胡濟洲，奚江惠，宋軍英

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北武漢430077；2.國家電網(wǎng)華中電力調(diào)控分中心，湖北武漢430077；3.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410014)

交直流協(xié)控技術(shù)在大電網(wǎng)的應(yīng)用及配置

胡濟洲1，奚江惠2，宋軍英3

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北武漢430077；2.國家電網(wǎng)華中電力調(diào)控分中心，湖北武漢430077；3.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410014)

基于華中電網(wǎng)跨區(qū)交直流 “送受并存”的特點，采用交直流協(xié)控技術(shù)，當受入型直流故障后，調(diào)制送出型直流功率，以減少不平衡功率在特高壓長南線、500 kV交流電網(wǎng)的轉(zhuǎn)移量，進而保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，消除大功率大范圍轉(zhuǎn)移可能引發(fā)的 “次生災(zāi)害”，同時避免大量切除負荷減少對民生的影響。該技術(shù)已在德寶直流、天中特高壓直流工程中應(yīng)用，有效提高了直流工程和長南線綜合輸送能力。隨著特高壓電網(wǎng)發(fā)展，交直流協(xié)控技術(shù)將得到更廣泛地應(yīng)用。

交直流協(xié)控；受入型直流；送出型直流；系統(tǒng)保護；切負荷

2015年底在電網(wǎng)管理上四川、重慶電網(wǎng)由原華中電網(wǎng)分出，劃入新成立的西南電網(wǎng)管理。管理關(guān)系的變化未改變電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行特性，從便于闡述交直流協(xié)控技術(shù)的應(yīng)用和配置角度，文中 “華中電網(wǎng)”仍指四川、重慶電網(wǎng)與湖北、河南、湖南、江西共同構(gòu)成的交流同步電網(wǎng)。

交直流協(xié)控是指利用直流通道協(xié)調(diào)控制功能以解決特高壓交直流通道各種故障引起的交流電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題的技術(shù)。交直流協(xié)控技術(shù)的實現(xiàn)不同于傳統(tǒng)基于就地信號實現(xiàn)切機切負荷功能解決局部電網(wǎng)穩(wěn)定問題的安全穩(wěn)定控制裝置，是充分利用直流輸電的快速控制能力，通過遠方信息傳輸實施跨區(qū)域協(xié)調(diào)控制，解決故障影響在跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)大范圍傳導(dǎo)造成的穩(wěn)定問題，對傳統(tǒng)的切機切負荷措施有一定替代作用，屬于系統(tǒng)保護的廣域型協(xié)調(diào)控制范疇。文獻 〔1〕針對大電網(wǎng)相互間跨區(qū)影響逐漸顯著等穩(wěn)定問題特征和新型控制手段靈活快速的特點，分析了安控系統(tǒng)廣域協(xié)調(diào)配合的控制策略發(fā)展趨勢。文獻 〔2〕指出隨電力系統(tǒng)擴大和復(fù)雜化，應(yīng)以數(shù)據(jù)通信網(wǎng)為基礎(chǔ)，建立信息充分交換基礎(chǔ)上的交直流混合輸電安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。

自2009年特高壓交流試驗示范工程投運以來，我國特高壓電網(wǎng)得到快速發(fā)展，處于跨區(qū)互聯(lián)樞紐的華中電網(wǎng)實現(xiàn)了跨區(qū)互聯(lián)由超高壓向特高壓的升級。華中－華北聯(lián)網(wǎng)的特高壓交流試驗示范工程擴建，特高壓復(fù)奉、錦蘇、賓金和天中直流投運，與靈寶背靠背直流和三峽送出直流等超高壓直流聯(lián)網(wǎng)工程共同構(gòu)建了華中電網(wǎng) “十一直一交”的跨區(qū)互聯(lián)格局，跨區(qū)互聯(lián)升級的重要特征是單一直流通道輸送功率大幅提升，復(fù)奉、錦蘇、賓金、天中輸送功率分別為6 400 MW，7 200 MW，8 000 MW和8000 MW?？鐓^(qū)互聯(lián)通道的交直流耦合關(guān)系也同時凸顯。

