藏中聯(lián)網(wǎng)后西藏電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性及控制策略分析

凌 楠，曾 昊，格桑晉美,吳 沖，劉漢偉,王渝紅，巴 貴,吳 杰,王 媛

(1.四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610065；2.國(guó)網(wǎng)西藏電力有限公司電力調(diào)度控制中心，西藏 拉薩 850010；3.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；4. 中廣電廣播電影電視設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610021)

0 引 言

長(zhǎng)期以來(lái)，藏中電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、電源規(guī)模小，電網(wǎng)豐盈枯缺特性突出，電網(wǎng)長(zhǎng)期存在安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，直流通道送、受電量嚴(yán)重受限[1]。為解決長(zhǎng)期困擾西藏電網(wǎng)發(fā)展的問(wèn)題，2018年建成了藏中500 kV聯(lián)網(wǎng)工程，實(shí)現(xiàn)了西藏電網(wǎng)與西南主網(wǎng)的交流同步聯(lián)網(wǎng)。

該工程將西藏電網(wǎng)納入西南電網(wǎng)，其中藏中電網(wǎng)長(zhǎng)鏈?zhǔn)诫p回輸電線路與昌都電網(wǎng)相連，并通過(guò)芒康—巴塘與四川聯(lián)網(wǎng)。該工程新建及擴(kuò)建500 kV變電站(開(kāi)關(guān)站)8座、220 kV變電站6座，新建500 kV線路長(zhǎng)度約2000 km，220 kV和110 kV線路約750 km[2]。該工程實(shí)現(xiàn)了西藏電網(wǎng)與四川電網(wǎng)的同步聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)了西藏中東部電網(wǎng)的穩(wěn)定性，促進(jìn)了西藏電網(wǎng)清潔能源開(kāi)發(fā)，為電網(wǎng)向阿里地區(qū)延伸奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，受到藏中聯(lián)網(wǎng)工程投運(yùn)的影響，電網(wǎng)穩(wěn)定特性發(fā)生了重大變化。

聯(lián)網(wǎng)初期，西藏電網(wǎng)運(yùn)行、調(diào)節(jié)能力、電力供應(yīng)和清潔能源消納等問(wèn)題得到了改善。但聯(lián)網(wǎng)后交直流并聯(lián)格局帶來(lái)的交互影響[3]、長(zhǎng)鏈?zhǔn)酵ǖ廊踅涣鬟B接[4]等特點(diǎn)，使得西藏電網(wǎng)在面臨新發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)也需解決好新的挑戰(zhàn)。

下面針對(duì)藏中聯(lián)網(wǎng)工程安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)建設(shè)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，從交直流交互作用、長(zhǎng)鏈?zhǔn)饺踅涣飨到y(tǒng)無(wú)功特性及藏中500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)等方面入手，對(duì)聯(lián)網(wǎng)工程投運(yùn)后的系統(tǒng)新出現(xiàn)的安全穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行分析，并針對(duì)性地提出了控制措施，對(duì)工程的實(shí)際運(yùn)行提出建議。研究結(jié)果最終應(yīng)用于藏中聯(lián)網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置的運(yùn)行策略和調(diào)度相關(guān)穩(wěn)定規(guī)定中。

1 研究模型

研究工具采用BPA機(jī)電暫態(tài)仿真程序，其中主要元件模型類型選擇如下[5]：

1)發(fā)電機(jī)模型?？紤]次暫態(tài)電勢(shì)Eq″和Ed″變化，建立了調(diào)速、勵(lì)磁和電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(power system stabilizer,PSS)的控制模型。

2)負(fù)荷模型。華泰龍銅礦、驅(qū)龍銅礦和玉龍銅礦的負(fù)荷采用100%電動(dòng)機(jī)負(fù)荷模型，其他負(fù)荷采用30%電動(dòng)機(jī)負(fù)荷與70%恒定阻抗負(fù)荷模型。

3)柴拉直流模型。采用DN/DZ卡模型[6]，DN卡模擬定電流、定電壓等基本控制環(huán)節(jié)；DZ卡模擬低壓限流環(huán)節(jié)，并根據(jù)逆變側(cè)熄弧角值判斷換相失敗和恢復(fù)換相。

