常喜強(qiáng)，孫誼媊，姚秀萍，梁 靜，趙明君

(1.新疆電力調(diào)度通信中心，新疆烏魯木齊 830002;2.新疆電力科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊 830002)

0 引言

大區(qū)交流聯(lián)網(wǎng)形成初期弱聯(lián)系階段，原電網(wǎng)內(nèi)部運(yùn)行特性的變化一直是電網(wǎng)安全分析的焦點(diǎn)。該文深入分析研究了新疆西北交流聯(lián)網(wǎng)后的電網(wǎng)特性變化，影響機(jī)理，梳理新疆750/220 kV電網(wǎng)運(yùn)行控制模式，確定了調(diào)整方向，重點(diǎn)對(duì)電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)，分區(qū)互供方式，調(diào)度運(yùn)行控制模式進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)對(duì)區(qū)域穩(wěn)定控制模式和優(yōu)化方案等進(jìn)行分析研究，并提出了相應(yīng)保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的解決措施。

1 新疆電網(wǎng)內(nèi)部穩(wěn)定水平變化情況

新疆西北聯(lián)網(wǎng)后，新疆電網(wǎng)穩(wěn)定性發(fā)生了變化，呈現(xiàn)出“兩個(gè)加強(qiáng)，四個(gè)改善，四個(gè)加劇，三個(gè)新增，三個(gè)不變”的特點(diǎn)。

兩個(gè)加強(qiáng)體現(xiàn)在新疆與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)得到了加強(qiáng)(鳳烏升壓工程)，新疆南北部電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)得到了加強(qiáng)(吐巴工程)。

四個(gè)改善體現(xiàn)在送端“窩電”狀況得到改善，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性得到改善，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性得到了改善，部分地區(qū)供電可靠性得到了改善。

四個(gè)加劇體現(xiàn)在電壓控制難度加劇，解網(wǎng)后的頻率、電壓穩(wěn)定問(wèn)題交織，復(fù)雜程度加劇，聯(lián)絡(luò)線控制與風(fēng)電控制難度加劇，電網(wǎng)運(yùn)行方式調(diào)整靈活，安排配合復(fù)雜程度加劇。

三個(gè)新增體現(xiàn)在新增西北外送通道(750 kV哈敦雙線)，新增南疆750 kV送電通道(750 kV吐巴通道)，新增動(dòng)態(tài)穩(wěn)定低頻振動(dòng)網(wǎng)間模式一個(gè)(新疆機(jī)組對(duì)西北主網(wǎng)機(jī)組模式)。

三個(gè)不變體現(xiàn)在新疆電網(wǎng)局部地區(qū)供大于求發(fā)供電不平衡狀況不變;新疆電網(wǎng)基本潮流走向沒(méi)有改變，部分?jǐn)嗝娴姆€(wěn)定問(wèn)題不變;穩(wěn)定極限基本不變。

2 控制模式變化分析

新疆與西北聯(lián)網(wǎng)后，新疆電網(wǎng)電壓控制模式、電磁環(huán)網(wǎng)控制模式、調(diào)峰、調(diào)頻控制模式、區(qū)域性電網(wǎng)穩(wěn)定控制模式、調(diào)度管理模式均發(fā)生了較大的變化。

2.1 電壓控制模式

750/220 kV電壓級(jí)差較西北主網(wǎng)750/330 kV以及國(guó)內(nèi)其他地區(qū)500/220 kV或1 000/500/220 kV大，且在國(guó)內(nèi)無(wú)先例，根據(jù)電壓變化經(jīng)驗(yàn)公式，電壓變化與聯(lián)絡(luò)線傳輸功率大小、潮流波動(dòng)水平、線路阻抗以及母線短路容量相關(guān)。聯(lián)網(wǎng)的750 kV線路充電功率大(百公里充電功率280 Mvar，是500 kV線路的2.8倍)，沿線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較弱，短路容量小，接力送電的聯(lián)網(wǎng)通道上，潮流波動(dòng)頻繁并且幅度大，從而導(dǎo)致聯(lián)網(wǎng)通道近區(qū)220 kV母線電壓波動(dòng)較大。而750 kV電網(wǎng)缺少動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)手段，采用高、低抗固定補(bǔ)償，正常運(yùn)行中電壓控制較為困難。對(duì)聯(lián)網(wǎng)通道近區(qū)220 kV電壓控制要求苛刻。通過(guò)計(jì)算分析，若按750 kV母線電壓不超過(guò)800 kV控制，需將近區(qū)220 kV母線運(yùn)行電壓控制在230～238 kV范圍內(nèi)，在現(xiàn)有調(diào)節(jié)手段下運(yùn)行控制難度大。

