彭俊春，錢(qián)衛(wèi)華，趙慶麗，方豪

(云南省電力設(shè)計(jì)院，昆明 650051)

直流輸電運(yùn)行對(duì)云南電網(wǎng)的影響研究

彭俊春，錢(qián)衛(wèi)華，趙慶麗，方豪

(云南省電力設(shè)計(jì)院，昆明 650051)

結(jié)合云南直流輸電工程均是以大型水電站為依托的實(shí)際，研究了直流并網(wǎng)、孤島運(yùn)行方式對(duì)云南電網(wǎng)的供需形勢(shì)、潮流分布及安全穩(wěn)定水平的影響，并進(jìn)一步模擬分析了直流緊急功率支援等新技術(shù)在云南電網(wǎng)運(yùn)用的效果。研究發(fā)現(xiàn)直流孤島加劇了云南 “豐余枯缺”的用電矛盾，但可基本消除多回直流故障導(dǎo)致主網(wǎng)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

交直流并列運(yùn)行；供需形勢(shì)；電網(wǎng)安全穩(wěn)定；直流緊急功率支援

0 前言

隨著交流同步大電網(wǎng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)面臨的穩(wěn)定問(wèn)題、短路電流問(wèn)題越來(lái)越突出，受輸電距離的限制，交流電網(wǎng)難以在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。直流輸電方式以其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好、輸電距離長(zhǎng)、可實(shí)現(xiàn)非同步聯(lián)網(wǎng)等方面的優(yōu)勢(shì)，成為區(qū)域間電網(wǎng)互聯(lián)以及遠(yuǎn)距離輸電的主要輸電方式。

云南作為南網(wǎng)范圍內(nèi)水電資源最豐富的省份，無(wú)論從近期還是遠(yuǎn)期來(lái)看都將作為送端，規(guī)劃有多個(gè)直流輸變電工程送電至省外，云南將成為全國(guó)范圍內(nèi)直流落點(diǎn)最多、運(yùn)行方式最復(fù)雜、安全穩(wěn)定問(wèn)題較突出的電網(wǎng)之一。

云南省內(nèi)已有和規(guī)劃的直流輸電工程均是以大型水電站為依托，根據(jù)直流系統(tǒng)是否與交流系統(tǒng)聯(lián)系，可以將直流運(yùn)行方式分為并網(wǎng)運(yùn)行、孤島運(yùn)行。不同的運(yùn)行方式對(duì)云南電網(wǎng)的供需形勢(shì)、潮流分布及安全穩(wěn)定水平有重大影響。主要表現(xiàn)在以下方面：

1)影響云南電力供需形勢(shì)。云南長(zhǎng)期面臨“豐余枯缺”的用電矛盾，而直流依托電站較好的調(diào)節(jié)性能可起到將豐期電能挪至枯期的作用，若直流孤島運(yùn)行，失去電站的調(diào)節(jié)后，云南將面臨豐期棄水增加、枯期出現(xiàn)缺額的問(wèn)題。

2)影響云南電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，隨著國(guó)內(nèi)外柔性直流輸電技術(shù)、多直流緊急功率支援與電壓穩(wěn)定控制、HVDC與SVC協(xié)調(diào)控制等新技術(shù)的不斷發(fā)展，為多直流的安全穩(wěn)定水平的提高提供了技術(shù)支撐。

3)直流的運(yùn)行方式關(guān)系到云南的整體供需，更關(guān)系到云南主網(wǎng)架的安全穩(wěn)定，在此大背景下，開(kāi)展直流運(yùn)行方式對(duì)云南電網(wǎng)的影響研究，可以為調(diào)度部門(mén)提供參考，為云南電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)提供依據(jù)。

