浙江多饋入交直流混聯(lián)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析

鄧 暉，黃弘揚，樓伯良，華 文，趙一琰

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

輸配電技術(shù)

浙江多饋入交直流混聯(lián)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析

鄧 暉，黃弘揚，樓伯良，華 文，趙一琰

（國網(wǎng)浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

特高壓靈紹直流投運后，浙江電網(wǎng)運行特性發(fā)生重要轉(zhuǎn)變，省內(nèi)主要受電斷面由錢塘江斷面轉(zhuǎn)變?yōu)閷幗B臺溫“十線斷面”，系統(tǒng)電壓穩(wěn)定存在薄弱環(huán)節(jié)。基于上述原因，首先分析了2016年靈紹直流饋入后，浙江交直流混聯(lián)電網(wǎng)主要運行特征，并開展靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度和暫態(tài)電壓穩(wěn)定特性分析，得出關(guān)系到浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵機組。相關(guān)研究成果為浙江交直流混聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)化運行和調(diào)度提供了參考。

浙江電網(wǎng)；交直流混聯(lián)電網(wǎng)；電壓穩(wěn)定；薄弱環(huán)節(jié)；關(guān)鍵機組

0 引言

2016年6月，靈州—紹興±800 kV特高壓直流工程投入運行，浙江電網(wǎng)正式形成兩回直流饋入受電格局，區(qū)外特高壓直流靈紹、賓金總?cè)萘窟_到15 000 MW。隨著直流饋入功率的提升，受端電網(wǎng)電力供應(yīng)緊張的問題得到解決。但是，隨著受電水平的進一步提高，電網(wǎng)無功儲備減少、電壓調(diào)節(jié)特性減弱[1-3]，在新時期新形勢下，將給浙江電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來新的挑戰(zhàn)[4-5]。

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題長期以來一直是電力工作者和學者關(guān)心的熱點問題，也是國內(nèi)外多起大停電事故的重要原因[6]。多直流饋入下，受端電網(wǎng)“強直弱交”特性進一步顯現(xiàn)，“大受電、小開機”運行方式問題突出，電網(wǎng)的運行特性發(fā)生重要變化，威脅系統(tǒng)電壓安全穩(wěn)定[7-8]。區(qū)外來電置換了大量本地機組，導致靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度下降，故障下暫態(tài)電壓恢復能力減弱，極端嚴重方式下存在電壓崩潰的風險[9-10]。

基于上述原因，首先分析靈紹直流接入后浙江交直流混聯(lián)電網(wǎng)的運行特性，然后開展靜態(tài)電壓及暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)得到浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定薄弱斷面及關(guān)鍵機組。

1 靈紹直流接入后浙江電網(wǎng)運行特性

靈紹直流投運前，錢塘江“過江斷面”為浙江南部電網(wǎng)重要受電通道之一，由1 000 kV安吉—蘭江雙線、500 kV紹興—涌潮雙線、500 kV蘭江—昇光雙線共計6回線路構(gòu)成?！斑^江斷面”是浙江南北電網(wǎng)間主要電力交換通道，也是淮滬特高壓交流受入電力疏散通道，高峰時期由北至南潮流較大[11]。

靈紹直流饋入浙江中南部地區(qū)并大功率送電后，浙江電網(wǎng)潮流特性發(fā)生重要轉(zhuǎn)變，錢塘江“過江斷面”潮流壓力得到有效緩解，浙江南部重要受電通道由“過江斷面”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皩幗B臺溫受電斷面”，由500 kV紹興—舜江雙線、500 kV紹興—蘭亭雙線、500 kV蘭江—鳳儀雙線、500 kV金華—永康雙線、500 kV蓮都—甌海雙線共計10回線路共同構(gòu)成（以下10線的500 kV均略去），即所謂“十線斷面”，受電特征如圖1所示。

圖1 浙江交直流混聯(lián)電網(wǎng)受電特征

由圖1可知，“十線斷面”中， 北通道紹興—舜江雙線、紹興—蘭亭雙線作為靈紹直流一級送出斷面，同時也承擔了北部淮滬特高壓交流受電向中部和東南部轉(zhuǎn)供的穿越功率；中通道蘭江—鳳儀雙線是交流特高壓蘭江站下送功率重要走廊；南通道金華—永康雙線、蓮都—甌海雙線作為浙西南地區(qū)與寧紹臺溫地區(qū)的電力交換通道，是賓金直流和浙福特高壓交流來電的主要疏散通道?？傮w而言，浙江特高壓混聯(lián)電網(wǎng)受電特征顯著、運行特性復雜，整體受電能力主要受制于寧紹臺溫“十線斷面”。