4)SVC模型[7]。藏中電網(wǎng)220 kV曲哥、乃瓊和奪底變電站以及500 kV聯(lián)網(wǎng)通道朗縣、波密和芒康變電站配置了SVC(TCR+FC，TSC)。采用V卡模擬控制系統(tǒng)，模擬了濾波器、PI控制器、限幅和晶閘管等環(huán)節(jié)。

5)光伏模型。采用PV卡模擬光伏發(fā)電模型，BC/BC+卡模擬并網(wǎng)換流器模型。根據(jù)西藏地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)[8]，采用電壓保護(hù)RE卡和頻率保護(hù)RM卡模擬光伏并網(wǎng)特性，并網(wǎng)點(diǎn)電壓超過(guò)1.2 pu時(shí)4 s不脫網(wǎng)或超過(guò)1.3 pu時(shí)無(wú)延時(shí)跳閘，頻率低于47 Hz或高于52 Hz時(shí)保持10 s不脫網(wǎng)。

2 交直流相互作用對(duì)西藏電網(wǎng)的影響

藏中聯(lián)網(wǎng)工程投運(yùn)的西藏電網(wǎng)如圖1所示，工程投運(yùn)使西藏電網(wǎng)與四川電網(wǎng)形成弱交流聯(lián)系，加上已投運(yùn)的柴拉直流，西藏電網(wǎng)首次出現(xiàn)了交直流相互作用、互為約束的情況。仿真結(jié)果表明，由于西藏電網(wǎng)無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力較弱，難以為柴拉直流提供足夠的電壓支撐，因此，拉薩換流站近區(qū)出現(xiàn)交流系統(tǒng)短路故障會(huì)引發(fā)拉薩換流站發(fā)生換相失敗，進(jìn)而影響西藏電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致西藏電網(wǎng)出現(xiàn)級(jí)聯(lián)故障或大面積停電等災(zāi)難性故障[9]。同時(shí)，交流系統(tǒng)故障引發(fā)的換相失敗或者直流系統(tǒng)發(fā)生永久性閉鎖故障都會(huì)導(dǎo)致柴拉直流輸送功率大幅下降，進(jìn)而導(dǎo)致西藏電網(wǎng)出現(xiàn)大量有功功率缺額，電網(wǎng)內(nèi)部潮流大范圍轉(zhuǎn)移，大量潮流將會(huì)涌入交流聯(lián)絡(luò)線使其超過(guò)交流聯(lián)絡(luò)線的暫態(tài)穩(wěn)定極限[10-11]。

圖1 藏中聯(lián)網(wǎng)工程

直流輸電系統(tǒng)的輸送能力取決于所連交流系統(tǒng)的強(qiáng)度。有效短路比Resc是評(píng)估與直流相連交流系統(tǒng)強(qiáng)度的定性指標(biāo)，其公式為

(1)

式中：Sac為換流站交流母線短路容量；Qc為直流輸送功率Pd時(shí)換流站投入濾波器和電容器組的容量之和。根據(jù)有效短路比大小，工程上普遍采用的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)如式(2)所示[12-13]。

(2)

當(dāng)與直流相連的交流系統(tǒng)為弱交流系統(tǒng)甚至是極弱交流系統(tǒng)時(shí)，有可能發(fā)生換相失敗或小干擾穩(wěn)定[14]。同時(shí)，由于弱交流系統(tǒng)自身阻抗較高的特性，系統(tǒng)可能出現(xiàn)低次諧波，進(jìn)而出現(xiàn)諧波諧振問(wèn)題。而弱交流系統(tǒng)中并聯(lián)電容器和電抗器的切換會(huì)在補(bǔ)償設(shè)備附近產(chǎn)生不可接受的大電壓變化，頻繁的無(wú)功功率設(shè)備切換會(huì)引起瞬態(tài)電壓擺動(dòng)。另外，直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)故障切除后，如果交流系統(tǒng)太弱，太快的直流系統(tǒng)恢復(fù)甚至?xí)?lái)額外的換相失敗和受端交流系統(tǒng)的暫態(tài)不穩(wěn)定性問(wèn)題[15-17]。

