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(1.國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610072；2. 中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192；3.華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引 言

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)特高壓交直流混聯(lián)工程建設(shè)[1-2]進(jìn)度， 2012年華北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)通過(guò)特高壓試驗(yàn)示范串補(bǔ)加強(qiáng)工程交流互聯(lián)，華中電網(wǎng)與華東電網(wǎng)通過(guò)復(fù)奉、錦蘇±800 kV特高壓直流線路以及宜華、龍政、江城、林楓等 ±500 kV直流線路互聯(lián)。西川電網(wǎng)通過(guò)德陽(yáng)—寶雞背靠背±500 kV與西北電網(wǎng)互聯(lián)，預(yù)計(jì)2013年“三華”聯(lián)網(wǎng)格局將全面形成。作為大型水電外送基地，四川水電資源豐富，小水電多集中于川西、川南，大型水電基地如二灘、錦屏、溪洛渡、官地、向家壩等多集中于四川中部和北部。四川電網(wǎng)將在近年內(nèi)建成錦蘇、復(fù)奉、溪浙三大特高壓直流，屆時(shí)四川電網(wǎng)將形成交直流混聯(lián)格局，因此，大集群水電外送及特高壓交直流聯(lián)網(wǎng)外送能力是四川電網(wǎng)需要重點(diǎn)分析解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一[3-4]。

基于國(guó)家電網(wǎng)及各區(qū)域網(wǎng)省公司最新的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃方案，建立“三華”電網(wǎng)2～3年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和典型方式數(shù)據(jù)，并進(jìn)行校核分析，研究四川電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性及各重要斷面輸電能力，針對(duì)特高壓直流閉鎖后功率轉(zhuǎn)移情況，并結(jié)合特高壓交流電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程，分析與特高壓直流具有較強(qiáng)耦合關(guān)系的交流斷面，為四川電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。

1 特高壓建設(shè)進(jìn)程

特高壓直流線路電壓等級(jí)高、送電距離長(zhǎng)、送電功率大，一旦發(fā)生閉鎖故障，將造成功率的大范圍轉(zhuǎn)移，與特高壓直流輸電線路并聯(lián)運(yùn)行的交流線路潮流加重，引發(fā)整流側(cè)有功過(guò)剩、換流母線電壓升高甚至出現(xiàn)過(guò)電壓等情況；而對(duì)于受端電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，直流閉鎖故障會(huì)導(dǎo)致受端電網(wǎng)有功不足、換流母線電壓短時(shí)升高等情況，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)功角、電壓穩(wěn)定問(wèn)題[5-8]。

在特高壓交直流并聯(lián)系統(tǒng)中交流和直流系統(tǒng)相互的影響是特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響研究的核心，而直流系統(tǒng)和交流的耦合程度是影響特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的重要因素[9-12]。對(duì)于復(fù)雜的“三華”電網(wǎng)，與直流并聯(lián)的交流通道非常復(fù)雜，為了更好地研究交直流之間的交互影響，確定交直流電網(wǎng)之間的耦合關(guān)系非常重要。特高壓交流電網(wǎng)建設(shè)的不同階段，功率轉(zhuǎn)移的情況有所不同，與特高壓直流耦合關(guān)系密切的交流斷面也有所不同，從特高壓交流電網(wǎng)規(guī)劃情況來(lái)看，未來(lái)特高壓建設(shè)進(jìn)程大致可能為以下5個(gè)階段。

(1) 特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段；

(2) 特高壓西縱加強(qiáng)階段；

(3) 特高壓示范工程加強(qiáng)+東縱階段；

(4) 特高壓兩縱階段；

(5) 特高壓兩縱兩橫階段；

從對(duì)四川電網(wǎng)影響的角度出發(fā)，選取(1)、(4)、(5)三個(gè)階段分析四川特高壓直流與相關(guān)交流斷面之間的耦合關(guān)系。特高壓交流電網(wǎng)建設(shè)各階段重要斷面送電功率安排如表1所示。

表1 特高壓交流電網(wǎng)建設(shè)各階段重要

2 特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段

特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段，長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門(mén)特高壓輸電工程僅考慮一回加串補(bǔ)線路，特高壓電網(wǎng)為“兩華”同步電網(wǎng)。該網(wǎng)架下由于特高壓?jiǎn)尉€加強(qiáng)工程安排功率送電方向?yàn)槟纤?，故四川特高壓直流功率與特高壓?jiǎn)尉€加強(qiáng)工程送電功率之間的耦合關(guān)系不明顯，與四川特高壓直流送電功率耦合關(guān)系較為明顯的是川渝、渝鄂500 kV交流斷面。四川特高壓直流一旦發(fā)生閉鎖故障，冗余功率將沿著川渝、渝鄂交流斷面向華中主網(wǎng)轉(zhuǎn)移，有可能導(dǎo)致斷面功率過(guò)載甚至沖破斷面靜穩(wěn)極限導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定。圖1 為特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段系統(tǒng)接線圖。

