基于大規(guī)模新能源接入背景下電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的控制策略

易源士創(chuàng)信息科技（南京）有限公司 許泰峰 國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司信息通信分公司 張燁華

新能源并入電網(wǎng)系統(tǒng)中面臨很大挑戰(zhàn)。電網(wǎng)建設(shè)初期是孤立電網(wǎng)，內(nèi)有變電設(shè)備等，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，通過聯(lián)絡(luò)線連接成為更大的電網(wǎng)。電力系統(tǒng)控制區(qū)是聯(lián)絡(luò)線與外部相連電力系統(tǒng)邊界，能源互聯(lián)網(wǎng)成為時(shí)代的主題，電網(wǎng)互聯(lián)可以提高電網(wǎng)供電可靠性，提高資源有效利用率。當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)互聯(lián)格局實(shí)現(xiàn)六個(gè)同步電網(wǎng)。區(qū)域間聯(lián)網(wǎng)有助于網(wǎng)際能源互補(bǔ)，區(qū)域聯(lián)絡(luò)線控制目標(biāo)是保證傳輸潮流不超過安全范圍。

1 華北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)控制策略發(fā)展及運(yùn)行面臨問題

2011年前華北電網(wǎng)由河北南網(wǎng)、蒙西電網(wǎng)等組成。運(yùn)行中以京津唐電網(wǎng)為核心進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線交換，采用定頻率控制策略，河北南網(wǎng)、蒙西電網(wǎng)采用FTC?？刂撇呗跃哂袑?shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，但發(fā)生事故后各省網(wǎng)機(jī)組出現(xiàn)多次重復(fù)調(diào)整。2011年?yáng)|北、華北電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交流聯(lián)網(wǎng)，華北電網(wǎng)采用新的聯(lián)絡(luò)線控制策略。山西、河北南網(wǎng)采用聯(lián)絡(luò)線功率控制策略，新控制策略具有顯著優(yōu)點(diǎn)，河北南網(wǎng)某控制區(qū)發(fā)生功率缺額不會(huì)影響其他區(qū)域控制偏差。

隨著華北電網(wǎng)的發(fā)展，2005年山東電網(wǎng)并入華北電網(wǎng)，由于晉魯蒙等省網(wǎng)控制偏差需京津唐機(jī)組調(diào)整，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到理想控制效果。2008年1000kV 長(zhǎng)治-南陽(yáng)特高壓交流示范工程計(jì)劃投產(chǎn)，功率波動(dòng)引起兩端1000kV 變電站大幅波動(dòng)，華北電網(wǎng)迫切需要新聯(lián)絡(luò)線控制策略。華北電網(wǎng)AGC控制策略成立京津唐控制區(qū)，京津唐機(jī)組負(fù)責(zé)調(diào)整控制區(qū)功率平衡。針對(duì)特高壓聯(lián)絡(luò)線功率偏差建立防線，統(tǒng)一控制區(qū)方式滿足各省網(wǎng)控制區(qū)ACE 控制要求。使控制區(qū)內(nèi)機(jī)組減小特高壓聯(lián)絡(luò)線偏差[1]。特高壓聯(lián)絡(luò)線功率偏差超過定值通過AGC調(diào)整；控制區(qū)滿足判據(jù)機(jī)組AGC掛起。新控制策略減輕京津唐機(jī)組調(diào)整壓力，滿足特高壓聯(lián)絡(luò)線控制嚴(yán)格要求。

華北交流主網(wǎng)形成1000kV 交流兩橫一縱格局，華北電網(wǎng)區(qū)外聯(lián)絡(luò)為一交五直格局，通過高嶺站背靠背直流與東北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，通過特高壓雁淮直流與華東電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。配套電廠為京津唐電網(wǎng)直調(diào)機(jī)組，京津唐電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭芏伺c潮流轉(zhuǎn)供電網(wǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行壓力增大。河北南網(wǎng)與山東電網(wǎng)存在強(qiáng)聯(lián)系，北電南送通道穿越潮流較重。河北南網(wǎng)迎峰度夏期間空調(diào)負(fù)荷增長(zhǎng)迅速。

山西電網(wǎng)為華北西部電源基地，發(fā)生嚴(yán)重直流故障，與華北主網(wǎng)相聯(lián)9回500kV 外送線路面臨嚴(yán)峻運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[2]。山東電網(wǎng)由4回線路增加為8回，受電能力增長(zhǎng)不足彌補(bǔ)負(fù)荷增長(zhǎng)。銀東及昭沂直流落點(diǎn)密集，引起華北-華中特高壓聯(lián)絡(luò)線解列。華北主網(wǎng)出現(xiàn)大功率缺額，可能擴(kuò)大事故范圍。華北電網(wǎng)3.5億千瓦總裝機(jī)容量中火電機(jī)組占70%，靈活調(diào)節(jié)電源不足7%。隨著新能源快速發(fā)展，裝機(jī)容量與華北最大負(fù)荷比值達(dá)32%。度冬供熱期與富風(fēng)期重疊，增大華北電網(wǎng)安全運(yùn)行壓力。如何保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，保障新能源電力足額消納成為電網(wǎng)運(yùn)行重大問題。

