電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)控措施研究

羅陽百,張 海,韓建偉,陶旋旋,高善平

(國網(wǎng)濟(jì)寧供電公司,山東 濟(jì)寧 272008)

0 引言

近年來,隨著負(fù)荷的不斷攀升及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜,管控電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的難度也在不斷增加[1-3]。文獻(xiàn)[4-6]從不同角度論述了開展電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析的必要性。文獻(xiàn)[7]針對臺風(fēng)天氣等極端氣象提出了面向臺風(fēng)氣象的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)態(tài)勢感知方法,建立了臺風(fēng)下電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[8]提出了電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的在線計(jì)算方法,并對風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行評估。

電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的研究集中于如何識別風(fēng)險(xiǎn)和評估風(fēng)險(xiǎn),對于如何處置風(fēng)險(xiǎn)的研究較少,本文結(jié)合多年調(diào)度領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn),提出外部開源、內(nèi)部挖潛、強(qiáng)迫潮流分布來預(yù)控電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)措施,并以濟(jì)寧電網(wǎng)夏季負(fù)荷高峰時的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)為例驗(yàn)證措施的有效性,對預(yù)控電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)具有參考作用。

1 概述

電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)是指運(yùn)行中的電網(wǎng)執(zhí)行N-1及同塔線路N-2開斷后,線路、變壓器等電氣設(shè)備的重過載風(fēng)險(xiǎn)[9]。

對所轄電網(wǎng)開展實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)分析是相關(guān)調(diào)控機(jī)構(gòu)的核心業(yè)務(wù)之一,其主要通過在線量測裝置獲取電網(wǎng)實(shí)時潮流數(shù)據(jù)并依托調(diào)度自動化系統(tǒng)對電網(wǎng)進(jìn)行N-1及同塔線路N-2開斷潮流計(jì)算[10-12],調(diào)度自動化系統(tǒng)根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果反饋重過載線路、變壓器等信息。調(diào)控人員對重過載設(shè)備進(jìn)行分析,明確電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)并提前制定預(yù)控措施。

2 電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施

大多數(shù)情況下,調(diào)控人員會通過轉(zhuǎn)移負(fù)荷、調(diào)整發(fā)電機(jī)出力來降低設(shè)備重過載程度。對實(shí)際執(zhí)行效果分析,轉(zhuǎn)移負(fù)荷、調(diào)整發(fā)電機(jī)出力主要適用于線路、變壓器過載15%以內(nèi)的情況,對于過載30%甚至超過40%的情況,僅靠轉(zhuǎn)移負(fù)荷、調(diào)整發(fā)電機(jī)出力等常規(guī)手段難以快速消除設(shè)備過載,使電網(wǎng)在一段時間內(nèi)不能正常運(yùn)行,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。

本文結(jié)合多年電網(wǎng)調(diào)度領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn),提出外部開源、內(nèi)部挖潛、強(qiáng)迫潮流分布來預(yù)控電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)措施。

a.外部開源

將相鄰供電區(qū)域的開環(huán)線路、母聯(lián)或分段開關(guān)轉(zhuǎn)環(huán)路運(yùn)行,減輕或消除設(shè)備過流。

b.內(nèi)部挖潛

調(diào)整發(fā)電機(jī)出力,將部分負(fù)荷調(diào)整為本供電區(qū)域其他站供電,優(yōu)化調(diào)整潮流分布。

c.強(qiáng)迫潮流分布

將供電區(qū)域內(nèi)的線路解合環(huán)、分合分段或母聯(lián)隔離開關(guān),改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)而強(qiáng)迫潮流分布。

3 案例分析

2022年夏季,受高溫天氣影響,濟(jì)寧電網(wǎng)負(fù)荷不斷攀升,多次創(chuàng)出歷史新高。在持續(xù)高溫、高負(fù)荷形勢下,該地區(qū)東部電網(wǎng)N-1/N-2開斷后部分設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重過流風(fēng)險(xiǎn)。取6月20日21:00潮流斷面,N-1/N-2計(jì)算掃描結(jié)果如表1所示。

表1 N-1/N-2計(jì)算掃描結(jié)果

由表1可知,鄒縣電廠220 kV1號母線或鄒宿Ⅰ線掉閘,鄒宿Ⅱ線嚴(yán)重過流;鄒縣電廠220 kV 2號母線或鄒宿Ⅱ線掉閘,鄒宿Ⅰ線嚴(yán)重過流;鄒宿雙線掉閘,鄒接Ⅰ線、鄒陵線同時過流。

