500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間恩施近區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析

閆秉科，李大虎，曹 侃，黃文濤，何 俊

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司調(diào)度控制中心，湖北 武漢 430077）

500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間恩施近區(qū)電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析

閆秉科1，李大虎2，曹 侃1，黃文濤1，何 俊1

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司調(diào)度控制中心，湖北 武漢 430077）

針對(duì)酒湖直流跨越期間，500 kV漁宜線、漁興三回線同停對(duì)恩施近區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響問(wèn)題，分析了四回線同停期間恩施近區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行特性，包括潮流電壓、暫態(tài)穩(wěn)定和頻率穩(wěn)定。針對(duì)各類(lèi)電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)提出了相應(yīng)的安穩(wěn)措施，分析了電鐵等沖擊負(fù)荷均會(huì)造成恩施電網(wǎng)的影響，研究結(jié)果對(duì)同停期間恩施近區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)作用。

四回線同停;孤網(wǎng)運(yùn)行;安全穩(wěn)定分析

0 引言

國(guó)家電網(wǎng)調(diào)度控制中心于2017年2月23日至3月2日安排500 kV漁興Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回線、漁宜線同停，以配合酒泉至湖南±800 kV特高壓直流輸電工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“酒湖直流”）跨越施工。500 kV漁興Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回線、漁宜線同停期間，恩施電網(wǎng)僅由500 kV張恩Ⅰ/Ⅱ回線與主網(wǎng)連接，一旦500 kV張恩Ⅰ/Ⅱ回線發(fā)生同桿線路故障跳閘，將造成恩施電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行。地區(qū)電網(wǎng)與主系統(tǒng)解列為孤網(wǎng)后,電源與負(fù)荷的有功、無(wú)功功率不平衡導(dǎo)致地區(qū)電網(wǎng)頻率、電壓大幅度波動(dòng)[1-3]。如不及時(shí)采取有效控制措施,極可能因電網(wǎng)崩潰造成大范圍、長(zhǎng)時(shí)間停電,帶來(lái)重大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響[4-5]。孤網(wǎng)魯棒性較差，如電鐵等沖擊負(fù)荷均會(huì)造成恩施電網(wǎng)頻率崩潰或造成頻率變化引發(fā)的低頻減負(fù)荷動(dòng)作等二次沖擊，恩施孤網(wǎng)存在全停風(fēng)險(xiǎn)[6]。

本文對(duì)跨越期間恩施電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、潮流電壓、暫態(tài)穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定、安穩(wěn)措施等內(nèi)容首次開(kāi)展全面細(xì)致的仿真計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)梳理，其中包括恩施電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行問(wèn)題、電鐵負(fù)荷的沖擊問(wèn)題、恩施電磁環(huán)網(wǎng)問(wèn)題以及恩施電網(wǎng)全停后的快速恢復(fù)問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，提出了酒湖直流跨越期間恩施電網(wǎng)在不同運(yùn)行方式下的安全穩(wěn)定分析結(jié)論、電網(wǎng)穩(wěn)定控制策略。

1 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間，恩施近區(qū)500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。受四回線停電期間500 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)控制要求，水布埡電廠開(kāi)單機(jī)時(shí)，需拉停500 kV恩漁任一回線。目前恩施220 kV電網(wǎng)打開(kāi)電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行（通過(guò)220 kV麂子河變電站分母），電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如圖1（b）所示。

圖1 施工期間恩施近區(qū)電網(wǎng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of Enshi district power grid under construction period

2 同停期間恩施近區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特性分析

2.1 潮流電壓分析

500 kV漁宜線、漁興三回線開(kāi)斷后，由于恩漁三回線、水漁雙回線充電無(wú)功較大，在500 kV恩施站低抗不投時(shí)，恩施電網(wǎng)向重慶電網(wǎng)送入無(wú)功功率超過(guò)400 MVar，若500 kV恩施站6組低抗全部投運(yùn)，恩施電網(wǎng)向重慶電網(wǎng)送入無(wú)功功率20～240 MVar，恩施、漁峽500 kV母線電壓均下降17 kV。

