畢節(jié)新能源送出電網(wǎng)故障分析及送電能力提高措施分析

明 杰,王國(guó)松,梅 濤

(1. 中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司, 四川 成都 610021;2. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心,貴州 貴陽(yáng) 55000)

0 引 言

隨著大規(guī)模電網(wǎng)互聯(lián)、遠(yuǎn)距離輸電的不斷發(fā)展、分布式發(fā)電的大量運(yùn)用以及電力電子等設(shè)備越來(lái)越多,電網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)變得復(fù)雜,電網(wǎng)安全穩(wěn)定問(wèn)題日益突出,同時(shí)電網(wǎng)局部產(chǎn)生的故障也可能導(dǎo)致大電網(wǎng)的崩潰,造成不可估量的損失[1-4]。因此,及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、分析故障原因并采取相應(yīng)穩(wěn)定控制措施,可以保證大區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性,防止電網(wǎng)故障后果的進(jìn)一步加重。

穩(wěn)控系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的重要防線,保護(hù)著系統(tǒng)各設(shè)備在正常范圍內(nèi)工作。在電網(wǎng)發(fā)生故障失穩(wěn)后,穩(wěn)控系統(tǒng)通過(guò)切發(fā)電機(jī)組、切負(fù)荷來(lái)減少出力和負(fù)荷,調(diào)整功率(上升或下降),以此來(lái)實(shí)現(xiàn)故障區(qū)域或更大范圍電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制[5]。穩(wěn)控系統(tǒng)有助于維持功角、電壓穩(wěn)定以及電網(wǎng)的可持續(xù)穩(wěn)定供電[6-10]。

下面分析畢節(jié)新能源送出電網(wǎng)安全問(wèn)題。針對(duì)該區(qū)域電網(wǎng)網(wǎng)架不斷變化以及發(fā)電、負(fù)荷逐步增加的情況,研究畢節(jié)區(qū)域電網(wǎng)出現(xiàn)的交流故障以及故障發(fā)生后穩(wěn)定控制系統(tǒng)采取的措施,對(duì)有效抑制故障的進(jìn)一步擴(kuò)大、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。

1 畢節(jié)新能源概況

畢節(jié)新能源以光伏發(fā)電為主,集中在烏撒區(qū)域。光伏發(fā)電集中匯集到220 kV光伏匯集站1和220 kV光伏匯集站2。當(dāng)?shù)氐乃妳R集到220 kV水電匯集站。220 kV光伏匯集站1和220 kV水電匯集站分別經(jīng)220 kV聯(lián)絡(luò)線接入500 kV匯集站,再經(jīng)1回500 kV聯(lián)絡(luò)線路長(zhǎng)距離接入主網(wǎng)的500 kV變電站3實(shí)現(xiàn)與主網(wǎng)連接。畢節(jié)新能源送出電網(wǎng)如圖1所示。

圖1 畢節(jié)新能源送出電網(wǎng)

光伏群總裝機(jī)容量為460 MW,各光伏站裝機(jī)容量見(jiàn)圖1。

2 研究方法及原則

2.1 計(jì)算原則

2.1.1 計(jì)算模型及穩(wěn)定判據(jù)

1)發(fā)電機(jī)模型:采用“Eq”和“Ed”電勢(shì)變化的計(jì)算模型。

2)負(fù)荷模型:采用50%感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+50%恒阻抗的綜合負(fù)荷模型,并計(jì)入頻率因子。

3)直流模型:采用能模擬直流電壓和電流測(cè)量環(huán)節(jié)、電流調(diào)節(jié)器、VDCOL限制環(huán)節(jié)以及觸發(fā)控制環(huán)節(jié)的直流控制系統(tǒng)模型。

根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》和《南方電網(wǎng)安全穩(wěn)定計(jì)算分析導(dǎo)則》,系統(tǒng)穩(wěn)定應(yīng)同時(shí)滿足:

1)暫態(tài)穩(wěn)定。遭受擾動(dòng)后,同步系統(tǒng)內(nèi)各機(jī)組之間功角相對(duì)搖擺,經(jīng)過(guò)第一、第二振蕩周期不失步,作同步衰減振蕩,系統(tǒng)中樞點(diǎn)電壓逐漸恢復(fù)。

2)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。電網(wǎng)在遭受大小干擾后,仍能通過(guò)自控設(shè)備維持自身長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,一般指在干擾后,不出現(xiàn)發(fā)散性或持續(xù)性的振蕩。

3)電壓穩(wěn)定。電網(wǎng)電壓受到干擾后在一定條件下仍能維持或恢復(fù)到安全范圍內(nèi),不出現(xiàn)電壓崩潰的現(xiàn)象,電壓穩(wěn)定包括電壓靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定。

4)頻率穩(wěn)定。電網(wǎng)遭受劇烈干擾后,在電源與負(fù)載的巨大不均衡條件下,電網(wǎng)頻率仍可維持在可接受范圍內(nèi)而不出現(xiàn)頻率崩潰。