2 浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性分析

2.1 計算方式及邊界條件

靜態(tài)電壓穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定均與電網(wǎng)負荷水平密切相關(guān)：當全網(wǎng)負荷水平較大時，關(guān)鍵斷面潮流較重，此時進一步增加電網(wǎng)受電水平，將快速逼近靜態(tài)穩(wěn)定限額；此外，當發(fā)生交流線路故障時，母線電壓恢復速率也較為緩慢?；谏鲜鲈?，采用華東電網(wǎng)2017年度運行方式計算中的夏季高峰數(shù)據(jù)，校核負荷嚴重情況下的電壓穩(wěn)定情況。

靜態(tài)電壓穩(wěn)定性計算方法：采用PSSE軟件，在夏季高峰方式下增加浙江電網(wǎng)負荷水平，并通過發(fā)電機出力進行平衡，逐步逼近浙江省內(nèi)關(guān)鍵斷面的穩(wěn)定極限，靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度Kpa計算公式為：

式中：P0為基礎(chǔ)方式下電網(wǎng)負荷水平；Pj為靜態(tài)穩(wěn)定達到極限時電網(wǎng)負荷水平。

暫態(tài)電壓穩(wěn)定性計算方法：采用BPA軟件，進行三相永久性短路故障N-2仿真，保護動作時序按故障近端4.5周波切除，遠端5周波。華東電網(wǎng)饋入直流均采用計及動態(tài)特性的詳細模型（DA模型），整流側(cè)定功率控制，逆變側(cè)定電壓控制。發(fā)電機采用六繞組模型，負荷采用馬達模型。在上述條件下觀測故障后受擾最嚴重的母線電壓的恢復情況。

2.2 靜態(tài)電壓穩(wěn)定性計算

經(jīng)計算，得出2017年夏季高峰方式下靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度及電壓穩(wěn)定最弱母線如表1所示。故障包含2種方式：直流雙極閉鎖和交流電網(wǎng)N-2，其中交流電網(wǎng)N-2故障取靜態(tài)穩(wěn)定裕度最低的5個故障。

表1 2017年夏季高峰方式下靜態(tài)電壓穩(wěn)定計算結(jié)果

根據(jù)表1計算結(jié)果可知，當前浙江電網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度在正常方式下高于10%，在故障方式下仍高于5%，滿足《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》[12]相關(guān)要求。但是在關(guān)鍵斷面故障下，靜態(tài)穩(wěn)定裕度下降嚴重，存在相對薄弱環(huán)節(jié)。

2.3 暫態(tài)電壓穩(wěn)定性計算

對全網(wǎng)進行交流線路三相永久性短路故障N-2故障掃描，并根據(jù)故障后受擾最嚴重母線的暫態(tài)電壓低于0.8 p.u.超過1 s進行篩選，得到對浙江電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性影響最嚴重的故障，如表2所示。

表2 2017年夏季高峰方式下暫態(tài)電壓穩(wěn)定計算結(jié)果

其中最嚴重故障蓮都—甌海三相永久性短路故障N-2，溫州地區(qū)500 kV甌海站母線電壓時間響應(yīng)曲線如圖2所示。

圖2 蓮都—甌海三相永久性短路故障N-2故障下甌海站母線電壓曲線

由上述計算結(jié)果可知，三相永久性短路故障N-2故障下浙江電網(wǎng)暫態(tài)電壓均能在10 s內(nèi)恢復至0.8 p.u.，滿足《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算基本規(guī)范》[13]相關(guān)要求。但是在局部地區(qū)關(guān)鍵斷面故障下，母線電壓恢復較慢。

2.4 薄弱環(huán)節(jié)及關(guān)鍵機組

根據(jù)浙江電網(wǎng)靜態(tài)及暫態(tài)電壓穩(wěn)定計算結(jié)果，得到影響當前交直流混聯(lián)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的主要薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵機組。在電網(wǎng)實際運行中，可通過調(diào)整開機方式、增開薄弱環(huán)節(jié)下關(guān)鍵機組的手段，來提高無功電壓支撐能力，預防嚴重故障下發(fā)生電壓失穩(wěn)。

（1）蓮都—甌海及塘嶺—回浦受電斷面

由蓮都—甌海雙線及塘嶺—回浦雙線所供的臺溫地區(qū)，僅通過上述通道與主網(wǎng)相連，地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 臺溫地區(qū)電網(wǎng)對外聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在日常運行中，當負荷水平較大時，臺溫地區(qū)運行電壓整體偏低。若其中一個對外聯(lián)絡(luò)通道開斷，將對該地區(qū)的電壓穩(wěn)定性造成較大沖擊。特別是高峰時段，蓮都—甌海雙線潮流較重，故障后大量潮流被迫轉(zhuǎn)移至另一聯(lián)絡(luò)通道塘嶺—回浦雙線，電壓穩(wěn)定性影響更大。根據(jù)前文計算結(jié)果可知，該聯(lián)絡(luò)斷面同時作為靜態(tài)電壓和暫態(tài)電壓薄弱環(huán)節(jié)。此時，區(qū)內(nèi)蒼南、樂清、玉環(huán)等發(fā)電廠機組將成為地區(qū)電壓穩(wěn)定的重要支撐。