隨著華北特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，為電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行帶來很多新問題。電網(wǎng)潮流分布不均，部分通道潮流重載問題嚴(yán)重，線路近區(qū)機(jī)組開機(jī)是營(yíng)銷電網(wǎng)超越潮流關(guān)鍵因素，可以緩解重要通道潮流重載情況[3]。華北電網(wǎng)具有大受端特征，由于直流功率直接納入省網(wǎng)電力平衡，采用TBC 控制模式無(wú)法幫助電網(wǎng)頻率快速恢復(fù)。內(nèi)蒙外送斷面長(zhǎng)期極限運(yùn)行，直流故障導(dǎo)致擴(kuò)大事故范圍。部分省網(wǎng)存在較大電力缺口，難以通過日內(nèi)修改聯(lián)絡(luò)計(jì)劃法支援電力缺口省網(wǎng)。由于固有電源結(jié)構(gòu)制約，光伏裝機(jī)快速增長(zhǎng)，部分省網(wǎng)調(diào)峰困難期轉(zhuǎn)移至中午平峰。

2 互聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)功率控制策略

新能源大規(guī)模投入運(yùn)營(yíng)后對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻等產(chǎn)生影響，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率與聯(lián)絡(luò)線調(diào)控難度增大，系統(tǒng)調(diào)峰難度加大[4]。不同類型新能源功率波動(dòng)具有顯著性差異特點(diǎn)，風(fēng)電具備反調(diào)峰特征，電網(wǎng)等效峰谷持續(xù)加劇，全網(wǎng)調(diào)峰區(qū)間增大。光伏具有正調(diào)峰特點(diǎn)，傳統(tǒng)能源要求開展深度調(diào)整，導(dǎo)致全網(wǎng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)備用受到干擾。風(fēng)力發(fā)電顯著特征是能量大，時(shí)空分布不穩(wěn)定。風(fēng)力發(fā)電廠出力快速出現(xiàn)明顯功率波動(dòng)，導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線功率出現(xiàn)偏差。光伏短時(shí)功率變化導(dǎo)致電網(wǎng)有功不平衡量調(diào)整需求擴(kuò)大，開展電網(wǎng)頻率調(diào)控難度加大。

互聯(lián)網(wǎng)控制模式分為區(qū)域直接調(diào)用、分散調(diào)用等，大致包括集中式與分散式。集中式對(duì)全網(wǎng)有功備用容量需求由調(diào)度中心計(jì)算處理，將備用容量下發(fā)至發(fā)電機(jī)組，全網(wǎng)選用FFC 控制策略，直接下達(dá)命令控制機(jī)組有功出力[5]。分層式運(yùn)行中全網(wǎng)應(yīng)用FFC 控制策略，依據(jù)可控資源特性對(duì)區(qū)域所出力調(diào)節(jié)量計(jì)算出力，由子區(qū)域調(diào)度中心對(duì)機(jī)組實(shí)現(xiàn)控制，利用等值機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)自動(dòng)發(fā)電機(jī)組調(diào)取應(yīng)用。通過子區(qū)域選取控制方式獲得有功功率控制資源，采取自動(dòng)發(fā)電備用容量調(diào)配，子區(qū)域可選用FTC控制形式。

功率調(diào)整時(shí)交流電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制要求處理直流線路功率，受端電網(wǎng)進(jìn)行直流功率調(diào)整變化量分?jǐn)傂问饺鐖D1，△PDC為直流功率變化量，△Pd為機(jī)組出力調(diào)整需求量；△PG為機(jī)組出力偏差。對(duì)直流功率變化量求出功率調(diào)節(jié)需求量，利用不同機(jī)組增減出力協(xié)助消除直流波動(dòng)。電力系統(tǒng)中頻率控制有一二次調(diào)節(jié)，一次調(diào)解通過對(duì)頻率改變感知調(diào)控；二次調(diào)節(jié)對(duì)發(fā)電機(jī)組功率基準(zhǔn)數(shù)值調(diào)控。頻率一次調(diào)控應(yīng)用系統(tǒng)具備負(fù)荷頻率特性，系統(tǒng)頻率改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速改變。轉(zhuǎn)速超過發(fā)電機(jī)組要求不靈敏區(qū)域，促使原有動(dòng)機(jī)閥門移動(dòng)。