圖1 特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段系統(tǒng)接線圖

(1)復(fù)奉、溪浙、錦蘇直流發(fā)生單極閉鎖故障，系統(tǒng)均保持穩(wěn)定。復(fù)奉及錦蘇直流發(fā)生單極閉鎖故障后川渝斷面500 kV線路洪板線功率接近熱穩(wěn)限額(2 300 MW)，溪浙直流單極閉鎖后洪板線過(guò)載5.2%。

(2)復(fù)奉直流發(fā)生雙極閉鎖故障，系統(tǒng)失穩(wěn)，提升錦蘇直流單極額定功率的10%(360 MW)或切向家壩電廠1臺(tái)機(jī)(800 MW)即可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

(3)溪浙直流發(fā)生雙極閉鎖故障，系統(tǒng)失穩(wěn)，提升錦蘇及復(fù)奉直流雙極額定功率的10%(1 360 MW)并切溪洛渡電廠1臺(tái)機(jī)(760 MW)，或直接切溪洛渡電廠3臺(tái)機(jī)(2 280 MW)，系統(tǒng)可恢復(fù)功角穩(wěn)定。

(4)錦蘇直流發(fā)生雙極閉鎖故障，系統(tǒng)失穩(wěn)，提升溪浙及復(fù)奉直流雙極額定功率的10%(1 440 MW)并配合切錦屏電廠2臺(tái)機(jī)(1 520 MW)，或直接切除錦屏電廠3臺(tái)機(jī)(2 280 MW)可使系統(tǒng)恢復(fù)功角穩(wěn)定。

3 特高壓兩縱階段

特高壓兩縱階段，西縱長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門(mén)特高壓線加強(qiáng)為三回，東縱錫盟—京北—濟(jì)南—徐州—南京為雙回特高壓雙回線結(jié)構(gòu)，華東電網(wǎng)形成南京—泰州—蘇州—上?！惚薄钅稀茨稀暇╇p環(huán)特高壓網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了“三華”聯(lián)網(wǎng)格局。相比于特高壓?jiǎn)尉€加強(qiáng)階段，四川直流外送功率與特高壓電網(wǎng)間的耦合關(guān)系變得更為緊密。四川特高壓直流發(fā)生閉鎖故障，大量冗余功率將沿著川渝、渝鄂、特高壓西縱工程注入華北電網(wǎng)，并最終穿過(guò)華北電網(wǎng)沿著特高壓東縱工程轉(zhuǎn)入華東電網(wǎng)，該網(wǎng)架下與四川特高壓直流送電功率存在耦合關(guān)系最為明顯的送電斷面為華北—華東特高壓交流斷面。圖2 為特高壓兩縱階段系統(tǒng)接線圖。

圖2 特高壓兩縱階段系統(tǒng)接線圖

(1)四川特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障，系統(tǒng)失去穩(wěn)定，采用僅提升四川特高壓直流線路(健全)的功率或僅切除四川電網(wǎng)部分機(jī)組出力均可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。復(fù)奉、溪浙、錦蘇直流單極閉鎖，采用切機(jī)措施所需切機(jī)量分別為4 000 MW、6 080 MW、4 800 MW；采用直流調(diào)制措施所需的調(diào)制量分別為1 180 MW、1 800 MW、1 600 MW。

(2)四川特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障對(duì)系統(tǒng)的沖擊較大，所需的安控量也很大，需要配合切機(jī)、直流調(diào)制及切負(fù)荷等措施。在計(jì)算分析中對(duì)直流雙極閉鎖安控明確安控原則為首先進(jìn)行直流調(diào)制，調(diào)制量為華中—華東健全直流功率的10%，然后采取切四川電網(wǎng)機(jī)組，切機(jī)量=閉鎖直流功率量-直流調(diào)制量，如果系統(tǒng)仍然不能恢復(fù)穩(wěn)定，則進(jìn)一步采取切華東負(fù)荷或繼續(xù)切四川電網(wǎng)機(jī)組。

1)復(fù)奉特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障

①提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2 540 MW)，切除配套電源向家壩電廠3 860 MW出力，并切除華東電網(wǎng)560 MW負(fù)荷。