1 對(duì)云南供需形勢(shì)的影響

1.1 電站出力與外送特性對(duì)比

2015年，云南將形成 “三直四交”的西電東送大通道，三條直流外送均有1～2座大型水電站作為依托，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具備直流并網(wǎng)運(yùn)行或孤島運(yùn)行的條件。三大直流所依托的小灣電站、糯扎渡電站具備年調(diào)節(jié)能力，溪洛渡電站具備季調(diào)節(jié)能力，是2015年云南省三江干流大水電中調(diào)節(jié)性能最好的三座電站。2015年三大直流外送按協(xié)議外送情況下，依托電站發(fā)電量與外送電量對(duì)比如圖1所示。

圖1 直流外送與依托電站豐枯期電量對(duì)比

可以看出：豐期小灣、金安橋電站有約50億kWh電量要送至云南主網(wǎng)，而溪洛渡、糯扎渡直流分別可吸納主網(wǎng)盈余電量約9、27億kWh；枯期在滿足外送協(xié)議的情況下三直流分別還可留存云南電量約38、8、40億kWh。若直流采取孤島運(yùn)行，則全年直流多送電量101億kWh，外送最多的楚穗直流外送利用小時(shí)達(dá)到6 260 h；豐期減少向主網(wǎng)輸送電量?jī)H15億kWh，而枯期減少留存云南電量86億kWh。

1.2 對(duì)云南供需形勢(shì)影響

分別對(duì)直流并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行情況下云南的供需形勢(shì)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2015年直流不同運(yùn)行方式下云南供需形勢(shì) (枯水年)

可以看出，直流并網(wǎng)運(yùn)行方式下，由于有了直流依托電站的年調(diào)節(jié)性，可實(shí)現(xiàn)豐期送出云南主網(wǎng)盈余電量，枯期電量留存云南消納，這種情況下云南豐期棄水47億kWh，全年水電利用小時(shí)3 302 h，火電利用小時(shí)4 500 h，季節(jié)性電力盈余350萬(wàn)kW。若直流采取孤島運(yùn)行方式，由于直流依托電站調(diào)節(jié)性能較好，外送曲線可由受端自由調(diào)節(jié)，云南失去小灣、糯扎渡等調(diào)節(jié)性能較好電站后，“豐余枯缺”用電矛盾?chē)?yán)重，全年棄水增加至95億kWh，水電大量棄水后利用小時(shí)降低至2 911 h，火電利用小時(shí)為4 650 h情況下，枯期電量缺額達(dá)到26億kWh，同時(shí)季節(jié)性電力盈余增加至400萬(wàn)kW。

2 對(duì)云南電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響

2.1 電網(wǎng)的安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)

直流并網(wǎng)情況下，由于目前的安穩(wěn)控制策略是針對(duì)單回直流故障制定的，在系統(tǒng)發(fā)生多回直流組合性故障的情況下，即使現(xiàn)有安穩(wěn)策略動(dòng)作，也不能使電網(wǎng)保持穩(wěn)定。在直流孤島情況下，由于直流系統(tǒng)不與云南交流系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系，直流故障后不會(huì)有大量的潮流轉(zhuǎn)移沖擊云南主網(wǎng)，因此云南主網(wǎng)可保持穩(wěn)定，在多回直流N-2情況下，由于電源損失過(guò)多，需廣東采取切負(fù)荷措施才能保持電網(wǎng)穩(wěn)定。

綜上所述，直流并網(wǎng)運(yùn)行方式下，單回直流雙極閉鎖，目前的安穩(wěn)措施正確動(dòng)作，可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定；但是針對(duì)多回直流組合閉鎖故障，目前的穩(wěn)控系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)多回直流穩(wěn)控系統(tǒng)之間的通信和協(xié)調(diào)控制，無(wú)法建立各類(lèi)組合中切機(jī)切負(fù)荷量與故障前直流功率之間的函數(shù)關(guān)系，因此無(wú)法找到穩(wěn)控策略防范多直流組合故障。直流孤島運(yùn)行方式下，多回直流組合閉鎖故障導(dǎo)致主網(wǎng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)基本消除。