鄒宿Ⅱ線最高過流達(dá)47%,鄒宿Ⅰ線最高過流達(dá)40.71%,鄒接Ⅰ線最高過流達(dá)47.1%。

為了應(yīng)對負(fù)荷高峰情況下N-1/N-2開斷后部分設(shè)備嚴(yán)重過流風(fēng)險(xiǎn),依據(jù)本文介紹的外部開源、內(nèi)部挖潛、強(qiáng)迫潮流分布來預(yù)控電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 電網(wǎng)運(yùn)行方式

濟(jì)寧電網(wǎng)以馬青站、接莊站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)為分界點(diǎn)分為東、西兩部分,該地區(qū)電網(wǎng)分布如圖1所示。

圖1 濟(jì)寧電網(wǎng)分布

濟(jì)寧東部電網(wǎng)運(yùn)行方式如下。

a.通過500 kV儒林站1臺容量為1000 MVA主變壓器和鄒縣電廠2臺容量為500 MVA聯(lián)變接入500 kV電網(wǎng)。

b.220 kV系統(tǒng)通過220 kV圣倉線與泰安電網(wǎng)相連,正常方式開環(huán)運(yùn)行,緊急情況下可以轉(zhuǎn)環(huán)路運(yùn)行接帶負(fù)荷。

c.電網(wǎng)具有負(fù)荷重、電源點(diǎn)集中、潮流穿越明顯等特點(diǎn)。

3.2 潮流斷面數(shù)據(jù)

6月20日21:00,濟(jì)寧東部電網(wǎng)潮流斷面數(shù)據(jù):濟(jì)寧東部電網(wǎng)負(fù)荷為1640 MW,其中220 kV北宿站負(fù)荷為310 MW、八里站負(fù)荷為300 MW;鄒縣電廠2臺聯(lián)變下送有功為575 MW;220 kV系統(tǒng)1號、2號機(jī)運(yùn)行,總出力為550 MW;500 kV儒林站1號主變壓器下送有功為330 MW;里彥電廠4號、5號、6號機(jī)組故障停機(jī),僅3號機(jī)開機(jī)運(yùn)行,實(shí)際出力為88 MW,最大可達(dá)120 MW;兗煤熱電廠暫無機(jī)組投運(yùn)。

3.3 電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施探究

本文以鄒縣電廠220 kV 1號母線掉閘,鄒宿Ⅱ線電流1764 A,過流47.0%為例,如圖2所示。從外部開源、內(nèi)部挖潛、強(qiáng)迫潮流分布三方面入手,驗(yàn)證預(yù)控措施的有效性。

圖2 鄒縣電廠220 kV1號母線跳閘,鄒宿Ⅱ線嚴(yán)重過流

a.外部開源

濟(jì)寧東部電網(wǎng)通過聯(lián)絡(luò)線220 kV圣倉線與相鄰供電區(qū)域泰安電網(wǎng)相連,正常運(yùn)行方式下該線路開環(huán)運(yùn)行。經(jīng)計(jì)算,220 kV圣倉線轉(zhuǎn)環(huán)路運(yùn)行后鄒宿Ⅱ線電流為1656 A,線路負(fù)載下降108 A。因該線路遠(yuǎn)離重負(fù)荷變電站北宿站,緩解作用有限,可以作為輔助措施。圣倉線合環(huán)調(diào)整措施如圖3所示。

圖3 圣倉線合環(huán)調(diào)整措施

濟(jì)寧東部電網(wǎng)與西部電網(wǎng)通過馬青站、接莊站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)開環(huán)運(yùn)行。在不考慮汶上站220 kV母線隔離短路電流超標(biāo)的情況下,將接莊站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)轉(zhuǎn)環(huán)路運(yùn)行,鄒縣電廠出力將通過鄒宿Ⅱ線通道向濟(jì)寧西網(wǎng)外送,加劇了鄒宿Ⅱ線的過流程度,因此不能采用。

b.內(nèi)部挖潛

緊急調(diào)整機(jī)組出力:里彥電廠4號、5號、6號機(jī)組停機(jī),僅3號機(jī)開機(jī)運(yùn)行,出力為88 MW,最大可達(dá)120 MW,沒有太大裕度可調(diào)節(jié),且發(fā)電機(jī)增出力速度較慢,因此只能作為輔助措施。

