衛(wèi)　鵬，劉建坤，周　前，胡昊明，朱鑫要

（江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103）

?

大規(guī)模區(qū)外來電失去背景下電網(wǎng)響應(yīng)機(jī)制的研究

衛(wèi)鵬，劉建坤，周前，胡昊明，朱鑫要

（江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京211103）

摘要：隨著江蘇特高壓電網(wǎng)的不斷發(fā)展，區(qū)外來電的可靠性對(duì)保障地區(qū)供電具有重要意義。特高壓直流等大規(guī)模區(qū)外來電在受端電網(wǎng)需要各個(gè)省級(jí)電網(wǎng)支撐和分擔(dān)，當(dāng)雙極閉鎖等情況損失的電量需要進(jìn)行分?jǐn)偅娋W(wǎng)潮流重新分布。以實(shí)際發(fā)生的錦蘇直流閉鎖歷史事件為背景，分析了區(qū)外來電失去后本地電源的響應(yīng)特性和外省電源的支撐特性，對(duì)于應(yīng)對(duì)區(qū)外來電損失后的潮流控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：區(qū)外來電；特高壓直流；雙極閉鎖；電力電量平衡；電源

至2015年，江蘇電網(wǎng)已有13回交流500 kV省際聯(lián)絡(luò)線與周邊省市電網(wǎng)相連，其中4回連接安徽、2回連接浙江、4回連接上海，3回與山西陽城電廠相連；此外，有2回跨區(qū)直流輸電通道，分別是500 kV龍政直流、800 kV特高壓錦蘇直流，形成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直送、網(wǎng)間互供并存、交直流并供的區(qū)外來電輸送模式［ 1 ］。

根據(jù)年度受電計(jì)劃，最大區(qū)外受電約 13 600 MW，受電量670億kW·h，分別占最大全社會(huì)用電負(fù)荷和用電量15.1%和13.38%。主要成分包括：皖電東送、陽城直送、秦山核電、天荒坪抽蓄、三峽水電、錦屏官地水電等，正常不調(diào)峰的核電和水電合計(jì)9280 MW，占受電計(jì)劃總量的68.2%。日調(diào)峰比例約13%，比全省統(tǒng)調(diào)用電負(fù)荷年平均峰谷差率16.5%低3.5個(gè)百分點(diǎn)。

大規(guī)模區(qū)外來電對(duì)江蘇電網(wǎng)的電力需求平衡作用日益增強(qiáng)，對(duì)于特高壓直流等大規(guī)模區(qū)外來電失去后內(nèi)外電源響應(yīng)機(jī)制研究較少，文中基于歷史雙極閉鎖事故對(duì)電網(wǎng)內(nèi)外電源協(xié)調(diào)配合策略進(jìn)行了研究。

1　區(qū)外來電現(xiàn)狀

江蘇省目前最高統(tǒng)調(diào)用電負(fù)荷達(dá)7800 MW，電網(wǎng)裝機(jī)容量超過90 000 MW。大型的區(qū)外來電主要包括三峽水電、陽城直送、皖電東送。各主要區(qū)外來電規(guī)模及現(xiàn)狀如圖1所示。

圖1　區(qū)外來電現(xiàn)狀及規(guī)模

三峽水電站水電通過500 kV龍政直流送出江蘇電網(wǎng)，落地約為1200 MW。三峽水電和錦屏官地水電合計(jì)8720 MW，占2015年江蘇電網(wǎng)區(qū)外受電比例達(dá)到64.1%，區(qū)外受電成分以水電為主，分月受電計(jì)劃受送端水電豐水期和枯水期變化呈現(xiàn)非常明顯的季節(jié)性特征，冬季枯水期受電計(jì)劃6000 MW，約為夏季豐水期受電計(jì)劃的44%，比夏季最大受電少7600 MW，調(diào)峰比例也明顯高于夏季。

山西陽城電廠包括6臺(tái)350 MW進(jìn)口燃煤發(fā)電機(jī)組，以專線、專供方式通過760 km長線路接人江蘇電網(wǎng)輸送至江蘇500 kV三堡變電站［ 2 ］。