目前特高壓交流長南線單回線聯(lián)絡(luò)華中、華北電網(wǎng)，任一直流通道異常造成的功率不平衡均會在長南線上造成功率波動。根據(jù)長南線2009年投運以來的WAMS記錄，華中電網(wǎng)中功率擾動反映在長南線的功率首擺轉(zhuǎn)移比高達90%～110%。文獻〔3—4〕以華中－華北單回交流線路聯(lián)網(wǎng)為背景，分析了大電網(wǎng)功率沖擊對聯(lián)絡(luò)線首擺功率的影響，闡釋了長南線首擺功率高轉(zhuǎn)移比的機理。首擺功率轉(zhuǎn)移大，超過長南線靜穩(wěn)極限造成長南線解列風險高。仿真計算顯示，若長南線解列，華中電網(wǎng)的穩(wěn)定性將會受到威脅。因此需要采取必要的措施降低直流通道閉鎖等故障后長南線的功率轉(zhuǎn)移。

交直流協(xié)控技術(shù)在 “十二五”初期即已在德寶直流進行了應(yīng)用，后在天中特高壓直流投產(chǎn)時，亦應(yīng)用交直流協(xié)控技術(shù)，建設(shè)了天中交直流協(xié)控系統(tǒng)，保證天中直流閉鎖后華中－華北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

1 大電網(wǎng)交直流協(xié)控技術(shù)應(yīng)用的必要性

圖1為大電網(wǎng)主要跨區(qū)交直流互聯(lián)概況，該圖中華中電網(wǎng)是跨區(qū)互聯(lián)通道最多的區(qū)域電網(wǎng)，是觀察大電網(wǎng)跨區(qū)互聯(lián)情況的良好 “窗口”。其與周邊區(qū)域電網(wǎng)均有聯(lián)絡(luò)，與華北經(jīng)1 000 kV長南Ⅰ線特高壓聯(lián)絡(luò)線交流聯(lián)網(wǎng)；與華東通過±800 kV復(fù)奉、錦蘇、賓金特高壓直流和±500 kV葛南、龍政、宜華、林楓直流聯(lián)網(wǎng)；與西北電網(wǎng)通過靈寶背靠背直流、±500k德寶直流和±800kV天中特高壓直流聯(lián)網(wǎng)；與南方電網(wǎng)通過±500 kV江城直流聯(lián)網(wǎng)〔5〕。

圖1 大電網(wǎng)跨區(qū)互聯(lián)

跨區(qū)互聯(lián)既有交流聯(lián)網(wǎng)又有直流聯(lián)網(wǎng)；既有超高壓互聯(lián)，也有特高壓互聯(lián)。其中僅華中－華北聯(lián)絡(luò)線長南線為交流通道，其余均為直流。特高壓交直流故障對電網(wǎng)的沖擊大，傳統(tǒng)安控裝置采用切除機組、負荷措施減少不平衡功率的轉(zhuǎn)移，減小故障后系統(tǒng)加速面積，保持系統(tǒng)穩(wěn)定。措施的實施對象基于就近原則，所切除的機組或負荷局限于局部電網(wǎng)。措施量特別是切負荷量需盡可能小，以減少社會影響。

但是隨著互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)展，特高壓直流通道數(shù)量快速增加，單一通道輸送功率遠遠大于超高壓直流輸送容量，同時交流電網(wǎng)發(fā)展相對滯后于特高壓直流發(fā)展，直流閉鎖后不平衡能量在交流電網(wǎng)穿越，大范圍轉(zhuǎn)移，可能帶來暫穩(wěn)、熱穩(wěn)、頻率穩(wěn)定等問題，對特高壓交流斷面造成巨大沖擊，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，靠傳統(tǒng)安控需要大量切機、切負荷。通過在局部范圍內(nèi)采取措施的傳統(tǒng)穩(wěn)控措施已不適應(yīng)這類全局性穩(wěn)定問題。