由于新疆境內(nèi)750 kV變電站均為單主變壓器運(yùn)行，輕潮流下，聯(lián)網(wǎng)通道上750 kV母線初始電壓偏高。主變壓器N－1故障后，電網(wǎng)將失去220 kV電網(wǎng)的電壓鉗制作用，同時(shí)失去750 kV主變壓器低壓側(cè)低抗;同時(shí)失去低壓補(bǔ)償，導(dǎo)致750 kV母線出線運(yùn)行過(guò)電壓，需進(jìn)行綜合考慮電壓調(diào)整和控制問(wèn)題。

圖1 750/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)示意圖

烏北主變壓器跳閘，烏北750 kV母線電壓升高幅度約為50～70 kV，為抑制部分主變壓器特別是末端饋供主變壓器跳閘后750 kV母線高電壓，需聯(lián)切750 kV線路，從而電網(wǎng)運(yùn)行從N－1問(wèn)題升級(jí)為N－2問(wèn)題，還需要調(diào)控電壓同時(shí)需控制各750、220 kV斷面潮流，關(guān)聯(lián)因素較多。

220 kV電網(wǎng)面臨正常小負(fù)荷方式下電壓偏高需消化吸收750 kV系統(tǒng)未補(bǔ)償?shù)娜菪詿o(wú)功，750 kV主變壓器N－1故障情況下，750 kV系統(tǒng)變化的容性無(wú)功被切除，220 kV系統(tǒng)因失去容性無(wú)功造成感性無(wú)功偏多，電壓偏低，而750 kV設(shè)備又因?yàn)槿鄙俚母行詿o(wú)功補(bǔ)償而電壓偏高，不論750 kV還是220 kV電網(wǎng)，電壓反復(fù)波動(dòng)問(wèn)題突出。

此外，新疆電網(wǎng)內(nèi)750 kV系統(tǒng)的電壓水平與西北電網(wǎng)內(nèi)750 kV系統(tǒng)的電壓水平相關(guān)聯(lián)，鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)的電壓調(diào)整隨聯(lián)絡(luò)線傳輸功率變化而變化，并相互制約，使得電壓調(diào)整控制延伸面擴(kuò)大。

由于上述因素造成電壓調(diào)整和控制關(guān)聯(lián)因素增多，電壓控制模式變化較大，需進(jìn)行調(diào)整。

2.2 電磁環(huán)網(wǎng)控制模式

新疆電網(wǎng)出現(xiàn)多個(gè)大型電磁環(huán)網(wǎng)，分別為鳳烏電磁環(huán)網(wǎng)，烏吐電磁環(huán)網(wǎng)，吐哈電磁環(huán)網(wǎng)，吐巴電磁環(huán)網(wǎng)，電磁環(huán)網(wǎng)帶來(lái)的是系統(tǒng)短路水平的不斷上升，熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定引起的控制問(wèn)題。采取分區(qū)分片的運(yùn)行方式是解決短路電流問(wèn)題的發(fā)展趨勢(shì)，但是在分區(qū)運(yùn)行后需考慮設(shè)備檢修、電力電量平衡、設(shè)備過(guò)載等問(wèn)題，同時(shí)還帶來(lái)不同情況下的運(yùn)行方式多變，保護(hù)定值方案多套，事故支援能力變?nèi)?，運(yùn)行方式調(diào)整困難、調(diào)度運(yùn)行操作復(fù)雜等問(wèn)題。

在環(huán)網(wǎng)方式下部分220 kV輸電斷面制約著750 kV系統(tǒng)送出功率，同時(shí)750 kV系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行和停運(yùn)也造成220 kV線路穿越潮流的變化。上述設(shè)備的檢修需相互配合，相互兼顧。此外新疆電網(wǎng)因網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，疆內(nèi)750 kV設(shè)備停運(yùn)相互之間也影響較大，需統(tǒng)一考慮。

2.3 調(diào)峰、調(diào)頻控制模式

新疆電網(wǎng)由孤網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)為聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，由獨(dú)立電網(wǎng)轉(zhuǎn)為西北區(qū)域電網(wǎng)一部分。新疆電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻控制模式將發(fā)生較大的變化，電網(wǎng)AGC控制模式需要調(diào)整。通常AGC有四個(gè)基本目標(biāo)及其分別對(duì)應(yīng)的四個(gè)控制模式。

(1)負(fù)荷平衡控制模式:使整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)電與負(fù)荷基本平衡。

(2)定頻率控制模式:保證電力系統(tǒng)的頻率偏差在某一范圍內(nèi)，并使均值為零。

(3)聯(lián)絡(luò)線控制模式:在各控制區(qū)域內(nèi)調(diào)節(jié)發(fā)電出力，使聯(lián)絡(luò)線功率偏差積分值為零。

