淮滬特高壓實(shí)時潮流控制與AGC協(xié)同策略研究

李端超，徐 瑞，吳繼平，湯 偉，滕賢亮，張小白，馬金輝

(1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司，安徽 合肥 230061；2.南瑞集團(tuán)公司(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院)，江蘇 南京 211100)

0 引言

2013年以來華東電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)三條交流特高壓輸變電工程陸續(xù)建成并投產(chǎn)，淮-滬特高壓南環(huán)、浙-閩特高壓與淮-滬特高壓北環(huán)將形成連接主要負(fù)荷中心和能源基地的特高壓交流環(huán)網(wǎng)，在促進(jìn)能源資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化和緩解東部地區(qū)供電緊張的同時，電網(wǎng)潮流控制難度卻大為增加[1,2]。

淮-滬特高壓交流線路投產(chǎn)后，因電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定和電壓控制的需要，對特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動提出了要求，傳統(tǒng)的以頻率控制為目標(biāo)的聯(lián)絡(luò)線控制體系需適應(yīng)特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動控制要求。安徽電網(wǎng)作為區(qū)內(nèi)特高壓交流的送端電網(wǎng)，發(fā)生N-1故障對系統(tǒng)沖擊大，將造成電網(wǎng)斷面潮流大幅轉(zhuǎn)移以及聯(lián)絡(luò)線功率和電壓、頻率的大幅波動，影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行水平和一次設(shè)備安全。因此，需要掌握特高壓交流輸電線路運(yùn)行特性，實(shí)施相應(yīng)控制策略保證特高壓輸電線路安全。

文獻(xiàn)[3]提出了適應(yīng)特高壓聯(lián)絡(luò)線功率控制的AGC控制策略，省調(diào)維持本控制區(qū)有功就地平衡，網(wǎng)調(diào)則跟蹤發(fā)電計(jì)劃，緊急情況下省調(diào)和網(wǎng)調(diào)控制區(qū)提供相互支援使特高壓聯(lián)絡(luò)線功率恢復(fù)。文獻(xiàn)[4]闡釋了華東動態(tài)ACE控制策略，提出了考慮跨區(qū)送電機(jī)組跳閘和聯(lián)絡(luò)線越限約束的動態(tài)ACE 的改進(jìn)方法。文獻(xiàn)[5]提出了特高壓直流閉鎖后的省間緊急功率支援優(yōu)化調(diào)度策略，策略考慮了省間斷面限額、區(qū)域備用限制約束條件，其本質(zhì)是對動態(tài)ACE的改進(jìn)和完善。文獻(xiàn)[6]提出了利用AGC與安全約束調(diào)度閉環(huán)的方法，實(shí)現(xiàn)省內(nèi)重要穩(wěn)定斷面越限的預(yù)防和校正控制。

已有的研究集中在跨區(qū)特高壓交流聯(lián)絡(luò)線的控制和特高壓直流閉鎖故障后的功率恢復(fù)控制[7]，而區(qū)內(nèi)特高壓交流輸電與500kV聯(lián)絡(luò)線共同承擔(dān)著省間電力、電量交換的責(zé)任，具有其特殊性。本文首先分析區(qū)內(nèi)特高壓輸電線路的功率波動特點(diǎn)，對常態(tài)下和故障態(tài)下的頻率和聯(lián)絡(luò)線控制策略進(jìn)行了研究，以完善特高壓聯(lián)絡(luò)線與省間聯(lián)絡(luò)線協(xié)調(diào)控制策略。

1 淮-滬特高壓聯(lián)網(wǎng)情況

淮-滬特高壓工程線路全長2×656km，按同塔雙回路設(shè)計(jì)，線路途經(jīng)安徽、浙江、江蘇、上海等4 省市，如圖1所示。工程的建成對于緩解長三角地區(qū)能源資源緊張局面，促進(jìn)兩淮地區(qū)豐富燃煤資源外送和提升電網(wǎng)優(yōu)化資源配置起到積極作用。近年來，隨著華東電網(wǎng)外受電容量的逐年增長，淮-滬特高壓有利于進(jìn)一步提高華東電網(wǎng)接受區(qū)外來電的能力和抵御向家壩-上海等直流輸電系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障的能力。

圖1 淮-滬特高壓工程示意圖

華東區(qū)域電網(wǎng)投運(yùn)的特高壓交流工程包括淮-滬特高壓工程、特高壓擴(kuò)建工程(安吉-福建的特高壓交流工程)以及淮南-南京-上海特高壓工程形成T型特高壓網(wǎng)架，在華東負(fù)荷中心形成淮南-皖南-浙北-上海-蘇州-泰州-南京-淮南特高壓交流環(huán)網(wǎng)，對區(qū)域電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行控制提出了更高要求。

