(10):7-13.

[8] 屠競哲，楊莉，黃涌，等.直流閉鎖引發(fā)交流聯(lián)絡(luò)線功率波動的機理以及峰值計算[J]. 電力系統(tǒng)自動化設(shè)備, 2013, 33(1):12-17.

[9] 何劍，張健，郭強等.直流換相失敗沖擊下的兩區(qū)域交流聯(lián)絡(luò)線功率波動峰值計算[J]. 中國電機工程學(xué)報, 2015, 35(4):804-810.

[10] 王康，蘭洲，甘德強，等. 基于超導(dǎo)儲能裝置的聯(lián)絡(luò)線功率控制[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2008, 32(8):5-9.

[11] 孫建波，趙嫻，李大虎，等.利用儲能抑制互聯(lián)電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線功率振蕩的研究[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制, 2013, 41(17):10-17.

For a large synchronized interacted power grid, the disturbances inside one area may affect not only the area itself, but also other areas connected to this area through tie lines. Based on PSASP simulation models, the effect of two kinds of disturbances inside Sichuan power grid, that is, loss of generation and three phase to ground fault, on power oscillation of Chuan-Yu section and that of UHV tie lines connecting Huabei power grid and Huazhong power grid is studied.

power oscillation; AC tie lines; ultra-high voltage; disturbance

TM711

A

1003-6954(2017)02-0028-03

2016-11-30)

張 鵬(1985)，博士，主要研究方向為電力系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與監(jiān)測，交直流電網(wǎng)相互影響研究；

孫永超(1991)，碩士，主要研究方向為直流輸電及配網(wǎng)研究。