(4)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制模式:控制本區(qū)域內(nèi)的分配發(fā)電，使發(fā)電成本最小。

新疆電網(wǎng)在與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，采用聯(lián)絡(luò)線頻率控制模式，但由于是聯(lián)網(wǎng)設(shè)備均為單主變壓器，還需考慮主變壓器跳閘，解網(wǎng)方式下的定頻率控制模式，解網(wǎng)方式還存在不同地區(qū)，不同機(jī)組參與，需要進(jìn)行調(diào)整和改變，在兩者之間切換。如:在750 kV哈敦雙線斷開(kāi)，吐哈一二線斷開(kāi)，烏吐一二線斷開(kāi)方式下，天光電廠、察汗烏蘇電廠、庫(kù)車電廠等機(jī)組的AGC控制模式需做相應(yīng)的調(diào)整。

AGC控制模式復(fù)雜程度增加，控制模式多變，需要考慮和完善相關(guān)功能定義。

對(duì)于系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量的制定，電力、電量平衡、機(jī)組開(kāi)機(jī)方式等均進(jìn)行了多種情況的考慮。既要滿足系統(tǒng)外送要求、又要滿足聯(lián)網(wǎng)通道故障后穩(wěn)控切機(jī)要求，滿足系統(tǒng)故障情況下的快速響應(yīng)調(diào)節(jié)能力，負(fù)荷變化、風(fēng)電出力變化要求。

2.4 區(qū)域性電網(wǎng)穩(wěn)定控制模式

聯(lián)網(wǎng)后電網(wǎng)具有明顯的區(qū)域性特征:烏北地區(qū)、吐魯番地區(qū)、哈密地區(qū)局部電力系統(tǒng)各自由多個(gè)電源節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，分區(qū)內(nèi)穩(wěn)定性與分區(qū)內(nèi)電源具有強(qiáng)相關(guān)性。對(duì)于這樣的系統(tǒng)，其安全穩(wěn)定控制，需綜合考慮這些電源的運(yùn)行狀態(tài)，因而往往需要大量的遠(yuǎn)方信息傳遞。這樣就使得區(qū)域性電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制復(fù)雜程度增加，尤其是在各種情況下如何保證全套裝置動(dòng)作的可靠動(dòng)作。

區(qū)域穩(wěn)控控制模式也需適應(yīng)多種情況進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，對(duì)于750 kV/220 kV，由原有的集中控制模式調(diào)整為采取750 kV/220 kV分層控制模式。形成以三個(gè)變電站六套裝置為樞紐的108套系統(tǒng)分區(qū)分層進(jìn)行控制。

2.5 調(diào)度管理模式

聯(lián)網(wǎng)后，新疆省調(diào)調(diào)度管理由單一的孤網(wǎng)運(yùn)行管理變?yōu)槁?lián)網(wǎng)運(yùn)行管理與孤網(wǎng)運(yùn)行管理雙重方式，需積極適應(yīng)新的聯(lián)網(wǎng)方式，將新疆電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中形成了一套適應(yīng)新疆電網(wǎng)實(shí)際情況的調(diào)度管理模式進(jìn)行優(yōu)化、轉(zhuǎn)型、轉(zhuǎn)變，在調(diào)度運(yùn)行、運(yùn)行方式、調(diào)度計(jì)劃、繼電保護(hù)、通信、自動(dòng)化專業(yè)的工作標(biāo)準(zhǔn)、工作制度、專業(yè)流程，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、制度，全面梳理。

對(duì)于調(diào)度運(yùn)行方面，轉(zhuǎn)變孤網(wǎng)運(yùn)行管理，加強(qiáng)電網(wǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)，合理安排系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用容量、事故備用容量、檢修備用容量及其分布，要求具備相應(yīng)的響應(yīng)調(diào)節(jié)能力，對(duì)于電網(wǎng)穩(wěn)定工作，聯(lián)合網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、地調(diào)制定協(xié)調(diào)一致的穩(wěn)定規(guī)定，拉路限電序位表，制定緊急來(lái)路限電措施。調(diào)度運(yùn)行人員及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整有關(guān)調(diào)頻廠，重視聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)的過(guò)電壓?jiǎn)栴}，保持發(fā)電機(jī)組自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)在運(yùn)行狀態(tài)，采用快速勵(lì)磁，合理使用并聯(lián)電抗器，控制系統(tǒng)運(yùn)行電壓在正常范圍內(nèi)，對(duì)可能發(fā)生的各類嚴(yán)重故障，平時(shí)制定相應(yīng)預(yù)案和反事故演習(xí)，在二次系統(tǒng)方面，加強(qiáng)網(wǎng)省繼電保護(hù)的運(yùn)行管理工作，完善規(guī)章制度，整定方案，整定原則，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施、定期檢驗(yàn)、設(shè)備維護(hù)等環(huán)節(jié)。對(duì)電網(wǎng)第三道防線需統(tǒng)一考慮，對(duì)于重要設(shè)備的電網(wǎng)通信，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和各樞紐站的自動(dòng)化設(shè)備、加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)和管理。