交流聯(lián)網(wǎng)前枯大方式，拉薩換流站有效短路比低于3，屬于弱交流系統(tǒng)。為了增加短路容量，不得不投入成本較高的燃油機(jī)組以增加系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)慣量和負(fù)荷中心的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐。受藏中電網(wǎng)有效短路比和柴拉直流運(yùn)行方式的限制，西藏電網(wǎng)內(nèi)受和外送功率受限。

交流聯(lián)網(wǎng)后枯大不開(kāi)燃機(jī)方式，拉薩換流站有效短路比為4.19，但與內(nèi)地大部分受端電網(wǎng)換流站的有效短路比相比，拉薩換流站有效短路比仍然偏低，意味著交流和直流間仍存在較強(qiáng)的相互約束。與聯(lián)網(wǎng)前相比，系統(tǒng)強(qiáng)度得到了提升。下面通過(guò)詳細(xì)仿真計(jì)算，定量研究交直流系統(tǒng)間的交互作用。

柴拉直流和交流通道的運(yùn)行方式有3種組合：

1)西藏電網(wǎng)通過(guò)交流和直流同時(shí)受電；

2)西藏電網(wǎng)通過(guò)交流和直流同時(shí)送電；

3)西藏電網(wǎng)穿越送電，即直流受電、交流外送或交流受電、直流外送。

穿越送電方式中電力通過(guò)低電壓等級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，損耗較大，是一種經(jīng)濟(jì)效益較差的傳輸方式，僅在特殊情況下存在，此處不做贅述。考慮到西藏電網(wǎng)“豐余枯缺”的特性，交直流送受電的運(yùn)行方式主要有兩種，交直流同時(shí)受電或同時(shí)送電。下面對(duì)兩種方式下的交直流交互影響進(jìn)行分析。

2.1 直流與交流同時(shí)外送

邊界條件：

1)投產(chǎn)水平年豐大方式，柴拉直流外送1200 MW，交流芒康—巴塘斷面外送功率為50 MW。

2)遠(yuǎn)景水平年豐大方式，柴拉直流外送1200 MW，交流芒康—巴塘斷面外送功率為500 MW。

2.1.1 直流故障對(duì)藏中電網(wǎng)的影響

柴拉直流單極閉鎖后，健全極可轉(zhuǎn)帶部分功率，剩余功率則轉(zhuǎn)移至交流聯(lián)絡(luò)線。雙極閉鎖后，直流外送功率全部轉(zhuǎn)移至交流聯(lián)絡(luò)線。單極閉鎖或雙極閉鎖后的功率盈余由交流聯(lián)網(wǎng)通道轉(zhuǎn)移。功率轉(zhuǎn)移過(guò)程中電網(wǎng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，由交流聯(lián)網(wǎng)通道的靜穩(wěn)水平和藏中電網(wǎng)內(nèi)部暫態(tài)穩(wěn)定水平?jīng)Q定。

聯(lián)網(wǎng)工程投產(chǎn)水平年，雅中地區(qū)水電尚未投產(chǎn)，交直流整體外送規(guī)模較小。柴拉直流單極或雙極閉鎖故障后，500 kV交流斷面未超出靜穩(wěn)極限，藏中電網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

雅中地區(qū)水電投運(yùn)后，柴拉直流擴(kuò)容至1200 MW，考慮柴拉直流滿送。交流聯(lián)網(wǎng)通道外送能力取決于許木—朗縣500 kV單回線三相斷路故障，該故障可能引起雅中地區(qū)水電機(jī)組功角相對(duì)于西南主網(wǎng)失穩(wěn)，需要對(duì)該斷面潮流進(jìn)行預(yù)控。雅中地區(qū)水電集中在500 kV交流聯(lián)網(wǎng)通道的送端，而長(zhǎng)鏈?zhǔn)酵ǖ郎先狈o(wú)功功率支撐。直流雙極閉鎖故障，1200 MW功率轉(zhuǎn)移至交流通道，導(dǎo)致雅中地區(qū)水電群機(jī)組功角失穩(wěn)，需要采取切雅中水電機(jī)組的控制措施。

2.1.2 交流故障對(duì)柴拉直流的影響

交流故障對(duì)直流的影響與故障類型相關(guān)：第一類是換流站近區(qū)交流故障；第二類是藏中電網(wǎng)交流大電源送出通道故障；第三類是500 kV交流聯(lián)絡(luò)線故障。

