特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制探討

賈國保

摘 要： 十三五規(guī)劃后，我國政府對特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文以XX2017電網(wǎng)數(shù)據(jù)為研究依據(jù)，依據(jù)電力系統(tǒng)安全運行原則，對特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)安全穩(wěn)定現(xiàn)狀進行了簡單分析。并依據(jù)關(guān)鍵安全穩(wěn)定風(fēng)險，提出了幾點特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制措施。以期為特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性控制方案的制定及電網(wǎng)安全運行提供有效的參考。

關(guān)鍵詞： 特高壓;交直流混聯(lián)電網(wǎng);穩(wěn)定性

××電網(wǎng)計劃建設(shè)±800kV特高壓直流工程、同塔雙回±500kV直流工程等電網(wǎng)?！痢岭娋W(wǎng)已運行送主網(wǎng)架為九直七交送電通道，具有較大的特高壓結(jié)構(gòu)性穩(wěn)定風(fēng)險。對××特高壓電網(wǎng)安全、平穩(wěn)運行造成了極大的威脅。因此，本文對××特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性控制進行了簡單的分析，具體如下：

一、特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)特性探究

（一）受端電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)功能下降

特高壓電網(wǎng)直流密集投運的特性，在一定程度上為受端常規(guī)火電機組提供了支撐。而直流電網(wǎng)大范圍饋入機組，極易致使系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)特性惡化，進而導(dǎo)致混聯(lián)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性風(fēng)險突出。如××電網(wǎng)受電比例在46%以下，發(fā)生500kV線路N-1故障，導(dǎo)致××地區(qū)出現(xiàn)電壓崩潰風(fēng)險。

（二）電網(wǎng)頻率性穩(wěn)定故障頻發(fā)

交流系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量、機組調(diào)頻能力是電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的主要依據(jù)。但是隨著特高壓交直流電網(wǎng)的建設(shè)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量不斷增加，其需要承受頻率波動效能也需要逐步增加。而直流轉(zhuǎn)動特性的缺失，極易導(dǎo)致送受端電網(wǎng)轉(zhuǎn)動慣量下降。[1]如××電網(wǎng)仿真分析數(shù)據(jù)表明，70GW負荷水平下，損失4.0GW發(fā)電功率時，若電網(wǎng)內(nèi)無風(fēng)電，則電力系統(tǒng)頻率將下跌0.70Hz。

（三）交直流、送受端間全局性故障突出

從理論層面進行分析，特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)的建設(shè)，促使交直流及送受端間聯(lián)系不斷緊密。而發(fā)生頻率較高的單相短路故障，就可能導(dǎo)致多回直流同時換相異常，進而對交流斷面造成大規(guī)模沖擊。如2017年，××電網(wǎng)某500kV線路A相故障跳閘，導(dǎo)致該區(qū)域特高壓直流連續(xù)三次換相失敗，最終致使送端特高壓交流長線產(chǎn)生高達1800MW的有功沖擊。

二、特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制措施

（一）優(yōu)化電力系統(tǒng)運行控制方案

首先，在特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行期間，針對電網(wǎng)功率輸送不均勻的情況，可以直流緊急功率控制為核心，針對電網(wǎng)交流分擔功率超標問題，構(gòu)建完善的特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)功率應(yīng)急控制方案。通過對直流系統(tǒng)傳輸功率的控制，可以適當強化交直流混聯(lián)電網(wǎng)中直流傳輸功率及負載能力，從而提高特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行穩(wěn)定性。需要注意的是，在直流功率應(yīng)急控制方案中，為保證電網(wǎng)短路能量的有效釋放，特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)維護人員可將局部潮流故障問題較嚴重交流電網(wǎng)作為維護重點。在直流系統(tǒng)控制的前提下，設(shè)置回降控制直流功率、緊急控制直流功率提升等附加措施。