通過直流的緊急功率控制來避免或減少切機、切負荷量成為保證大電網(wǎng)安全和提高跨區(qū)通道輸送能力的必然選擇。

2 大電網(wǎng)交直流協(xié)控技術(shù)應(yīng)用的可行性及其優(yōu)勢

交直流協(xié)控需要一定數(shù)量的交、直流通道作為相互協(xié)調(diào)控制的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。華中電網(wǎng)因其跨區(qū)互聯(lián)結(jié)構(gòu)、電力流向特征使應(yīng)用交直流協(xié)控技術(shù)解決全局性穩(wěn)定問題具有先天優(yōu)勢，故而在突破傳統(tǒng)安控系統(tǒng)配置，采用交直流協(xié)控技術(shù)方面起步較早。

“十一五” 以來，特高壓交流工程、德寶直流、復(fù)奉、錦蘇特高壓直流等跨區(qū)輸電工程陸續(xù)投產(chǎn)，強化了華中電網(wǎng)在跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)中的樞紐地位，也為跨區(qū)輸電通道故障后其余通道緊急調(diào)整相互支援提供了條件，相應(yīng)配置了大范圍內(nèi)實施交直流協(xié)調(diào)控制的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)〔6〕。

從華中電網(wǎng)電力送受角度看，除德寶直流豐水期送出、枯水期受電外，直流通道中三峽近區(qū)的葛南、龍政、宜華、林楓、江城直流和四川的復(fù)奉、錦蘇、賓金特高壓直流均是水電送出通道，對于華中電網(wǎng)而言是送出型直流。靈寶直流和天中特高壓直流則將西北風電、火電送入華中，是華中電網(wǎng)的受入型直流。

長南線大功率向華中送電時跳閘，華中電網(wǎng)將面臨較大功率缺額，可能造成低頻減負荷裝置動作，可以緊急回降送出型直流的送出功率，降低頻率下降幅度。受入型直流如德寶直流 (枯水期向華中送電)、天中特高壓直流閉鎖，大量功率轉(zhuǎn)移至長南線可能造成長南線解列，使華中電網(wǎng)面臨更大功率缺額，同樣可以緊急回降送出型直流的送出功率，減少功率向長南線轉(zhuǎn)移使其不因突破靜穩(wěn)極限而解列，從而避免擴大故障影響。采取這樣的緊急直流調(diào)制措施可減少甚至避免切除負荷，相應(yīng)減少或消除了大范圍配置切負荷裝置帶來的管理和可靠性方面的隱患，也降低了由于穩(wěn)定措施不利而帶來的社會影響。

大電網(wǎng)多通道互聯(lián)、送受并存為交直流協(xié)控技術(shù)的應(yīng)用提供了網(wǎng)架條件。

3 應(yīng)用實例

大電網(wǎng)交直流耦合的特性及送受并存的特點是交直流協(xié)控技術(shù)在華中電網(wǎng)應(yīng)用的重要原因。為實現(xiàn)大電網(wǎng)交直流協(xié)控功能，構(gòu)建了跨省關(guān)聯(lián)的安控系統(tǒng)，隨工程投運的有長南線、德寶直流、天中特高壓直流的交直流協(xié)控系統(tǒng)。三大協(xié)控系統(tǒng)均利用直流緊急調(diào)制功能，可在300 ms內(nèi)完成，三大協(xié)控系統(tǒng)總調(diào)制量約6 000 MW。

3.1 特高壓交直流協(xié)控系統(tǒng)

特高壓交流試驗示范工程擴建后，長南線輸送能力大幅提升。長南線大功率向華中送電時跳閘，華中電網(wǎng)功率缺額較大，頻率將大幅下降，甚至造成第三道防線低頻減負荷裝置動作。為避免切除華中電網(wǎng)大量負荷，配置了特高壓交流長南線與三峽送出直流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，若長南線跳閘且跳閘前輸送功率大于定值，則可在300 ms內(nèi)完成三峽送出直流功率緊急回降，最大調(diào)制量2 000 MW。

該系統(tǒng)通過交流線路故障后緊急調(diào)制送出型直流，避免了長南線大功率向華中送電時跳閘可能造成華中電網(wǎng)損失大量負荷的問題，既保證了特高壓交流擴建工程投運調(diào)試期間大負荷輸送試驗的順利進行，也有效保證了長南線大功率送電方式下華中－華北電網(wǎng)安全。

3.2 德寶直流協(xié)控系統(tǒng)