通過(guò)對(duì)三類故障的分析可以得知：

1)聯(lián)網(wǎng)工程投產(chǎn)水平年，換流站近區(qū)500 kV和220 kV發(fā)生交流線路N-2嚴(yán)重故障，電壓短時(shí)降低后快速恢復(fù)，系統(tǒng)穩(wěn)定。西藏電網(wǎng)豐水期負(fù)荷較小，各流域來(lái)水充足使得水電開(kāi)機(jī)較多，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，電網(wǎng)穩(wěn)定性較好。

2)藏木水電站送出通道發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)存在暫態(tài)功角問(wèn)題，需采取切機(jī)措施，切機(jī)量最大可達(dá)到510 MW。大量切機(jī)后，500 kV交流通道存在功率反轉(zhuǎn)問(wèn)題，由故障前藏中外送變?yōu)楣收虾蟛刂惺苋耄纬纱┰剿碗姺绞?。從?jīng)濟(jì)性角度，宜采用直流功率回降措施(直流回降措施可減少切負(fù)荷量，也可避免交流反轉(zhuǎn))。

3)長(zhǎng)鏈?zhǔn)酵ǖ乐袛鄬?dǎo)致西藏電網(wǎng)或藏中電網(wǎng)孤網(wǎng)后，孤網(wǎng)頻率升高，電壓保持穩(wěn)定，采取聯(lián)切機(jī)組措施后電網(wǎng)保持穩(wěn)定。

2.2 直流與交流同時(shí)受電

直流與交流同時(shí)受電的邊界條件為：投產(chǎn)水平年，西藏電網(wǎng)負(fù)荷約1500 MW，西藏電網(wǎng)發(fā)電約630 MW，約60%的電力通過(guò)柴拉直流和川藏聯(lián)網(wǎng)通道受入，其中，柴拉直流受電500 MW，川藏聯(lián)網(wǎng)通道受電550 MW。遠(yuǎn)景水平年，西藏電網(wǎng)負(fù)荷約2500 MW，西藏電網(wǎng)發(fā)電約1300 MW，近一半電力通過(guò)柴拉直流和川藏聯(lián)網(wǎng)通道受入，其中，柴拉直流受電580 MW，川藏聯(lián)網(wǎng)通道受電710 MW。

2.2.1 直流故障對(duì)藏中電網(wǎng)的影響

投產(chǎn)水平年和遠(yuǎn)景水平年直流單極閉鎖時(shí)，西藏電網(wǎng)可保持穩(wěn)定運(yùn)行，這是由于青藏直流閉鎖而產(chǎn)生的功率缺額可由川藏聯(lián)絡(luò)線轉(zhuǎn)移的功率補(bǔ)充，能夠有效減小直流故障對(duì)交流電網(wǎng)的沖擊，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。

投產(chǎn)水平年柴拉直流雙極閉鎖不采取措施時(shí)，波密—左貢雙回線潮流約900 MW，處于靜穩(wěn)極限的臨界水平。若此時(shí)再發(fā)生小擾動(dòng)，系統(tǒng)將失穩(wěn)。因此，必須采取聯(lián)切負(fù)荷的控制措施。為了使系統(tǒng)恢復(fù)到有足夠安全裕度的運(yùn)行點(diǎn)[18]，切負(fù)荷量宜按照切平原則確定。

遠(yuǎn)景水平年雅中水電投運(yùn)后，西藏電網(wǎng)電壓控制能力有所增加。柴拉直流雙極閉鎖不采取措施時(shí)，潮流轉(zhuǎn)移至交流通道后，導(dǎo)致波密—左貢500 kV線路振蕩模式阻尼比偏低。需切除藏中電網(wǎng)部分負(fù)荷減輕聯(lián)網(wǎng)通道潮流，增加電網(wǎng)穩(wěn)定性。

上述仿真結(jié)果表明在受電方式下，交流聯(lián)網(wǎng)通道的承載能力有限，僅靠功率轉(zhuǎn)移無(wú)法解決直流閉鎖引起的功率缺額，承載能力與藏中電網(wǎng)開(kāi)機(jī)情況有關(guān)，發(fā)生故障時(shí)需采取切負(fù)荷措施。