其次，依據(jù)修訂后《國家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計算技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，特高壓電網(wǎng)運行系統(tǒng)維護人員可以新一代數(shù)?；旌戏抡嫫脚_為依據(jù)，進一步拓展電磁暫態(tài)仿真分析范圍。結(jié)合實際穩(wěn)定性控制裝置的設(shè)置，對特高壓混聯(lián)電網(wǎng)交直流特性進行全方位分析。如針對單回特高壓直流連續(xù)換相失敗情況，可以主動閉鎖直流、聯(lián)切送端機組為要點，從根本上切斷直流換相聯(lián)鎖反應(yīng)。同時優(yōu)化直流再啟動速切交流濾波方案。結(jié)合受端電網(wǎng)交流線路重合閘時間的延長，可有效降低直流擾動現(xiàn)象對混聯(lián)電網(wǎng)交流系統(tǒng)的不利影響。

最后，針對大規(guī)模交直流并網(wǎng)導(dǎo)致的同步頻率提升問題，電網(wǎng)維護人員可以新能源主要應(yīng)用地區(qū)為管理要點，開展全方位實時同步諧波監(jiān)測。同時依據(jù)新能源次同步振蕩原理，制定完善的次同步振蕩安全控制方案。結(jié)合系統(tǒng)性新能源場站調(diào)頻調(diào)壓，可從源頭解決電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力不足導(dǎo)致的穩(wěn)定性故障。

（二）完善電網(wǎng)穩(wěn)定控制目標體系

一方面，在《國家電網(wǎng)安全穩(wěn)定計算技術(shù)規(guī)范》的基礎(chǔ)上，依據(jù)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)威脅電網(wǎng)安全運行故障特點，電網(wǎng)維護人員可進一步完善電網(wǎng)穩(wěn)定控制目標體系。同時綜合考慮直流系統(tǒng)單、雙擊閉鎖故障等因素，將不同形態(tài)故障因素納入電網(wǎng)穩(wěn)定控制目標體系中。如直流連續(xù)換相失敗、直流功率突降、再啟動、受端多回直流同時換相失敗等。

另一方面，依據(jù)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行特點，為進一步完善交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行控制目標體系，電網(wǎng)維護人員可綜合利用直接法、時域仿真等方法，對特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行穩(wěn)定性進行全方位分析。其中直接法主要是依據(jù)函數(shù)變化，通過故障對比分析，在初始時間刻能量、臨界能量的基礎(chǔ)上，構(gòu)建高維度電網(wǎng)運行模型，以便直接判定電網(wǎng)穩(wěn)定性;而時域仿真法則是針對干擾源頭，利用微分方程，對獲得電氣運行數(shù)據(jù)進行分析。常用的時域仿真法主要為電磁暫態(tài)仿真、機電暫態(tài)仿真等。依據(jù)特高壓電網(wǎng)規(guī)模，可選擇合理的仿真分析模型，進而確定仿真控制基準。

（三）強化特高壓交直流主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

依據(jù)特高壓運行理論，只有交流電網(wǎng)、直流容量一致，才可以保證特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)具有足夠的抗頻率沖擊能力。[2]據(jù)此，在特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)建設(shè)階段，國家電網(wǎng)應(yīng)以交流電網(wǎng)建設(shè)為要點，依據(jù)現(xiàn)有特高壓混聯(lián)電網(wǎng)直流電規(guī)模及容量，構(gòu)建堅強交直流同步電網(wǎng)。同時以國家清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略為依據(jù)，驅(qū)動特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)全面優(yōu)化完善，為“強直弱交”問題的徹底解決提供依據(jù)。

三、總結(jié)

綜上所述，在特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)迅速發(fā)展進程中，特高壓直流輸電規(guī)模呈階躍式提升，導(dǎo)致特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)出現(xiàn)嚴重的“強直弱交”問題。這種情況下，依據(jù)特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)運行特性，相關(guān)人員可以特高壓交直流主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為要點，對特高壓交直流主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化完善。同時在完善的電網(wǎng)運行控制目標體系的指導(dǎo)下，進一步優(yōu)化電網(wǎng)運行控制方案，為特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定性控制效率提升提供依據(jù)。

參考文獻：

[1]李明節(jié).大規(guī)模特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)特性分析與運行控制[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（4）：985-991.

[2]邸航.特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定控制分析[J].通訊世界，2017（15）：229.