3 提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平控制模式調(diào)整措施

為提高新疆電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后的安全穩(wěn)定水平，在深入分析了電網(wǎng)穩(wěn)定性變化情況，電網(wǎng)控制模式存在不足，提出以下控制模式調(diào)整措施。

3.1 針對(duì)電壓控制

合理選擇750 kV主變壓器分接頭檔位，縮小變比，優(yōu)化確定750 kV無(wú)載調(diào)壓變壓器分接頭位置，做到750 kV、220 kV系統(tǒng)同時(shí)優(yōu)化，聯(lián)合調(diào)壓。加強(qiáng)常規(guī)電源并網(wǎng)管理，充分發(fā)揮其調(diào)壓能力。靜態(tài)電壓故障前做好控制預(yù)案和相應(yīng)控制策略，故障情況下電壓控制需穩(wěn)控系統(tǒng)與人員控制相結(jié)合。

3.2 針對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)

加快電網(wǎng)建設(shè)，為電磁環(huán)網(wǎng)方式解環(huán)提供條件，開(kāi)展新疆電網(wǎng)規(guī)劃網(wǎng)架及過(guò)渡期間電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)專題研究，優(yōu)化電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)方案，優(yōu)化電源分區(qū)互供，減少潮流迂回轉(zhuǎn)供，減少電網(wǎng)相互制約因素。優(yōu)化區(qū)域穩(wěn)控策略的優(yōu)化工作，增加相應(yīng)的區(qū)域穩(wěn)控策略。

3.3 針對(duì)調(diào)峰、調(diào)頻

根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況，針對(duì)電網(wǎng)故障解列孤網(wǎng)運(yùn)行后不同AGC“掛起”措施。優(yōu)化現(xiàn)有AGC策略，結(jié)合運(yùn)行開(kāi)展相關(guān)的優(yōu)化。制定多種AGC控制模式。合理確定系統(tǒng)備用容量，將風(fēng)電、水電、火電、聯(lián)絡(luò)線備用統(tǒng)籌考慮，充分發(fā)揮區(qū)域聯(lián)網(wǎng)綜合效益。將電源按AGC區(qū)域貢獻(xiàn)率進(jìn)行劃分，與不同方式下頻率調(diào)整控制進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

3.4 針對(duì)區(qū)域穩(wěn)控

研究切負(fù)荷執(zhí)行站、切機(jī)執(zhí)行站接入方式變更，切負(fù)荷功能閉鎖程序優(yōu)化，策略改進(jìn)，做到“自適應(yīng)”。

3.5 針對(duì)調(diào)度管理

盡快融入網(wǎng)省一體化運(yùn)作，加強(qiáng)溝通，建立協(xié)作機(jī)制。建立統(tǒng)一和諧的調(diào)度協(xié)調(diào)機(jī)制。

4 結(jié)論

新疆與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，可以充分發(fā)揮大電網(wǎng)、大機(jī)組、大容量遠(yuǎn)距離輸電的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)能源、電力資源的優(yōu)化配置;可以實(shí)現(xiàn)水電、火電、核電、風(fēng)電等不同特性電力資源的互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)更大的經(jīng)濟(jì)和安全效益。但電網(wǎng)大范圍互聯(lián)又會(huì)使電網(wǎng)事故影響范圍擴(kuò)大，如果處理不當(dāng)，有造成大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)。需要在電網(wǎng)運(yùn)行控制各個(gè)方面的模式進(jìn)行調(diào)整和轉(zhuǎn)換，梳理新疆750/220 kV電網(wǎng)運(yùn)行控制模式，確定調(diào)整方向，迅速改進(jìn)和轉(zhuǎn)變，以滿足電網(wǎng)各種運(yùn)行工況的需求，此外，電網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計(jì)方面也需要進(jìn)行綜合考慮，開(kāi)展電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)研究、電源分區(qū)消納研究、電源接入地方式研究，750～220 kV電壓控制專題研究等，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的各級(jí)電網(wǎng)，各級(jí)電網(wǎng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)統(tǒng)籌發(fā)展，為電網(wǎng)運(yùn)行提供堅(jiān)強(qiáng)的物理保障。