2　區(qū)外來電規(guī)劃

根據(jù)目前國家電網(wǎng)公司“十三·五”電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，江蘇電網(wǎng)將建設(shè)10回1000 kV特高壓交流省際聯(lián)絡(luò)線 （淮南—南京雙回線路、蘇州—上海雙回線路、徐州—豫北雙回線路、徐州—棗莊雙回線路、臨沂—連云港雙回線路），輸電規(guī)模15 000 MW；將建設(shè)3回特高壓直流（錫盟—泰州、晉北—南京、隴東—徐州），輸電規(guī)模28 000 MW；預(yù)計(jì)到2020年江蘇電網(wǎng)區(qū)外來電規(guī)模將超過56 000 MW，較2015年年度計(jì)劃最大受電電力13 600 MW增加3倍以上。預(yù)計(jì)“十三·五”主要區(qū)外來電及規(guī)模如圖2所示［ 3-5 ］。

圖2　“十三·五”區(qū)外受電規(guī)劃

3　特高壓雙極閉鎖后電網(wǎng)響應(yīng)

3.1電網(wǎng)網(wǎng)架

蘇州南部電網(wǎng)主要包括蘇州市區(qū)及吳江地區(qū)，主要通過梅里—木瀆、華能太倉—車坊及石牌—玉山—車坊3個(gè)500 kV輸電通道受電。預(yù)計(jì)2020年1000 kV特高壓淮滬北半環(huán)泰州—蘇州過江通道能夠建成，屆時(shí)蘇南地區(qū)的受電能力將進(jìn)一步提高。蘇南地區(qū)網(wǎng)架如圖3所示［ 6，7 ］。

圖3　蘇南地區(qū)電網(wǎng)示意圖

3.2錦蘇直流閉鎖后潮流分布

3.2.1區(qū)外來電變化情況

以錦蘇直流歷史雙極閉鎖事故為背景，故障時(shí)刻發(fā)生在21：58，故障前錦蘇直流雙極功率4900 MW，從安徽方向受電451 MW，從上海方向受電1216 MW，外送浙江525 MW［ 3 ］。故障失去瞬間錦蘇區(qū)外來電變化情況如圖（4—6）所示。

圖4　上海聯(lián)絡(luò)線功率變化曲線

錦蘇直流雙極閉鎖后，各省按照事故預(yù)案進(jìn)行功率分?jǐn)?，有圖可見，上海省際聯(lián)絡(luò)線功率事故后1 min增加了1121 MW，浙江省際聯(lián)絡(luò)線功率事故后1 min增加了601 MW，安徽省際聯(lián)絡(luò)線功率事故后1 min增加了1050 MW。全部區(qū)外來電相比故障前增加了2772 MW。

圖5　浙江聯(lián)絡(luò)線功率變化曲線

圖6　安徽聯(lián)絡(luò)線功率變化曲線

事故后約5 min區(qū)外來電開始進(jìn)一步增大，此時(shí)上海際聯(lián)絡(luò)線功率事故后5 min增加了965 MW，浙江際聯(lián)絡(luò)線功率事故后5 min增加了558 MW，上海安徽聯(lián)絡(luò)線功率事故后5 min增加了952 MW。全部區(qū)外來電相比故障前增加了2475 MW。

事故后1 h，旋轉(zhuǎn)備用基本已經(jīng)被調(diào)出，區(qū)外來電有所降低，此時(shí)上海省際聯(lián)絡(luò)線功率事故后增加了1565 MW，浙江省際聯(lián)絡(luò)線功率事故后增加了 517 MW，安徽省際聯(lián)絡(luò)線功率事故后增加了68 MW。全部區(qū)外來電相比故障前增加了2150 MW。

因此，整個(gè)雙極閉鎖過程中，區(qū)外來電對(duì)于本省用電支撐都發(fā)揮了巨大的作用［ 10 ］。

3.2.2關(guān)鍵500 kV線路變化情況

過江斷面主要功率變化情況如圖7所示。

圖7　過江斷面功率變化曲線

雙極閉鎖后過江東通道（泰興—斗山雙線）功率受影響較大，功率增加了815.8 MW。過江斷面北電南送潮流增加了927 MW，主要是江北電廠開機(jī)導(dǎo)致。江蘇本地剩余1201 MW缺額主要由江南的機(jī)組承擔(dān)。

蘇南地區(qū)主要線路功率變化情況如圖8所示。蘇南地區(qū)受進(jìn)主要通過3個(gè)通道，西電東送通道石牌—常熟、梅里—木瀆和東通道省際聯(lián)絡(luò)線石牌—黃渡，雙極閉鎖后西電東送通道石牌—常熟增加了928 MW（主要是江北電廠支撐），梅里—木瀆增加了1923 MW（主要是安徽省際聯(lián)絡(luò)線受進(jìn)），蘇南東通道黃渡—石牌增加了1370 MW（主要是上海省際聯(lián)絡(luò)線受進(jìn)）。蘇南地區(qū)總受進(jìn)增加了4221 MW，基本平衡了錦蘇直流損失的區(qū)外來電。