②提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2 540 MW)，切除配套電源向家壩電廠5臺(tái)機(jī)(4 000 MW)、二灘電廠2臺(tái)機(jī)(1 100 MW)。

2)溪浙特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障

①提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2 380 MW)，切除配套電源溪洛渡電廠5 620 MW，并切除華東電網(wǎng)1 890 MW負(fù)荷。

②提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2 380 MW)，切除配套電源溪洛渡電廠9臺(tái)機(jī)(6 840 MW)、二灘電廠5臺(tái)機(jī)(2 750 MW)。

3)錦蘇特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障

①提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2 460 MW)，切除配套電源錦屏電廠4 790 MW，并切除華東負(fù)荷1 780 MW。

②提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2 460 MW)，切除配套電源錦屏電廠9臺(tái)機(jī)(5 400 MW)、二灘電廠4臺(tái)機(jī)(2 200 MW)。

4 特高壓兩縱兩橫階段

特高壓兩縱兩橫結(jié)構(gòu)下，川渝交流送電斷面增加雅安—重慶特高壓雙回線，四川電網(wǎng)送電能力大大提高，另外隨著特高壓南橫及北橫的建成，華東交流受電斷面在原來(lái)的濟(jì)南—徐州特高壓雙回線的基礎(chǔ)上增加了武漢—蕪湖特高壓雙回線，濟(jì)南—徐州特高壓雙回線的靜穩(wěn)極限也有所提高，川渝、渝鄂、華北—華東斷面承受特高壓直流閉鎖功率沖擊的能力均較特高壓兩縱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下大大增強(qiáng)，交流斷面與特高壓直流間耦合關(guān)系也有所弱化。圖3為特高壓兩縱兩橫接線圖。

圖3 特高壓兩縱兩橫接線圖

(1)四川特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障，系統(tǒng)可保持穩(wěn)定，無(wú)需采取安控措施。

(2)復(fù)奉直流發(fā)生雙極閉鎖故障，系統(tǒng)失步，提升錦屏、溪浙直流雙極功率的10%(1 520 MW)系統(tǒng)即可恢復(fù)穩(wěn)定，或者直接在向加壩電廠切除3臺(tái)機(jī)(2 400 MW)。

(3)溪浙直流發(fā)生雙極閉鎖故障，系統(tǒng)失步，僅提升復(fù)奉、錦屏直流雙極功率的10%系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)穩(wěn)定，還需切溪洛渡電廠4臺(tái)機(jī)(3 040 MW)；或者直接采取切機(jī)措施切除溪洛渡電廠7臺(tái)機(jī)(5 320 MW)。系統(tǒng)可恢復(fù)穩(wěn)定。

(4)錦蘇直流發(fā)生雙極閉鎖，系統(tǒng)失步，提升復(fù)奉、錦蘇雙極直流功率的10%，并配合切錦屏電廠3臺(tái)機(jī)(1 800 MW)，或者直接切除錦屏電廠6臺(tái)機(jī)(3 600 MW)，系統(tǒng)可恢復(fù)穩(wěn)定。

5 結(jié) 語(yǔ)

特高壓交流工程建設(shè)不同階段，四川特高壓直流與特高壓交流網(wǎng)絡(luò)的耦合關(guān)系也有所不同。

(1)特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段，四川特高壓直流送電功率主要與500 kV川渝、渝鄂斷面存在強(qiáng)耦合關(guān)系，與特高壓交流網(wǎng)絡(luò)耦合關(guān)系不明顯。特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障，系統(tǒng)可保持穩(wěn)定，發(fā)生雙極閉鎖故障，采取直流調(diào)制或切機(jī)措施均可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

(2)特高壓兩縱階段，四川特高壓直流送電功率與華北—華東特高壓交流斷面耦合關(guān)系最為明顯，其次也與500 kV川渝、渝鄂斷面間存在一定的耦合關(guān)系。特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障，需要采取切機(jī)或直流調(diào)制措施使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，發(fā)生雙極閉鎖故障需要配合采用切機(jī)、直流調(diào)制、切負(fù)荷等措施，安控量較大。

(3)特高壓兩縱兩橫階段，川渝交流送電斷面增加了雅安—重慶特高壓雙回線，華東電網(wǎng)特高壓交流受電斷面也加強(qiáng)為4回，川渝、渝鄂、華北—華東斷面承受特高壓直流閉鎖功率沖擊的能力大大增強(qiáng)，斷面與特高壓直流功率間的耦合關(guān)系也有所弱化。特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障系統(tǒng)可保持穩(wěn)定，發(fā)生雙極閉鎖故障，采取直流調(diào)制或切機(jī)措施均可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。

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