受張恩雙回線功率控制限額的約束，本文考慮水布埡電廠最多開(kāi)雙機(jī)；若水布埡電廠開(kāi)機(jī)大于兩臺(tái)，且500 kV張恩雙回線故障跳閘，則恩施電網(wǎng)成為典型的“大機(jī)小網(wǎng)”，頻率穩(wěn)定特性極差。因此，以下分別對(duì)恩施負(fù)荷為250 MW和600 MW，水布埡不開(kāi)機(jī)、開(kāi)單機(jī)以及開(kāi)雙機(jī)各種運(yùn)行方式下的潮流電壓水平進(jìn)行分析，并考慮恩施500 kV變電站低抗投退對(duì)電壓水平的影響。具體計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 不同負(fù)荷水平、開(kāi)機(jī)方式恩施電網(wǎng)電壓控制靈敏度分析（單位：kV）Tab.1 Controllable sensitivity analysis of Enshi power grid voltage under different load levels and unit commitments(unit:kV)

2.2 暫態(tài)穩(wěn)定分析

張恩雙回線一回三相短路跳雙回以及500 kV漁峽1號(hào)母線分別故障后，恩施電網(wǎng)功角、電壓均能保持暫態(tài)穩(wěn)定，在水布埡電廠不開(kāi)機(jī)時(shí)，恩施站電壓穩(wěn)定在485 kV左右；水布埡電廠開(kāi)單機(jī)時(shí)，恩施站電壓穩(wěn)定在500 kV左右。

2.3 張恩雙回同跳頻率穩(wěn)定分析

2.3.1 水布埡機(jī)組調(diào)速器附加控制采用開(kāi)度控制模式

小負(fù)荷方式下，水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)頻率失穩(wěn)，表現(xiàn)為恩施電網(wǎng)頻率快速上升。水布埡電廠開(kāi)單機(jī)頻率基本在50 Hz附近做（接近）等幅振蕩（最大振幅0.8 Hz，阻尼-0.458 7%）。水布埡電廠不開(kāi)機(jī)頻率特性較為復(fù)雜，在恩施受入重慶50 MW電力時(shí)，系統(tǒng)頻率快速下降，頻率失穩(wěn)，其他情況頻率穩(wěn)定。

大負(fù)荷方式下，水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)頻率失穩(wěn)，表現(xiàn)為恩施電網(wǎng)頻率快速上升。水布埡電廠開(kāi)單機(jī)頻率基本在50 Hz附近做（接近）等幅振蕩（最大振幅-0.4～0.8 Hz，阻尼-0.174 2%～0%）。水布埡電廠不開(kāi)機(jī)頻率特性較為復(fù)雜，在恩施受入重慶50 MW電力時(shí)，系統(tǒng)頻率快速下降至49.4 Hz附近，經(jīng)20 s左右恢復(fù)至49.7 Hz，未引發(fā)低頻減負(fù)荷動(dòng)作，其他情況頻率穩(wěn)定性較好。

2.3.2 水布埡機(jī)組調(diào)速器附加控制采用功率控制模式

小負(fù)荷方式下，水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)，張恩雙回線截0時(shí)頻率下降，60 s后達(dá)到49.6 Hz左右，其他情況頻率特性較好。水布埡電廠開(kāi)單機(jī)，頻率穩(wěn)定特性較好，但在恩施送重慶50 MW電力時(shí)，頻率快速上升超過(guò)51 Hz，時(shí)長(zhǎng)約2.5 s，接近水布埡電廠高頻切機(jī)第一輪動(dòng)作閾值（大于51 Hz，時(shí)長(zhǎng)5 s）。水布埡電廠不開(kāi)機(jī)頻率特性較為復(fù)雜，在恩施受入重慶50 MW電力時(shí)，系統(tǒng)頻率快速下降，頻率失穩(wěn)；在恩施送重慶50 MW電力時(shí)，系統(tǒng)頻率快速上升超過(guò)51 Hz（未到 51.2 Hz），時(shí)長(zhǎng)約 4.5 s，未達(dá)到恩施電網(wǎng)小水電機(jī)組高頻切機(jī)第一輪動(dòng)作條件。