2.2.2 交流故障對(duì)柴拉直流的影響

1)換流站近區(qū)故障

換流站近區(qū)交流故障對(duì)柴拉直流影響較大。拉薩換流站靠近拉薩負(fù)荷中心和墨竹工卡銅礦產(chǎn)區(qū)，近區(qū)缺乏動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，若電動(dòng)機(jī)在短路故障期間消耗大量無(wú)功，容易導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。仿真結(jié)果表明，當(dāng)指定柴拉直流受入水平和藏中電網(wǎng)開(kāi)機(jī)方式時(shí)，換流站近區(qū)交流短路故障是制約500 kV聯(lián)網(wǎng)通道受入水平的關(guān)鍵因素。

投產(chǎn)水平年方式下，許木—墨竹工卡220 kV發(fā)生三相短路故障、保護(hù)正確動(dòng)作后，系統(tǒng)電壓不能瞬時(shí)恢復(fù)，換流站220 kV母線電壓低于0.7 pu的持續(xù)時(shí)間可達(dá)到1 s，處于暫態(tài)電壓穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，換流閥發(fā)生持續(xù)的換相失敗[19]。

將受入功率控制在該水平以下之后，為了使閥組恢復(fù)正常換相，低壓限流(voltage dependent current order limiter,VDCOL)控制作用將降低直流功率以減少無(wú)功消耗。在此期間，直流功率下降導(dǎo)致的有功功率缺額由交流聯(lián)網(wǎng)通道補(bǔ)足，動(dòng)態(tài)無(wú)功功率由藏中電網(wǎng)機(jī)組和SVC共同提供。“交流故障導(dǎo)致?lián)Q相失敗——直流控制導(dǎo)致功率降低——功率缺額轉(zhuǎn)移至交流通道”連鎖動(dòng)態(tài)過(guò)程中，交流系統(tǒng)會(huì)經(jīng)受短路故障和功率轉(zhuǎn)移的連續(xù)沖擊。為了確保交流系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定裕度來(lái)承受故障和擾動(dòng)，安排交直流功率時(shí)將受到“蹺蹺板”效應(yīng)的制約，即直流受電越大時(shí)，交流受電應(yīng)越小，以騰挪出足夠的穩(wěn)定裕度來(lái)防御可能發(fā)生的故障沖擊。

該方式下發(fā)生許木—朗縣或朗縣—林芝N-2嚴(yán)重故障時(shí)會(huì)導(dǎo)致暫態(tài)電壓失穩(wěn)，將在第4章中詳述。

2)交流聯(lián)網(wǎng)通道中斷故障

聯(lián)網(wǎng)通道中斷后西藏/藏中電網(wǎng)成為孤網(wǎng)。孤網(wǎng)的短路容量和調(diào)頻調(diào)壓能力與聯(lián)網(wǎng)方式相比顯著降低，如果再考慮利用直流的緊急功率支援控制措施來(lái)彌補(bǔ)孤網(wǎng)的功率缺額，反而可能惡化電網(wǎng)運(yùn)行工況，帶來(lái)一系列不可控的連鎖反應(yīng)。故障后的控制措施不應(yīng)帶來(lái)新的安全穩(wěn)定問(wèn)題，因此在此種情況下，有必要采取聯(lián)切負(fù)荷的控制措施。

3 西藏孤網(wǎng)頻率電壓特性

通常情況下，將系統(tǒng)等值為單機(jī)單負(fù)荷的頻率響應(yīng)模型，便可以通過(guò)初始的有功功率不平衡程度判斷故障發(fā)生后系統(tǒng)的頻率變化[20]。而西藏電網(wǎng)電壓和頻率存在強(qiáng)耦合關(guān)系，西藏電網(wǎng)孤網(wǎng)后電壓變化會(huì)對(duì)頻率變化產(chǎn)生較大的影響[21-22]。

藏中聯(lián)網(wǎng)工程無(wú)功功率配置方案為：瀾滄江—芒康和芒康—左貢線路為欠補(bǔ)償，補(bǔ)償度分別為75%和78%，其他線路均為完全補(bǔ)償。