圖8　蘇南地區(qū)主要線路功率變化曲線

3.2.3蘇州站送出線路功率變化情況

蘇州站送出線路蘇州—吳江、蘇州—車坊、蘇州—木瀆線路有功和無功變化情況如圖9所示。

圖9　蘇州送出線路有功功率變化曲線

可見，由于閉鎖后錦蘇直流功率失去，蘇州站送出線路蘇州—吳江、蘇州—車坊、蘇州—木瀆線路有功分別在故障后減小了1338 MW，1247 MW，2303 MW。蘇州送出線路無功功率變化情況如圖10所示。

圖10　蘇州送出線路無功功率變化曲線

可見，由于閉鎖后交流濾波器未切除導(dǎo)致，蘇州站送出線路蘇州—吳江、蘇州—車坊、蘇州—木瀆線路無功分別在故障后增加了457 MW，277 MW，486 MW。

3.3調(diào)度負(fù)荷變化情況

蘇州、無錫、常州和鎮(zhèn)江地區(qū)調(diào)度負(fù)荷在錦蘇雙極閉鎖前后2 h內(nèi)變化情況如圖11所示。

圖11　蘇錫常鎮(zhèn)地區(qū)負(fù)荷變化曲線

蘇州、無錫、常州和鎮(zhèn)江地區(qū)負(fù)荷在錦蘇雙極閉鎖后1 h后基本穩(wěn)定，相比事故前，負(fù)荷正常減小了1348 MW。全省調(diào)度負(fù)荷在1 min后下降了597 MW，5 min后下降了 403 MW，1 h后基本穩(wěn)定，下降了 2440 MW。

3.4機(jī)組出力變化情況

錦蘇直流閉鎖后，通過一次調(diào)頻和自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）等措施全省旋轉(zhuǎn)備用響應(yīng)功率缺額，同時(shí)蘇南主要電廠出力迅速增加，保障全省電力需求。蘇州地區(qū)電廠在事故前后2 h出力情況如圖12所示。

錦蘇直流閉鎖后，通過一次調(diào)頻蘇州地區(qū)機(jī)組功率均有提升，1 min后比故障前增加了330 MW，接著AGC動(dòng)作機(jī)組開始爬坡調(diào)出旋轉(zhuǎn)備用，5 min內(nèi)蘇州地區(qū)機(jī)組總出力增加了520 MW。事故后1 h蘇州地區(qū)機(jī)組出力基本穩(wěn)定，相比事故前，蘇州地區(qū)機(jī)組出力增加了1003 MW。

圖12　蘇州地區(qū)電廠有功出力變化曲線

錫常鎮(zhèn)地區(qū)電廠在事故前后2 h出力情況如圖13所示。

圖13　錫常鎮(zhèn)地區(qū)電廠有功出力變化曲線

錦蘇直流閉鎖后，通過一次調(diào)頻錫常鎮(zhèn)地區(qū)機(jī)組功率均有提升，1 min后比故障前增加了240 MW，接著AGC動(dòng)作機(jī)組開始爬坡調(diào)出旋轉(zhuǎn)備用，5 min內(nèi)錫常鎮(zhèn)地區(qū)機(jī)組總出力增加了410 MW。事故后1 h錫常鎮(zhèn)地區(qū)機(jī)組出力基本穩(wěn)定，相比事故前，錫常鎮(zhèn)地區(qū)機(jī)組出力增加了643 MW。

全省發(fā)電機(jī)組能夠迅速響應(yīng)，一次調(diào)頻和AGC及時(shí)作用，全省調(diào)度發(fā)電在1 min后增加了1504 MW，5 min后達(dá)到了全省調(diào)度發(fā)電最大值，比故障前增加了2109 MW，一次調(diào)頻動(dòng)作和AGC作用旋轉(zhuǎn)備用被調(diào)出對(duì)保障大規(guī)模區(qū)外來電失去后省內(nèi)電力需求起到了重要作用。隨著負(fù)荷同時(shí)降低以及頻率的恢復(fù)，全省電廠出力1h后基本穩(wěn)定，增加了438 MW。