2.2 主要斷面送電極限

2015年，直流孤島運(yùn)行與并網(wǎng)運(yùn)行相比，云南送出斷面受限因素由直流閉鎖后交流出口動(dòng)穩(wěn)轉(zhuǎn)變?yōu)閺S口～七甸線路熱穩(wěn)，交流輸電能力明顯提高，但是由于溪洛渡電站豐期出力受阻，孤島后直流輸電能力減少，交直流輸電能力基本不變。

此外，還對(duì)直流不同運(yùn)行方式下省內(nèi)主要斷面的送電能力進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)直流孤島運(yùn)行后，云南電網(wǎng)規(guī)模變小，電壓支持能力下降，滇西北主要斷面外送輸電能力有較大程度下降。

表1 直流不同運(yùn)行方式下云電外送斷面極限

3 直流技術(shù)運(yùn)用效果

云南電網(wǎng)是一個(gè)典型的多直流送出系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)為直流功率緊急支援技術(shù)在云南的運(yùn)用創(chuàng)造了有利條件。直流功率緊急支援包括功率的緊急提升與回降。當(dāng)受端或送端電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，要求直流系統(tǒng)迅速改變輸送功率，支援送端或受端電網(wǎng)，以便使其盡快恢復(fù)正常運(yùn)行。利用直流輸電系統(tǒng)對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行緊急功率支援具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)快速可靠；

2)調(diào)節(jié)的容量可以很大：

3)對(duì)系統(tǒng)造成的經(jīng)濟(jì)損失小。

上述優(yōu)點(diǎn)使得利用直流輸電系統(tǒng)對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行緊急功率支援成為一種經(jīng)濟(jì)可行的控制手段。

目前的直流輸電系統(tǒng)一般具備1.3倍的暫時(shí)(3～10 s)過(guò)負(fù)荷能力和1.1倍的短時(shí) (2 h)過(guò)負(fù)荷能力。根據(jù)以上原則，對(duì)楚穗直流雙回極閉鎖后溪洛渡和糯扎渡直流采取緊急功率支援進(jìn)行仿真分析，并與切機(jī)措施進(jìn)行對(duì)比，如下圖所示。

圖3 楚穗直流雙極閉鎖后另兩回直流緊急升功率仿真結(jié)果

可以看出，兩種措施均能使系統(tǒng)保持穩(wěn)定，但是采取緊急升功率后換流站母線頻率、小灣功角波動(dòng)、交流通道功率波動(dòng)幅值更小，收斂性更好。若僅考慮切機(jī)，則需切除小灣4臺(tái)機(jī)280萬(wàn)kW，切機(jī)量較大，若考慮直流緊急功率支援，則可減少小灣切機(jī)量，減少受端備用電源的投入量，充分利用水電資源，提高經(jīng)濟(jì)性。

與此同時(shí)，由于直流功率的提升導(dǎo)致?lián)Q流站消耗無(wú)功增多，母線電壓明顯降低。此外，直流功率的回降相當(dāng)于給交流系統(tǒng)帶來(lái)了第二次擾動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)電壓的影響較為明顯，對(duì)系統(tǒng)頻率的影響較小。

4 結(jié)束語(yǔ)

云南電網(wǎng)是整個(gè)南方電網(wǎng)的末端，2015年將形成一個(gè) “強(qiáng)直弱交”的送端電網(wǎng)，直流系統(tǒng)的運(yùn)行方式或是故障后對(duì)云南電網(wǎng)影響較大。云南直流輸電工程均是以大型水電站為依托，根據(jù)直流系統(tǒng)是否與交流系統(tǒng)聯(lián)系，可以將直流運(yùn)行方式分為并網(wǎng)運(yùn)行、孤島運(yùn)行。