大負(fù)荷方式下，水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)頻率穩(wěn)定，但在恩施受入重慶50 MW電力時(shí)，頻率先下降（至49.28 Hz，持續(xù)9 s）后上升，未觸及恩施電網(wǎng)低頻減負(fù)荷措施第一輪動(dòng)作閾值（49 Hz,持續(xù)0.2 s）,但接近特殊輪動(dòng)作閾值（49.25 Hz,持續(xù)15 s），頻率恢復(fù)周期較長(zhǎng)，約50 s；水布埡開(kāi)單機(jī)頻率特性相對(duì)收斂，但在恩施受入重慶50 MW電力時(shí)，頻率先下降（至49.27 Hz，持續(xù)1.5 s）后上升；水布埡電廠不開(kāi)機(jī)頻率特性相對(duì)收斂，在恩施受入重慶50 MW電力時(shí)，系統(tǒng)頻率快速下降至49.425 Hz附近，經(jīng)30 s左右恢復(fù)至49.7 Hz，也未引發(fā)低頻減負(fù)荷動(dòng)作。

2.4 張恩雙回同跳恩施穩(wěn)控、高頻切機(jī)、低頻/低壓減負(fù)荷措施校核

由上節(jié)分析可知，水布埡機(jī)組調(diào)速器附加控制采用開(kāi)度控制模式且水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)時(shí)，500 kV張恩雙回線故障，恩施電網(wǎng)頻率會(huì)大幅上升造成頻率失穩(wěn)，頻率上升幅值和持續(xù)時(shí)間均會(huì)造成水布埡電廠、恩施電網(wǎng)小水電機(jī)組高頻切機(jī)措施集中動(dòng)作，系統(tǒng)存在崩潰風(fēng)險(xiǎn)。從仿真結(jié)果來(lái)看，其他方式不存在觸發(fā)高頻切機(jī)集中動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)，但是裕度并不高。存在500 kV張恩雙回線故障后系統(tǒng)的頻率下降風(fēng)險(xiǎn)，但觸發(fā)恩施低頻減負(fù)荷措施動(dòng)作的均為水布埡電廠不開(kāi)機(jī)方式。小負(fù)荷方式水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)（調(diào)速器附加控制采用功率控制模式）方式也可能引發(fā)低頻減負(fù)荷措施動(dòng)作，動(dòng)作后加進(jìn)一步放大恩施“大機(jī)小網(wǎng)”動(dòng)態(tài)特性，系統(tǒng)存在崩潰風(fēng)險(xiǎn)。

以小負(fù)荷方式下，水布埡不開(kāi)機(jī)且恩施受入重慶50 MW電力為例，500 kV張恩雙回線故障后系統(tǒng)的頻率快速下降，啟動(dòng)恩施第一輪（49.0 Hz，0.2 s）、第二輪（48.8 Hz，0.2 s）、第三輪（48.6 Hz，0.2 s）低頻減負(fù)荷措施（累計(jì)容量為負(fù)荷的15%），系統(tǒng)頻率能穩(wěn)定在49.5 Hz左右運(yùn)行。

2.5 小干擾分析

2.5.1 500kV漁宜線、漁興三回線停電方式

在500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間，系統(tǒng)振蕩模式整體阻尼特性較強(qiáng)，恩施電網(wǎng)與外網(wǎng)振蕩模式阻尼水平也較強(qiáng)，雖然存在個(gè)別恩施小水電機(jī)組單機(jī)弱阻尼就地振蕩模式和恩施機(jī)組之間的弱阻尼就地振蕩模式（與全接線方式模式基本一致），這些模式與系統(tǒng)其他機(jī)組的相關(guān)因子基本為0，不會(huì)造成系統(tǒng)振蕩風(fēng)險(xiǎn)。