4　結(jié)束語

綜上所述，錦蘇直流雙極閉鎖后損失4900 MW后，1 min左右省際聯(lián)絡(luò)線上區(qū)外來電增加了 2772 MW，全省統(tǒng)調(diào)機(jī)組通過一次調(diào)頻出力增加了1504 MW；1 min后AGC啟動(dòng)開始調(diào)出全省的旋轉(zhuǎn)備用，5 min左右達(dá)到了全省通調(diào)機(jī)組出力達(dá)到最大值，全省統(tǒng)調(diào)機(jī)組通過一次調(diào)頻和 AGC出力增加了 2109 MW，此外由于頻率負(fù)荷特性導(dǎo)致負(fù)荷也降低了403 MW；雙極閉鎖后1 h后頻率基本恢復(fù)正常，省際聯(lián)絡(luò)線上區(qū)外來電增加了2150 MW，全省統(tǒng)調(diào)機(jī)組基本恢復(fù)到故障前水平?？梢姡揽勘臼C(jī)組一次調(diào)頻和AGC可以短時(shí)支撐大規(guī)模區(qū)外來電損失的電量，但是考慮若此時(shí)相鄰省份機(jī)組備用不足或者難以及時(shí)響應(yīng)，勢(shì)必影響本省的安全用電。因此，建議加強(qiáng)相鄰省市電網(wǎng)備用共享和事故支援機(jī)制，使省內(nèi)外電源互為備用以提高全網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)備用水平；加快建立省內(nèi)和省外電源的調(diào)節(jié)義務(wù)分?jǐn)倷C(jī)制，調(diào)動(dòng)省內(nèi)、省外電源參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)的主動(dòng)性、積極性，保障江蘇電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉盛松，秦旭東，汪志成，等. 計(jì)及潮流斷面穩(wěn)定限額的分區(qū)電網(wǎng)最大供電能力研究［J］. 江蘇電機(jī)工程，2015，34（5）：5-9.

［2］ 胡 偉，劉金官，劉華偉. 區(qū)外來電對(duì)江蘇電網(wǎng)的影響及對(duì)策［J］. 華東電力，2006，34（1）：52-56.

［3］ 葉 斌，葛 斐. 安徽電網(wǎng)電源規(guī)劃及調(diào)峰能力平衡研究［J］. 安徽電力，2011，28（3）：81-84.

［4］ 何建虎，王峰華，張 帆. 浙江電網(wǎng)區(qū)外來電狀況淺析［J］. 浙江電力，2013（3）：26-28.

［5］ 吳雪花. 應(yīng)用于月度用電量預(yù)測(cè)的小波分析法［J］. 江蘇電機(jī)工程，2014，33（2）：8-11.

［6］ 丁 楠，陳 中，胡呂龍. 基于源網(wǎng)協(xié)同的風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)雙層優(yōu)化調(diào)度［J］. 江蘇電機(jī)工程，2014，33（5）：6-10.

［7］ 張文婷，范立新，顧 文. 考慮風(fēng)電預(yù)測(cè)誤差的電力系統(tǒng)有功實(shí)時(shí)調(diào)度［J］. 江蘇電機(jī)工程，2016，35（1）：11-15.

衛(wèi)鵬（1988），男，陜西寶雞人，工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行仿真分析和穩(wěn)定研究工作；

劉建坤（1980），男，山東濰坊人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析和規(guī)劃研究工作；

周前（1978），男，江蘇無錫人，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)運(yùn)行分析和規(guī)劃研究工作；

胡昊明（1987），男，江蘇南京人，工程師，從事電力系統(tǒng)分析和穩(wěn)定控制研究工作；

朱鑫要（1987），男，河南鄭州人，工程師，從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制工作。

Study on Grid Response Mechanism to Large-scale Outer Power Loss

WEI Peng， LIU Jiankun， ZHOU Qian， HU Haoming， ZHU Xingyao
（Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute， Nanjing 211103， China）

Abstract：With the development of Jiangsu UHV power grid， reliable outer power is important for regional power supply. Supports from provincial power grids are needed at the receiving end of UHVDC which brings large amount power into the grids. The loss of power caused by bipolar blocking needs to be allocated and the power flow among the power grid has to be redistributed. Tanking a historical UHVDC blocking event in Jiangsu power grid as an example， responding characteristic of local power sources and supporting characteristic of outer power sources are analyzed for the case of outside power loss. The research provides some references to the power flow control for outside power loss.

Key words：outer power； UHVDC； bipolar blocking； electricity and power balance； power sources

中圖分類號(hào)：TM732

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-0665（2016）03-0013-04

作者簡介：

收稿日期：2016-03-02；修回日期：2016-03-31