2 淮-滬特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動分析

2.1 特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動分析

利用概率密度函數(shù)對安徽電網(wǎng)特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，包括不同條件下特高壓功率的偏差，統(tǒng)計(jì)一段時間內(nèi)特高壓聯(lián)絡(luò)線出現(xiàn)不同幅值范圍波動的概率。某日特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動曲線如圖2所示。

圖2 淮-滬特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動曲線

圖2在負(fù)荷低谷和負(fù)荷高峰階段，特高壓聯(lián)絡(luò)線功率相差較大，功率波動特性也存在一定差異。負(fù)荷低谷和高峰時段的特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動概率分布如表1和表2所示。

經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，在正常的有功控制方式下，淮-滬特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動在±35MW～±65MW之間，且隨著輸送功率的增加而增大。

表1 特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動偏差概率分布(低谷時段)

表2 特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動偏差概率分布(高峰時段)

通過長時間尺度的特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動偏差統(tǒng)計(jì)，其分布屬于正態(tài)分布，平均值接近0，標(biāo)準(zhǔn)差約為25MW。

2.2 特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動相關(guān)性分析

根據(jù)安徽電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際特點(diǎn)，選擇與特高壓聯(lián)絡(luò)線落點(diǎn)電氣距離近或靈敏度系數(shù)較大的電廠，分析特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動與電廠出力間的相關(guān)性。

圖3 關(guān)鍵直調(diào)電廠與特高壓功率波動曲線關(guān)系

A電廠為特高壓交流的送端電廠，與特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動聯(lián)系緊密，其相關(guān)系數(shù)為-0.2178，功率波動對特高壓功率影響明顯，如圖3(a)所示。而其他直調(diào)電廠與特高壓“蕪湖-安吉”段潮流沒有明顯關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖3(b)所示。通過對安徽省網(wǎng)內(nèi)機(jī)組分析，與特高壓落點(diǎn)電氣距離近的機(jī)組與特高壓功率波動偏差無關(guān)聯(lián)關(guān)系。

通過對特高壓聯(lián)絡(luò)線偏差與相鄰省份500kV聯(lián)絡(luò)線的相關(guān)系數(shù)分析，發(fā)現(xiàn)與安徽與浙江500kV聯(lián)絡(luò)線功率波動的相關(guān)系數(shù)為0.7238，屬于密切相關(guān)；與安徽與江蘇省間聯(lián)絡(luò)線功率波動的相關(guān)系數(shù)為0.1532，屬于弱相關(guān)，如圖4所示。因此，安徽與浙江的省間聯(lián)絡(luò)線聯(lián)接緊密，需重點(diǎn)關(guān)注兩省間的聯(lián)絡(luò)線潮流控制問題。

圖4 特高壓功率偏差與省間聯(lián)絡(luò)線關(guān)系

2.3 特高壓聯(lián)絡(luò)線落點(diǎn)省調(diào)控制行為分析

由于“蕪湖-安吉”段特高壓聯(lián)絡(luò)線是聯(lián)接安徽和浙江兩省的聯(lián)絡(luò)線，將分別對安徽和浙江的ACE與特高壓聯(lián)絡(luò)線及其省間聯(lián)絡(luò)線的相關(guān)性進(jìn)行分析，找出影響聯(lián)絡(luò)線控制的關(guān)鍵因素。

如圖5所示，湖-安特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動與安徽電網(wǎng)ACE的互相關(guān)系數(shù)有0.5923，屬于明顯相關(guān)，但同時因?yàn)榘不张c浙江多條省間聯(lián)絡(luò)線的存在，安徽電網(wǎng)的ACE不完全反映在特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動上。

圖5 特高壓功率偏差與安徽省調(diào)ACE關(guān)系

如圖6所示，特高壓聯(lián)絡(luò)線(湖安段)功率偏差與浙江ACE的互相關(guān)系數(shù)較小，僅為-0.2046，說明浙江電網(wǎng)的ACE與湖-安特高壓聯(lián)絡(luò)線的功率波動關(guān)聯(lián)較小，因此，特高壓聯(lián)絡(luò)線波動的控制只需要安徽電網(wǎng)控制好本省的ACE。