考慮鄒縣電廠1號、2號機(jī)組出力,但因?yàn)?臺聯(lián)變合環(huán)運(yùn)行,500 kV機(jī)組出力通過2臺聯(lián)變下送功率,1號、2號機(jī)組出力后效果不明顯;若同時500 kV機(jī)組和220 kV機(jī)組出力,因鄒縣電廠總裝機(jī)容量為4640 MW,6月20日21:00潮流斷面出力約3750 MW,500 kV機(jī)組和220 kV機(jī)組合計(jì)出力非常大;再加上緊靠重負(fù)荷變電站,所以在聯(lián)變合環(huán)運(yùn)行時調(diào)整發(fā)電機(jī)出力效果微乎其微;若采取拉開2臺聯(lián)變后1號、2號機(jī)組出力,拉開2臺聯(lián)變后,儒林站主變會過載,更關(guān)鍵的是濟(jì)寧東部電網(wǎng)只有儒林站1臺主變與主網(wǎng)相連,方式極為薄弱,所以不建議采取該措施。

部分負(fù)荷調(diào)本供電區(qū)域其他站供電,優(yōu)化調(diào)整潮流分布:北宿站63 MW負(fù)荷(110 kV鄒南站)可調(diào)至八里站、80 MW負(fù)荷(110 kV太宏站)可調(diào)至里彥電廠供電,負(fù)荷調(diào)整后,鄒宿Ⅱ線電流為1610 A,線路負(fù)載降低至154 A,仍過流34.2%。線路過流程度稍有緩解,單靠負(fù)荷調(diào)整手段無法完全消除過流。北宿站負(fù)荷調(diào)整措施如圖4所示。

圖4 北宿站負(fù)荷調(diào)整措施

c.強(qiáng)迫潮流分布

鄒縣電廠220 kV 1號母線掉閘后,鄒宿Ⅱ線過流主要有兩方面原因:一是鄒宿Ⅱ線接帶北宿站、羅廠站、幸福站、接莊站東網(wǎng)負(fù)荷,且北宿站負(fù)荷很重;另一方面兗煤熱電廠無機(jī)組投運(yùn)。從強(qiáng)迫潮流分布進(jìn)行考慮,有2種方案可供選擇。第一,將北宿站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)打開,強(qiáng)迫潮流分布,鄒宿Ⅱ線接帶北宿站2號主變壓器負(fù)荷、羅廠站負(fù)荷;鄒宿Ⅱ線電流為1195 A,過流消失;鄒陵線電流為724 A,過流3.2%,需增加降低鄒陵線電流的輔助措施。該措施能夠快速緩解鄒宿Ⅱ線過流程度,且方式調(diào)整后對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)影響不大。北宿站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)開環(huán)調(diào)整措施如圖5所示。

圖5 北宿站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)開環(huán)調(diào)整措施

第二,將220 kV福宿線解環(huán),強(qiáng)迫潮流分布,鄒宿Ⅱ線接帶北宿站、羅廠站負(fù)荷;鄒宿Ⅱ線電流1426 A,極大緩解了線路過流,但仍過流18.8%;需額外考慮增加里彥電廠出力,同時將北宿站63 MW負(fù)荷(鄒南站)調(diào)八里站供電、80 MW負(fù)荷(太宏站)調(diào)里彥電廠供電,鄒宿Ⅱ線電流為1197 A,過流消失。220 kV福宿線解環(huán)調(diào)整措施如圖6所示。

圖6 220 kV福宿線解環(huán)調(diào)整措施

通過對比,北宿站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)解環(huán)操作簡單,能快速消除鄒宿Ⅱ線過流,但會造成福宿線串供北宿站1號主變壓器方式;福宿線解環(huán)雖能較大緩解鄒宿Ⅱ線過流,但仍過流超過15%,后續(xù)輔助調(diào)整措施較復(fù)雜。

2種方案各有優(yōu)劣,但緊急情況下將設(shè)備過載盡快降低到15%以內(nèi)是需要優(yōu)先考慮的問題。因此,優(yōu)先考慮將北宿站220 kV母聯(lián)隔離開關(guān)解環(huán)強(qiáng)迫潮流分布的措施,具體如下:北宿站拉開220 kV母聯(lián)隔離開關(guān),同時鄒縣電廠2號機(jī)出力為50 MW,鄒宿Ⅱ線電流為1180 A,鄒陵線電流為694 A,過流消失。

4 結(jié)語

本文選取濟(jì)寧電網(wǎng)夏季負(fù)荷高峰時期的實(shí)時電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)案例,結(jié)合多年調(diào)度領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn),積極探索,從外部開源、內(nèi)部挖潛、強(qiáng)迫潮流分布三方面綜合分析,制定出嚴(yán)重過流情況下的電網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)綜合處置措施,對后續(xù)處置電網(wǎng)實(shí)時風(fēng)險(xiǎn)具有重要的參考作用。