（2）靈紹直流

當靈紹直流雙極閉鎖后，浙江電網(wǎng)潮流發(fā)生大范圍轉(zhuǎn)移，為支援靈紹直流南送電力缺額，過江通道潮流重載，尤其是喬司—涌潮雙線，且靈紹直流近區(qū)缺乏500 kV大型電源支撐，靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度嚴重下降。此時，支撐電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵機組為近區(qū)江東、曹娥江、唐紹、蕭山等220 kV燃機。

（3）紹興—舜江及紹興—蘭亭送出斷面

由前文分析可知，靈紹直流電力主要通過紹興—舜江雙線、紹興—蘭亭雙線由寧紹地區(qū)消納。當靈紹直流大功率送電時，紹興—舜江雙線和紹興—蘭亭雙線潮流均重載，若發(fā)生其中任一通道開斷時，潮流將轉(zhuǎn)移至另一通道，進一步加重雙線負擔。在此情況下，將嚴重削弱該送出斷面的靜態(tài)電壓穩(wěn)定裕度。此時，支撐電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵機組為北侖、鎮(zhèn)海等發(fā)電廠。

（4）金華—永康送出斷面

由前文分析可知，金華—永康雙線同時作為賓金直流、福建來電的重要送出通道，汛期賓金直流滿送時潮流重載。若此時發(fā)生金華—永康雙線開斷，潮流將轉(zhuǎn)移至蘭江—鳳儀雙線和蓮都—甌海雙線，將對原潮流疏散區(qū)域永康、丹溪地區(qū)的電壓穩(wěn)定性造成重要影響。此時，支撐電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵機組為勝龍、桐柏、仙居等發(fā)電廠。

3 結(jié)論

通過分析靈紹直流投運后浙江交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行特性，并依此開展靜態(tài)及暫態(tài)電壓穩(wěn)定性分析，得到結(jié)論如下：

（1）隨著靈紹直流正式投運，浙江南部電網(wǎng)主要受電斷面由原錢塘江過江斷面轉(zhuǎn)變?yōu)閷幗B臺溫“十線斷面”，高峰方式下斷面潮流較重，是決定浙江電網(wǎng)受電水平的主要瓶頸。

（2）根據(jù)高峰方式下浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定計算結(jié)果：靜態(tài)穩(wěn)定裕度正常方式大于10%，故障方式大于5%；三相永久性短路故障N-2故障后暫態(tài)電壓能夠在10 s內(nèi)恢復至0.8 p.u.以上，均滿足相關(guān)標準要求。

（3）根據(jù)浙江電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及電壓穩(wěn)定計算結(jié)果，總結(jié)得到浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定薄弱環(huán)節(jié)主要為：蓮都—甌海及塘嶺—回浦受電斷面、靈紹直流、紹興—舜江及紹興—蘭亭送出斷面、金華—永康送出斷面。需針對上述薄弱環(huán)節(jié)調(diào)整開機方式，進一步提高故障后浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平。

上述研究成果可用于指導運行方式安排，提高事故后電壓穩(wěn)定水平。

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[12]DL/T 1234-2013電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算基本規(guī)范[S]．北京：中國電力出版社，2013．

[13]DL 755-2001電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則[S]．北京：中國電力出版社，2001．

（本文編輯：趙曉明）

Voltage Stability Analysis of Multi-infeed AC/DC Hybrid Power System in Zhejiang Province

DENG Hui，HUANG Hongyang，LOU Boliang，HUA Wen，ZHAO Yiyan
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

∶With the operation of Lingzhou-Shaoxing UHVDC，operating characteristic of Zhejiang power grid alters significantly.The major power-receiving section in Zhejiang changes from Qiantang River section to"tenline section"of Ningbo，Shaoxing，Taizhou and Wenzhou，and there are weak points in voltage stability of power system.In view of the above reasons，operating characteristic of AC/DC hybrid power system in Zhejiang is analyzed with infeed of Lingzhou-Shaoxing DC transmission lines in 2016；besides，static voltage stability margin and transient voltage stability characteristic are analyzed to conclude weak points and critical generators concerning voltage stability of Zhejiang power grid.The research findings provide reference to optimal operation and dispatching of AC/DC hybrid power system in Zhejiang.

∶Zhejiang power grid；AC/DC hybrid power system；voltage stability；weak point；criticalgenerators

.201704001

1007-1881（2017）04-0001-04

TM744+.4

A

2017-02-06

鄧 暉（1986），男，工程師，從事電力系統(tǒng)分析與控制方面研究工作。