枯水期德寶直流向華中送電時，如果華中－華北特高壓交流聯(lián)絡(luò)線長南線同時向華中送電，一旦德寶直流閉鎖，可能出現(xiàn)大量功率向長南線轉(zhuǎn)移造成系統(tǒng)靜穩(wěn)破壞的情況，安控系統(tǒng)用于解決華中經(jīng)德寶直流、長南Ⅰ線同時受電方式下這2個通道輸送功率存在耦合關(guān)系的問題。如發(fā)生德寶直流閉鎖，且德寶直流損失功率達到定值時，德陽安控將遠傳功率回降信號至湖北三峽送出直流的龍泉站、宜都站、江陵站、葛洲壩站和四川－華東復(fù)奉特高壓直流復(fù)龍站，相應(yīng)回降龍政直流、宜華直流、江城直流、葛南直流、復(fù)奉直流輸送功率，必要時向譚家灣站安控裝置發(fā)送聯(lián)切四川負荷的命令，系統(tǒng)配置見圖2。

圖2 德寶直流德陽穩(wěn)控系統(tǒng)配置

該系統(tǒng)建設(shè)利用了其他工程既有安控系統(tǒng)。德陽安控的各執(zhí)行站既是德陽安控的子站，同時還屬于其各自的用以實現(xiàn)其他功能的安控系統(tǒng)，如復(fù)龍站安控裝置同屬復(fù)龍側(cè)安控系統(tǒng)，龍泉站、宜都站、江陵站、葛洲壩站安控裝置同屬三峽安控系統(tǒng)。德陽安控通過跨省通信通道在大范圍內(nèi)組織華中多個送出型直流的安控系統(tǒng)，通過協(xié)控多個直流解決對特高壓交流通道的潮流轉(zhuǎn)移沖擊，使華中經(jīng)特高壓交流和德寶直流同時受電能力不再受限，并保證了電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，對于解決豐枯轉(zhuǎn)換特性鮮明的華中電網(wǎng)在枯水期的受電問題發(fā)揮了巨大作用〔6〕。

3.3 天中特高壓直流受端交直流協(xié)控系統(tǒng)

仿真計算表明，枯水期大負荷方式下，特高壓長南線大功率南送時，天中特高壓直流若發(fā)生雙極閉鎖，河南電網(wǎng)可能需要切除超過2 000 MW的負荷。配置了受端中州協(xié)控系統(tǒng)后，若天中直流發(fā)生單換流器或多換流器閉鎖，且天中直流損失功率達到定值時，中州站安控將向龍泉站中州穩(wěn)控發(fā)出回降送出直流功率的命令，回降時間不超過300 ms，必要時向菊城站中州穩(wěn)控發(fā)出聯(lián)切河南負荷的命令。協(xié)控系統(tǒng)充分利用華中電網(wǎng)直流通道送受并存的特點，受入型直流閉鎖則優(yōu)先回降送出型直流功率，將切負荷作為后備措施，降低大量切負荷風險，而且在調(diào)制直流后有效減少了受端電網(wǎng)功率缺額，顯著降低了河南切負荷量，目前最大切負荷量為800～1 200 MW。中州協(xié)控系統(tǒng)配置如圖3所示。

圖3 天中特高壓直流中州穩(wěn)控系統(tǒng)配置

4 應(yīng)用展望

目前交直流協(xié)控系統(tǒng)工程主要應(yīng)用于提高特高壓交流聯(lián)絡(luò)線長南線輸電能力或長南線與受入型直流的綜合輸送能力，并減少受端電網(wǎng)切負荷量。

除此之外，還可拓展其應(yīng)用場景，如基于多回直流的特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動控制，即根據(jù)特高壓長南線監(jiān)測信息，快速調(diào)節(jié)直流功率，抑制特高壓聯(lián)絡(luò)線功率波動幅度，可有效降低特高壓聯(lián)絡(luò)線的功率首擺幅值，從而提高特高壓聯(lián)絡(luò)線安全穩(wěn)定裕度，降低電網(wǎng)中各種擾動對特高壓聯(lián)絡(luò)線的功率沖擊。