5)熱穩(wěn)定。電網(wǎng)中的電力裝置能經(jīng)受住短路電流所引起的熱效應(yīng),而不會(huì)造成裝置的損害。

2.1.2 故障類(lèi)型與計(jì)算時(shí)序

電網(wǎng)故障主要包括單相瞬時(shí)性故障、線路三相永久性故障、主變壓器故障、平行線路單回三相永久性跳雙回及電廠送出線路N-1.5故障以及穩(wěn)控遠(yuǎn)方切機(jī)、切負(fù)荷時(shí)間故障等。計(jì)算時(shí)序如表1所示。

表1 計(jì)算時(shí)序

2.2 計(jì)算方式

“N-1”原則,又稱(chēng)為單一故障安全檢驗(yàn)法則,是一種基于電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)需求,具體指電網(wǎng)中任一電力器件在正常運(yùn)行下或由于故障被切斷,電網(wǎng)能維持穩(wěn)定的工作狀態(tài)且其他部件不負(fù)載運(yùn)行,電壓、頻率都保持在安全范圍內(nèi)。所選取的基礎(chǔ)計(jì)算方式突破“N-1”原則,即在夏季考慮畢節(jié)區(qū)域水電、火電、新能源等電力均盡量滿發(fā),只要正常運(yùn)行時(shí)無(wú)元件過(guò)載即可,N-1故障后出現(xiàn)的穩(wěn)定問(wèn)題則依靠安全穩(wěn)定控制措施解決。

同樣以“保證正常運(yùn)行時(shí)無(wú)元件過(guò)載,N-1故障后出現(xiàn)的穩(wěn)定問(wèn)題依靠安全穩(wěn)定控制措施解決”為原則,在2023年夏小多發(fā)方式下做500 kV及220 kV線路檢修,具體檢修方式主要包括500 kV匯集站升壓變壓器檢修、500 kV變電站3主變壓器檢修、500 kV雙回線一回線路檢修、220 kV雙回線一回線路檢修等。

3 交流系統(tǒng)故障及提高送電能力措施分析

以在2023年夏小多發(fā)方式下,500 kV線路單相瞬時(shí)性故障為例,測(cè)算500 kV聯(lián)絡(luò)線和220 kV水電聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)的相角差、測(cè)定電壓及余弦電壓,如圖2、圖3所示。

圖2 聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)相角差

圖3 測(cè)定電壓及余弦電壓UcosΦ

根據(jù)圖2和圖3中兩側(cè)相角差及測(cè)定電壓可判斷,電網(wǎng)內(nèi)交流線路故障后出現(xiàn)功角失穩(wěn)問(wèn)題及振蕩中心落在500 kV聯(lián)絡(luò)線或者220 kV水電聯(lián)絡(luò)線上。

光伏和水電打捆后送出能力受不同能源出力比例的影響,為避免功角失穩(wěn)問(wèn)題,列舉兩種方式的不同能源出力比例進(jìn)行仿真,計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 500 kV匯集站至500 kV變電站3線路預(yù)控方式

方式1:減小光伏出力80 MW以使500 kV聯(lián)絡(luò)線潮流為820 MW,500 kV聯(lián)絡(luò)線單相瞬時(shí)故障無(wú)暫穩(wěn)問(wèn)題。

方式2:減小水電出力120 MW以使500 kV聯(lián)絡(luò)線潮流為779 MW,預(yù)控,500 kV聯(lián)絡(luò)線單相瞬時(shí)故障無(wú)暫穩(wěn)問(wèn)題。

為提高500 kV聯(lián)絡(luò)線送電能力,通過(guò)提高光伏電站電壓穩(wěn)定能力來(lái)實(shí)現(xiàn),考慮采用靜止無(wú)功發(fā)生器(static var generator,SVG)增容、加裝調(diào)相機(jī)以及新建串聯(lián)補(bǔ)償裝置等方式。

1)SVG增容

表3為以220 kV光伏匯集站1、220 kV光伏匯集站2作為節(jié)點(diǎn),新增不同容量的SVG后的送電能力分析。

SVG容量從110 Mvar至550 Mvar,對(duì)應(yīng)的有功功率也隨之增加。通過(guò)安裝和調(diào)節(jié)這些SVG設(shè)備,可以有效控制系統(tǒng)的無(wú)功功率流動(dòng),提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2) 新建串聯(lián)補(bǔ)償裝置,補(bǔ)償度為30%,烏撒電源可滿出力。

3)新建調(diào)相機(jī)100 Mvar,畢節(jié)新能源可滿出力。

4 結(jié) 論

上面對(duì)畢節(jié)新能源500 kV送出系統(tǒng)進(jìn)行了電網(wǎng)穩(wěn)定研究,分析了畢節(jié)新能源和水電送出500 kV聯(lián)絡(luò)線存在的穩(wěn)定問(wèn)題,提出了提高送電能力的措施。