從直流運(yùn)行方式對(duì)云南供需形勢(shì)的影響來(lái)看，由于直流依托電站均是云南調(diào)節(jié)性能較好的電站，直流并網(wǎng)運(yùn)行，可起到豐期送出云南主網(wǎng)盈余電量、枯期電量留存云南消納的作用；直流孤島運(yùn)行，云南失去小灣、糯扎渡等調(diào)節(jié)性能較好電站后，導(dǎo)致云南豐期季節(jié)性電能增加，棄水大量增加，枯期電力電量缺額增加， “豐余枯缺”用電矛盾更加嚴(yán)重。

從直流運(yùn)行方式對(duì)云南電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響來(lái)看，直流孤島后，直流故障不會(huì)導(dǎo)致潮流的大規(guī)模轉(zhuǎn)移，多回直流組合閉鎖故障導(dǎo)致主網(wǎng)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)基本消除，云南電網(wǎng)面臨的安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)大大降低，同時(shí)孤島后云南交流通道的送電能力也得到了提高。但是，直流孤島運(yùn)行，云南電網(wǎng)規(guī)模變小，電壓支持能力下降，滇西北主要斷面輸電能力有較大程度下降。

云南電網(wǎng)是一個(gè)有多直流送出的電網(wǎng)，有利于直流功率緊急支援技術(shù)的運(yùn)用，根據(jù)仿真計(jì)算的結(jié)果，采用此技術(shù)后，故障情況下可有效減少機(jī)組切機(jī)量，充分利用水電資源，提高經(jīng)濟(jì)性，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定水平。

建議孤島方式僅作為云南直流的一種特殊運(yùn)行方式，特殊情況下采用；云南面臨的交直流并列運(yùn)行帶來(lái)的巨大安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，可通過(guò)云南電網(wǎng)與南網(wǎng)異步進(jìn)行解決。建議積極推進(jìn)直流功率緊急支援技術(shù)等直流新技術(shù)在云南的運(yùn)用。

[1] 趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù).北京：中國(guó)電力出版社，2004

[2] DL755-2001，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則[3] 南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心，西南電力設(shè)計(jì)院，廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，等.《±800 kV云廣特高壓直流工程對(duì)南方電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響研究》系列報(bào)告.廣州：南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心，2006

[4] 云南省電力設(shè)計(jì)院.《云南電網(wǎng) “十二五”電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)》系列報(bào)告.昆明：云南省電力設(shè)計(jì)院，2011

[5] 陳允鵬.南方電網(wǎng)特高壓輸電技術(shù)應(yīng)用展望.南方電網(wǎng)技術(shù)研究中心.2006

[6] 李立浧.特高壓直流輸電的技術(shù)特點(diǎn)和工程應(yīng)用.電力設(shè)備，2006

趙慶麗 (1973)，高級(jí)工程師，云南省電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)仿真技術(shù)研究。

Research on Influence of DC Operation Mode on Yunnan Power Grid

PENG Junchun，QIAN Weihua，ZHAO Qingli，F(xiàn)ANG Hao
(Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650051，China)

This paper studies the influence of the the two operation modes to Yunnan power grid supply and demand situation，trends and distribution of safe and stable level.And then studies the effect of new technologies on the Yunnan Power Grid such as the DC emergency power support.HVDC operating as island exacerbated conflicts that Surplus in the flood season and shortages in the dry season，but it can eliminate the risk of instability in the main network because of DC fault，improve system stability.

AC-DC parallel operation；Supply and demand；Security and stability of the grid；the DC emergency power support

TM74

B

1006-7345(2015)03-0017-03

2015-1-9

彭俊春 (1987)，助理工程師，云南省電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)仿真技術(shù)研究 (e-mail)864024443＠QQ.com。

錢(qián)衛(wèi)華 (1974)，高級(jí)工程師，云南省電力設(shè)計(jì)院，長(zhǎng)期從事電力系統(tǒng)規(guī)劃、電力系統(tǒng)仿真技術(shù)研究 (e-mail) qianweihua2005＠126.com。