同時，還可利用基于多回直流的阻尼調(diào)制功能以提高交流電網(wǎng)阻尼，抑制交流系統(tǒng)低頻振蕩〔7－8〕。

5 結(jié)語

在特高壓交流電網(wǎng)形成初期，特高壓交流暫未能形成特高壓網(wǎng)架，相對薄弱，輸電能力不足；特高壓交直流工程建設(shè)時序存在不確定性，運行方式和控制策略需動態(tài)調(diào)整；同時經(jīng)濟社會發(fā)展已使集中大量切負荷措施實施的難度越來越大。這些因素都使過渡期電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行面臨新的困難。交直流混聯(lián)電網(wǎng)迫切需要新型交直流綜合協(xié)調(diào)控制技術(shù)。

跨區(qū)互聯(lián)直流發(fā)展快而交流發(fā)展相對滯后造成的華中－華北交流弱聯(lián)系，以及實施切除大量負荷措施的巨大困難，同時跨區(qū)通道送受并存的結(jié)構(gòu)特點使華中電網(wǎng)應(yīng)用交直流協(xié)控技術(shù)兼具了必然性和可行性。華中電網(wǎng)的應(yīng)用實踐基于大電網(wǎng)背景，可為當前正在華東等電網(wǎng)開展的多直流頻率緊急控制等系統(tǒng)保護建設(shè)及應(yīng)用提供借鑒。

〔1〕方勇杰.跨區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)緊急控制技術(shù)未來發(fā)展分析 〔J〕.電力系統(tǒng)自動化，2011，35(15):1-5.

〔2〕張徐東.長距離交直流混合輸電安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的配置原則〔J〕.電力系統(tǒng)自動化，2002，26(14):55-58.

〔3〕湯涌，孫華東，易俊，等.兩大區(qū)互聯(lián)系統(tǒng)交流聯(lián)絡(luò)線功率波動機制與峰值計算 〔J〕.中國電機工程學報，2010，30(19): 1-6.

〔4〕劉巨，孫海順，文勁宇，等.交流互聯(lián)電網(wǎng)中大擾動對聯(lián)絡(luò)線的沖擊特性分析方法 〔J〕.電力系統(tǒng)自動化，2013，37(21): 17-22.

〔5〕國家電網(wǎng)公司華中分部.二○一六國家電網(wǎng)運行方式 (華中－西南分冊)〔R〕.2016.

〔6〕奚江惠，胡濟洲，奚江麗.廣域型安全穩(wěn)定控制裝置在華中電網(wǎng)的應(yīng)用和發(fā)展 〔J〕.華東電力，2014，42(7):1 333-1 336.

〔7〕湯涌，何劍，孫華東，等.兩區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)交流聯(lián)絡(luò)線隨機功率波動機制及幅值估計 〔J〕.中國電機工程學報，2012，32 (19):30-35.

〔8〕何劍，孫華東，郭劍波，等.直流功率調(diào)制抑制交流聯(lián)絡(luò)線隨機功率波動的研究 〔J〕.中國電機工程學報，2013，33(25): 93-98.

Application and configuration of AC/DC coordinated control technology in bulk power system

HU Jizhou1，XI Jianghui2，SONG Junying3
(1.State Grid Hubei Electric Power Corporation，Wuhan 430077，China；2.State Grid Central China Power Dispatching and Control Branch，Wuhan 430077，China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China)

Based on the characteristics of coexistent of receiving and sending，DC sending power is modulated to reduce the unbalanced power transfer in UHA Changnan line and 500 kV AC grid，remain system reliable operation，eliminate the faults caused by the transfer of large-scale high power and avoid the influence of people’s livelihood by AC/DC coordinated control technology.The AC/DC coordinated control technology has been used on Debao DC and Tianzhong UHV DC，which enhances the comprehensive transfer capability of both DC and Changnan AC line successfully.With the development of UHV，AC/DC coordinated control technology will obtain more and more application.

AC/DC coordinated control；DC accepting power；DC sending power out；interregional interconnection channels；system protection；load shedding

TM732

B

1008－0198(2016)06－0001－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.001

胡濟洲(1972)，男，湖北利川人，博士，高級工程師，從事電網(wǎng)運行規(guī)劃管理工作。

國家863計劃第19課題 (No.2011AA05A119)

2016－07－04 改回日期:2016－09－20