圖1 直流功率變化分?jǐn)偡绞?/p>

3 各大區(qū)域電網(wǎng)頻率控制模式

電網(wǎng)自動(dòng)控制功能規(guī)范提出頻率控制要求，應(yīng)具有ACE 濾波功率。AGC 控制合格率，A 標(biāo)準(zhǔn)A1不小于90%。支持建立多控制區(qū)域模型，不同子控制區(qū)可有不同控制目標(biāo)，區(qū)域內(nèi)機(jī)組可切換不同控制目標(biāo)。采取功率波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定值根據(jù)電網(wǎng)容量確定。承擔(dān)責(zé)任大小與雙方ACE×△P 值成正比。

華中電網(wǎng)2005年開始CPS 標(biāo)準(zhǔn)試運(yùn)行，贛川湘豫等省依靠AGC 進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線，華中網(wǎng)調(diào)采取水電廠聯(lián)絡(luò)線功率AGC 控制模式，華中電網(wǎng)內(nèi)各省采取TBC 模式。華中電網(wǎng)跨省聯(lián)絡(luò)線考核采取改進(jìn)CPS 標(biāo)準(zhǔn)，CPS1＞100%，L15為省網(wǎng)的CPS2考核帶寬。L15=1.62ε √(-10B)(10Bnet)，CPS1=（2-CF）×100%。△f 為頻率控制偏差。2001年華東電網(wǎng)推行控制性能標(biāo)準(zhǔn)考核指標(biāo)，隨著電力供需矛盾趨緩，客觀評(píng)價(jià)控制區(qū)運(yùn)行備用預(yù)留恢復(fù)情況。2009年后華東電網(wǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)ACE 考核標(biāo)準(zhǔn)?？紤]控制區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率控制責(zé)任轉(zhuǎn)移，動(dòng)態(tài)ACE 優(yōu)化備用共享。

華北電網(wǎng)由京津唐電網(wǎng)等組成，2004年與華中電網(wǎng)互聯(lián)，由于華北調(diào)兼任京津唐中調(diào)，華北電網(wǎng)其他省負(fù)責(zé)本省網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線調(diào)整。子區(qū)域分散獲取資源模式，各省調(diào)采用FTC 控制，根據(jù)西北電網(wǎng)特點(diǎn)，直調(diào)風(fēng)水電控制區(qū)由青海與甘肅省網(wǎng)調(diào)直調(diào)風(fēng)電組成，應(yīng)對(duì)突發(fā)事故綜合應(yīng)用計(jì)劃為目標(biāo)。風(fēng)水控制區(qū)按FFC 方式控制系統(tǒng)頻率。

4 特高壓直流混聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線控制

新能源接入下直流混聯(lián)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線控制應(yīng)針對(duì)現(xiàn)有問題提出新的思路。華北電網(wǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)ACE，可以在電網(wǎng)出現(xiàn)大功率區(qū)內(nèi)功率富余時(shí)，使各省網(wǎng)承擔(dān)華北電網(wǎng)頻率恢復(fù)責(zé)任，華北電網(wǎng)短期功率變化量達(dá)到定值時(shí)，自動(dòng)化程序分?jǐn)偣β首兓?，?shí)現(xiàn)調(diào)集各省備用支援華北電網(wǎng)快速恢復(fù)頻率。使用軟件計(jì)算電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定限額，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組AGC 閉環(huán)控制。通道穩(wěn)定限額由系統(tǒng)考慮極端情況得出，結(jié)合通道負(fù)載情況，自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)功率升降，可實(shí)現(xiàn)重要斷面自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)度精細(xì)化管理。

互聯(lián)電網(wǎng)中某電網(wǎng)出現(xiàn)電力不足，其他區(qū)域提供備用支援。隨著華北交流特高壓兩橫一縱投產(chǎn)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)強(qiáng)聯(lián)系。存在電力缺口時(shí)合并京津冀魯控制區(qū)方法包括成立京津冀魯控制區(qū)，ACE 按河北電網(wǎng)控制區(qū)頻率偏差系數(shù)B 重新分配調(diào)整，取消京津唐電網(wǎng)、山東電網(wǎng)控制區(qū)，以京津冀魯為控制區(qū)計(jì)算ACE，維持控制區(qū)電力平衡。保證京津冀魯控制區(qū)備用容量由網(wǎng)調(diào)調(diào)度，京津唐機(jī)組平衡功率缺額導(dǎo)致頻繁調(diào)整等問題。ACE 由京津唐、山東電網(wǎng)組調(diào)整，可以緩解京津唐、山東電網(wǎng)電力平衡緊張問題，但導(dǎo)致功率缺額電網(wǎng)保留備用容量，仍存在優(yōu)化調(diào)整空間。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得巨大發(fā)展，為確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)能源需求穩(wěn)定供應(yīng)，各種新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)中。隨著國(guó)內(nèi)調(diào)度自動(dòng)化水平提高，全網(wǎng)集中控制可實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)AGC 資源優(yōu)化配置，目前技術(shù)管理存在一定困難，按調(diào)頻任務(wù)劃分為長(zhǎng)短周期建立控制評(píng)價(jià)方法是研究熱點(diǎn)方。