2.5.2 500kV漁宜線、漁興三回線、張恩雙回線停電，220 kV麂子河合環(huán)方式

若在500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間，考慮拉停500 kV張恩雙回線，220 kV麂子河采用合環(huán)方式降低恩施電網(wǎng)孤網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)，恩施電網(wǎng)“被迫”長(zhǎng)距離、弱聯(lián)系由220 kV麂子站經(jīng)宜昌220 kV電網(wǎng)與主網(wǎng)聯(lián)系，增加了若干弱阻尼振蕩模式，如頻率0.75 Hz阻尼0.36%恩施機(jī)組對(duì)三峽機(jī)組的振蕩模式、頻率0.63 Hz阻尼2.73%水布埡機(jī)組、恩施機(jī)組對(duì)外網(wǎng)的振蕩模式。

3 電鐵沖擊負(fù)荷對(duì)恩施孤網(wǎng)穩(wěn)定性影響

結(jié)合圖2所示的電鐵沖擊負(fù)荷特性，模擬三種負(fù)荷沖擊，單個(gè)矩形沖擊時(shí)長(zhǎng)20 s，有功幅值60 MW，無(wú)功幅值10 MVar，相鄰矩形沖擊間距20 s。在水布埡電廠不開(kāi)機(jī)或開(kāi)單機(jī)情況下，無(wú)論何種負(fù)荷水平，恩施電網(wǎng)頻率均會(huì)崩潰或引發(fā)低頻減負(fù)荷造成的二次沖擊，且恩施機(jī)組或水布埡電廠長(zhǎng)期處于振蕩模式，系統(tǒng)難以穩(wěn)定。

圖2 三種沖擊負(fù)荷特性Fig.2 Characteristics of 3 impact loads

4 結(jié)語(yǔ)

500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間,造成恩施電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，由于孤網(wǎng)規(guī)模小，系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制難度較大，若水布埡電廠開(kāi)雙機(jī)，恩施電網(wǎng)“大機(jī)小網(wǎng)”特性突出，孤網(wǎng)后恩施電網(wǎng)穩(wěn)定水平不高，即使孤網(wǎng)瞬間恩施電網(wǎng)保持穩(wěn)定，在500 kV輸電通道具備同期合環(huán)條件前，恩施電網(wǎng)也存在孤網(wǎng)后因電鐵等沖擊負(fù)荷造成的全停風(fēng)險(xiǎn)。建議500 kV漁宜線、漁興三回線同停期間，水布埡電廠開(kāi)機(jī)不大于一臺(tái)，同時(shí)需要依靠加強(qiáng)設(shè)備運(yùn)維等預(yù)防控制措施，完善孤網(wǎng)方式下緊急控制措施，提前制定全黑方式下的恢復(fù)控制措施確保電網(wǎng)安全。

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Security and Stability Analysis of Enshi District Power Grid under the Outage of 500 kV Yuyi Line and YuxingⅠ/Ⅱ/Ⅲ Lines

YAN Bingke1,LI Dahu2,CAO Kan1,HUANG Wentao1,HE Jun1
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Dispatching&Control Center,Wuhan Hubei 430077,China)

Under the construction period of Jiu-Hu DC,it has a significant impact for the security and stability of Enshi district power grid with the outage of 500 kV Yuyi line and Yuxing Ⅰ/Ⅱ/Ⅲlines.Detailed analyses of the operation characteristics of Enshi district power grid with 4 lines outage are presented,including power flow,node voltage,transient stability and frequency stability,corresponding security and stability measures for various power grid risks are proposed,and the influences of impact loads are studied such as electric railway for Enshi power grid.Research results have some meaningful effect to the security and stability operation of Enshi district power grid under construction period.

four lines outage;isolated power grid operation;analysis of security and stability

TM74

A

1006-3986(2017)05-0004-04

10.19308/j.hep.2017.05.002

2017-04-07

閆秉科（1988），男，湖北宜昌人，博士，工程師。