長(zhǎng)鏈?zhǔn)浇涣魍ǖ郎习l(fā)生雙回輸電線路故障時(shí)，可能發(fā)生西藏電網(wǎng)與四川主網(wǎng)解列的情況，解網(wǎng)后，西藏孤網(wǎng)有功功率不平衡，從而導(dǎo)致頻率不穩(wěn)定。故障發(fā)生后，如前所示，不宜采取柴拉直流緊急功率支援措施，應(yīng)首先采取切機(jī)/切負(fù)荷措施。按照切平原則采取措施后，由于大量電源或負(fù)荷被切除，線路潮流減輕，無(wú)功功率損耗大幅減少，使得電網(wǎng)電壓升高。電壓升高導(dǎo)致負(fù)荷功率升高，使得電網(wǎng)頻率出現(xiàn)”二次跌落”的現(xiàn)象。尤其是兩段長(zhǎng)距離欠補(bǔ)償線路在孤網(wǎng)內(nèi)時(shí)，將貢獻(xiàn)較大的充電功率，電壓升高更為明顯。

以巴塘—芒康線路N-2故障后切除等量負(fù)荷為例，圖2、圖3分別為故障后西藏500 kV變電站電壓曲線及系統(tǒng)頻率曲線。故障清除后西藏各500 kV變電站電壓升高到1.1 pu以上，在恢復(fù)過(guò)程中的系統(tǒng)頻率也掉頭向下，出現(xiàn)了“二次跌落”的現(xiàn)象。

圖2 500 kV變電站電壓幅值曲線

圖3 系統(tǒng)頻率曲線

在算例中，孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)發(fā)揮作用，使得電壓控制在1.1 pu以內(nèi)，頻率也隨之恢復(fù)。更為嚴(yán)重的可能后果是機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行，觸發(fā)低勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作于機(jī)組跳閘，導(dǎo)致頻率進(jìn)一步探底。

切負(fù)荷量按照故障前線路潮流1∶1執(zhí)行，切負(fù)荷區(qū)域包含除那曲以外的藏中電網(wǎng)區(qū)域。那曲地區(qū)與藏中主網(wǎng)聯(lián)系較弱，切負(fù)荷后電壓抬升較嚴(yán)重，可能危及該地區(qū)并網(wǎng)新能源的運(yùn)行，因此切負(fù)荷區(qū)域不含那曲地區(qū)。為了控制電壓升高水平，采取聯(lián)切芒康—瀾滄江和芒康—左貢各1回線的控制措施。

4 藏中500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)影響初探

500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)等值系統(tǒng)如圖4所示。從圖中看出兩區(qū)域互聯(lián)時(shí)，其聯(lián)絡(luò)線傳輸功率為：

圖4 500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)等值系統(tǒng)模型

(3)

(4)

式中：E1、E2為兩個(gè)等值系統(tǒng)的等值電源電勢(shì)；X∑為電源、變壓器及聯(lián)絡(luò)線的總電抗；Xs1、Xs2分別為兩個(gè)等值系統(tǒng)內(nèi)等值電源與機(jī)端變壓器的等值電抗；XL1、XL2分別為500 kV和220 kV聯(lián)絡(luò)線等值電抗；δ為E1、E2間的相角差。當(dāng)δ取值為90°時(shí)，其傳輸功率最大，即為輸電線路的靜穩(wěn)極限功率。

電磁環(huán)網(wǎng)通過(guò)不同電壓等級(jí)的輸電線路傳輸功率，一般而言，高電壓等級(jí)線路阻抗Xs1小于低電壓等級(jí)線路阻抗Xs2，因此電磁環(huán)網(wǎng)的功率主要由高電壓等級(jí)的電網(wǎng)進(jìn)行傳輸，這與輸電通道的載流能力分布情況一致。電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行方式可減小輸電通道的等值電抗，增加輸電能力。此外，電磁環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)還有運(yùn)行方式比較靈活、供電可靠性較好等優(yōu)點(diǎn)[23]。

綜合以上原因，藏中聯(lián)網(wǎng)工程投運(yùn)后，為了提高通道能力和運(yùn)行可靠性[24]，將許木—朗縣—林芝—巴宜—老虎嘴—墨竹工卡—許木電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行，其中許木—朗縣—林芝輸電線路為500 kV，巴宜—老虎嘴—墨竹工卡—許木輸電線路為220 kV。