圖6 特高壓功率偏差與浙江省調(diào)ACE關(guān)系

3 特高壓區(qū)域電網(wǎng)潮流與AGC協(xié)同策略

3.1 特高壓潮流與AGC協(xié)同控制框架

根據(jù)第3節(jié)分析可知，淮滬特高壓聯(lián)絡(luò)線波動要分別對“淮南-蕪湖”段和“蕪湖-安吉”段實(shí)施控制。其中“淮南-蕪湖”段為皖電東送機(jī)組的送出通道(定義為“皖電東送控制區(qū)”)，其功率波動主要受該控制區(qū)內(nèi)機(jī)組出力波動影響；“蕪湖-安吉”段為安徽與浙江省間聯(lián)絡(luò)線，其功率波動受安徽和浙江兩省ACE影響，同時需要控制多條聯(lián)絡(luò)線的有功潮流。

將安徽省調(diào)控制區(qū)分為皖電東送控制區(qū)和安徽控制區(qū)(扣除皖電東送控制區(qū)后的封閉控制區(qū))，如圖7所示。為抑制特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動，“淮南-蕪湖”段皖電東送控制區(qū)采取計(jì)劃跟蹤模式(FTC)，跟蹤外送電計(jì)劃，避免產(chǎn)生大幅聯(lián)絡(luò)線功率波動。安徽控制區(qū)仍采用聯(lián)絡(luò)線頻率偏差控制模式(TBC)，維持本控制區(qū)有功的就地平衡，在此基礎(chǔ)上，對聯(lián)絡(luò)線潮流實(shí)時監(jiān)視，避免特高壓聯(lián)絡(luò)線輸電功率越限。

圖7 控制區(qū)劃分和控制模式

3.2 特高壓線路潮流優(yōu)化控制策略

根據(jù)淮滬特高壓聯(lián)絡(luò)線功率運(yùn)行狀態(tài)和送端電網(wǎng)工況狀態(tài)，將特高壓電網(wǎng)劃分為正常、預(yù)警和緊急三種狀態(tài)。三種狀態(tài)劃分依據(jù)特高壓聯(lián)絡(luò)線送出潮流斷面裕度、送端電網(wǎng)有功調(diào)節(jié)能力和特高壓聯(lián)絡(luò)線運(yùn)行狀態(tài)。如圖8所示。

圖8 特高壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)

三種狀態(tài)的劃分及控制目標(biāo)如下：

1)當(dāng)特高壓聯(lián)絡(luò)線送出斷面有充足的裕度時，電網(wǎng)處于正常狀態(tài)，AGC控制的主要任務(wù)是維持電網(wǎng)平衡，滿足控制性能指標(biāo)要求；

2)當(dāng)特高壓聯(lián)絡(luò)線送出斷面接近限值時，電網(wǎng)處于預(yù)警狀態(tài)，AGC維持電網(wǎng)平衡的控制行為應(yīng)避免斷面重載程度進(jìn)一步增加；

3)當(dāng)特高壓聯(lián)絡(luò)線送出斷面超過限值或特高壓輸電線路一回故障斷開時，電網(wǎng)處于緊急狀態(tài)，AGC維持電網(wǎng)平衡的控制行為應(yīng)解除斷面越限和特高壓斷開引起的連鎖故障反應(yīng)。

特高壓線路潮流優(yōu)化需要滿足特高壓電網(wǎng)正常、預(yù)警和緊急工況下的特高壓聯(lián)絡(luò)線功率控制要求。特高壓潮流安全為安徽控制區(qū)的第一要務(wù)，在保證安全的前提下實(shí)施平衡控制。

預(yù)警狀態(tài)下，AGC在分配機(jī)組出力時，對于已存在的重載聯(lián)絡(luò)線輸電線路或潮流斷面，靈敏度為正的機(jī)組不能增加出力；靈敏度為負(fù)的機(jī)組不能減少出力；靈敏度接近零的機(jī)組出力調(diào)節(jié)不加限制。從而有效避免由于AGC調(diào)節(jié)而引起重載聯(lián)絡(luò)線輸電線路或潮流斷面過負(fù)荷。

緊急狀態(tài)下，利用安全約束調(diào)度對聯(lián)絡(luò)線越限的優(yōu)化結(jié)果，用于指導(dǎo)AGC機(jī)組調(diào)節(jié)出力消除越限，靈敏度為正的機(jī)組優(yōu)化結(jié)果作為機(jī)組的調(diào)節(jié)上限，靈敏度為負(fù)的機(jī)組優(yōu)化結(jié)果作為機(jī)組的調(diào)節(jié)下限。若送端電網(wǎng)通過調(diào)整仍無法消除聯(lián)絡(luò)線中特高壓線路越限，則請求分調(diào)修改送電計(jì)劃，通過安徽控制區(qū)少送、浙江控制區(qū)少受的方式，減少總送電關(guān)口功率，解除特高壓輸電線路越限。