藏中500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)所處位置較為特殊，是聯(lián)系柴拉直流和500 kV聯(lián)網(wǎng)通道的樞紐。仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)上500 kV線路故障后，可能引起系統(tǒng)電壓失穩(wěn)及柴拉直流換相失敗。圖5所示為投產(chǎn)水平年藏中電網(wǎng)交流受電方式下，500 kV許木—朗縣線路故障后的拉薩換流站電壓曲線。500 kV線路故障中斷后，潮流轉(zhuǎn)移至220 kV線路，致使220 kV線路重載，相關(guān)變電站壓降較大。并且，由于220 kV潮流均匯集至墨竹工卡變電站，而該變電站不僅連接拉薩換流站，近區(qū)還有多個(gè)銅礦負(fù)荷，消耗大量無(wú)功功率，最終導(dǎo)致電壓失穩(wěn)，換流站換相失敗。上述情況需要采取切銅礦負(fù)荷的控制措施。如圖6所示，拉薩換流站電壓在采取控制措施后迅速恢復(fù)穩(wěn)定。

圖5 500 kV線路故障后的換流站電壓曲線

圖6 采取控制措施后的換流站電壓曲線

遠(yuǎn)景水平年藏中電網(wǎng)交流外送方式，當(dāng)500 kV許木—朗縣線路故障中斷后，受220 kV通道送電能力制約，雅中水電機(jī)組功角失步，需采取聯(lián)切雅中水電機(jī)組的控制措施。

從上述分析可知，電磁環(huán)網(wǎng)故障時(shí)通過(guò)合理的控制措施，如聯(lián)切銅礦負(fù)荷或聯(lián)切雅中水電機(jī)組等，可以解決電壓失穩(wěn)和功角失穩(wěn)問(wèn)題。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)在藏中聯(lián)網(wǎng)工程安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中開(kāi)展的研究工作，得到以下結(jié)論：

1)聯(lián)網(wǎng)工程投運(yùn)后，拉薩換流站有效短路比有所提高，直流受電能力也有一定提高。柴拉直流和交流聯(lián)網(wǎng)通道之間存在交互影響，任一通道發(fā)生故障時(shí)應(yīng)評(píng)估剩余通道的送/受電穩(wěn)定水平，及時(shí)采取相應(yīng)控制措施，避免大量功率轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的連鎖反應(yīng)。

可以看出，西藏電網(wǎng)穩(wěn)定水平與交流系統(tǒng)強(qiáng)度緊密相關(guān)，建議推進(jìn)西藏電網(wǎng)具有較強(qiáng)調(diào)節(jié)能力的電源/儲(chǔ)能建設(shè)。

2)西藏電網(wǎng)無(wú)功功率特性和負(fù)荷特性使得故障后電壓偏高且控制手段較為有限。切除單回欠補(bǔ)償聯(lián)絡(luò)線的措施能夠抑制過(guò)電壓水平，但也導(dǎo)致聯(lián)網(wǎng)可靠性有所降低。

因此，建議對(duì)西藏電網(wǎng)配置調(diào)相機(jī)的可行性和西藏電網(wǎng)可控?zé)o功資源的協(xié)調(diào)控制展開(kāi)深入研究。

3)藏中500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)是聯(lián)系柴拉直流和500 kV聯(lián)網(wǎng)通道的樞紐，該環(huán)網(wǎng)上故障會(huì)對(duì)交流電網(wǎng)及柴拉直流產(chǎn)生較大影響，需要采取切負(fù)荷/切機(jī)控制措施。

因此，建議對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)/合環(huán)運(yùn)行方式的利弊進(jìn)行深入研究。進(jìn)行邊遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)的交直流聯(lián)網(wǎng)工作是今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)的重點(diǎn)之一，例如正在進(jìn)行的阿里與藏中聯(lián)網(wǎng)工程、規(guī)劃中的中尼聯(lián)網(wǎng)工程等。與現(xiàn)階段西藏電網(wǎng)類似，這些邊遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)也會(huì)存在電網(wǎng)弱、聯(lián)網(wǎng)通道長(zhǎng)、電網(wǎng)運(yùn)行難度大的問(wèn)題。因此，合理有效的安控策略是邊遠(yuǎn)地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交直流互聯(lián)的重要保障。