3.3 特高壓線路潮流轉(zhuǎn)移控制策略

利用BPA軟件，對發(fā)生特高壓聯(lián)絡(luò)線及省間聯(lián)絡(luò)線斷線等故障后安徽鄰近斷面潮流轉(zhuǎn)移情況進(jìn)行分析。

表3 “蕪湖-安吉”段N-1故障后潮流轉(zhuǎn)移情況

如表3所示，當(dāng)蕪湖-安吉的特高壓聯(lián)絡(luò)線發(fā)生N-1故障，對聯(lián)絡(luò)線自身功率轉(zhuǎn)移91.6%，安徽電網(wǎng)本身受和送出不發(fā)生變化。浙江電網(wǎng)從安徽少受入192MW，江蘇電網(wǎng)從安徽電網(wǎng)多受入188MW，電網(wǎng)潮流發(fā)生大范圍轉(zhuǎn)移。

表4 安徽內(nèi)部機(jī)組跳閘后各斷面潮流轉(zhuǎn)移統(tǒng)計(jì)表

如表4所示，當(dāng)安徽電網(wǎng)調(diào)管范圍內(nèi)的機(jī)組發(fā)電跳機(jī)故障時，不同位置機(jī)組對特高壓聯(lián)絡(luò)線、江蘇電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線和浙江電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)線波動的影響是不同的。對特高壓聯(lián)絡(luò)線波動影響比較明顯的是皖團(tuán)洲、皖新橋和皖居巢電廠，對皖-浙500kV聯(lián)絡(luò)線影響比較明顯的是皖平圩和皖永豐、皖銅陵電廠。對皖-蘇聯(lián)絡(luò)線影響比較明顯的是皖居巢和皖新橋電廠。

特高壓聯(lián)絡(luò)線(蕪湖-安吉)發(fā)生N-1故障時，潮流將流向另一回線路，極易引發(fā)潮流越限問題，需緊急解除輸電斷面越限。而針對安徽電網(wǎng)省內(nèi)機(jī)組跳閘引起的特高壓聯(lián)絡(luò)線潮流波動，需要兼顧平衡和斷面安全控制要求。

1)特高壓線路故障后緊急越限解除：

特高壓聯(lián)絡(luò)線(蕪湖-安吉)發(fā)生N-1故障，此時電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移，并沒有功率損失，需要通過機(jī)組出力再調(diào)整實(shí)現(xiàn)越限斷面潮流的轉(zhuǎn)移。

考慮到斷面越限功率較大，利用校正控制策略，單機(jī)校正量會比較大，一次性下發(fā)會對電網(wǎng)造成沖擊，因此，采用計(jì)劃限值校正的方式，逐步將出力拉到調(diào)整量附近。根據(jù)調(diào)整量和機(jī)組調(diào)節(jié)速率，對機(jī)組出力限值調(diào)整。同時，考慮500kV和1000kV多斷面集的校正控制策略，在特高壓線路越限校正過程中，對500kV輸電線路潮流實(shí)時監(jiān)視，避免潮流轉(zhuǎn)移形成新的斷面重載或越限。

2)網(wǎng)內(nèi)機(jī)組跳閘后越限調(diào)整：

網(wǎng)內(nèi)機(jī)組跳閘后伴隨著功率恢復(fù)和聯(lián)絡(luò)線調(diào)整雙重控制目標(biāo)。功率恢復(fù)控制應(yīng)避免加重斷面重載或越限程度。根據(jù)機(jī)組跳閘后特高壓線路潮流狀態(tài)和機(jī)組對特高壓線路的靈敏度信息，功率恢復(fù)控制中減少正相關(guān)機(jī)組的增出力調(diào)整。若機(jī)組跳閘同時伴隨聯(lián)絡(luò)線越限，功率恢復(fù)控制中可優(yōu)先增加負(fù)相關(guān)機(jī)組出力，AGC平衡控制和校正控制同步執(zhí)行。

4 結(jié)語

特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動具有復(fù)雜性，與區(qū)內(nèi)外發(fā)用電平衡、各類擾動等多種因素相關(guān)聯(lián)，潮流控制是一個復(fù)雜的問題。本文從AGC角度探討了特高壓交流輸電線路實(shí)時潮流安全運(yùn)行的控制策略，對潮流與AGC協(xié)同控制體系框架、潮流優(yōu)化控制和電網(wǎng)故障狀態(tài)的潮流轉(zhuǎn)移控制策略進(jìn)行了研究，以提升特高壓區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。后續(xù)將深化華東特高壓網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下的電網(wǎng)特性分析，進(jìn)一步完善相關(guān)頻率和特高壓聯(lián)絡(luò)線控制策略。