宋建光，姚　巽

(國網(wǎng)甘肅省電力公司調(diào)度控制中心，甘肅 蘭州　730030)

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甘肅電網(wǎng)重要斷面穩(wěn)控措施研究

宋建光，姚巽

(國網(wǎng)甘肅省電力公司調(diào)度控制中心，甘肅 蘭州730030)

甘肅電網(wǎng)是西北電網(wǎng)的重要組成部分。由于地處西北電網(wǎng)中心地帶，肩負(fù)著“西電東送”和“北電南送”的重任，與新疆、青海、寧夏、陜西4省均有重要750 kV的聯(lián)絡(luò)線。由于甘新斷面、甘青斷面、甘寧斷面和甘陜斷面均通過較大功率，甘肅電網(wǎng)的穩(wěn)定與否也就成了西北電網(wǎng)穩(wěn)定與否的關(guān)鍵。仿真了各個(gè)斷面在N-2故障下重要發(fā)電機(jī)相對功角和重要750 kV交流線頻率，提出了針對實(shí)際情況的穩(wěn)控措施，對提高甘肅電網(wǎng)重要斷面的穩(wěn)定性有一定指導(dǎo)作用。

甘肅電網(wǎng)；斷面；穩(wěn)控措施

0　引　言

甘肅電網(wǎng)處于西北電網(wǎng)的中部，是西北電網(wǎng)的主要組成部分，主網(wǎng)電壓等級為750 kV、330 kV[1]。目前，甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)量約為30 000 MW，地區(qū)負(fù)荷約為15 000 MW，外送需求迫切。尤其是甘肅西北部敦煌橋?yàn)车貐^(qū)大量風(fēng)電接入、河西地區(qū)大量光伏接入，而這些地區(qū)負(fù)荷不大無法就地消納，使得新能源外送需求迫切[2]。甘肅電網(wǎng)總體結(jié)構(gòu)是細(xì)長型，甘肅西北部和甘肅南部通過細(xì)長的河西走廊相連。在西電東送的大形勢下，新疆送到甘肅和甘肅西北部的新能源主要通過河西走廊中的線路輸送至甘肅南部，再經(jīng)由甘肅南部進(jìn)行外送。相對來說，甘肅西北部與新疆、青海聯(lián)系緊密，甘肅南部與陜西、寧夏、青海西寧地區(qū)聯(lián)系緊密，而西北部和南部聯(lián)系相對來說不緊密[3]。

隨著大規(guī)模聯(lián)合電力系統(tǒng)的逐步形成，遠(yuǎn)距離和大功率輸電線路的出現(xiàn)，系統(tǒng)發(fā)生事故導(dǎo)致大面積停電的概率增加，而保證安全可靠的供電是電力系統(tǒng)運(yùn)行的首要要求，因此對系統(tǒng)進(jìn)行安全穩(wěn)定分析是十分必要和重要的[4]。文獻(xiàn)[5]分析了甘肅電網(wǎng)冬季及夏季大運(yùn)行方式下系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[6]提出了甘肅隴南南部電網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化及安全穩(wěn)定的控制方案，對如何根據(jù)實(shí)際情況采取穩(wěn)控措施給出了有益的分析。

下面對甘肅內(nèi)部斷面和與外部聯(lián)絡(luò)斷面進(jìn)行了N-1故障掃描，重點(diǎn)仿真了甘陜斷面、甘寧斷面、甘青斷面、甘新斷面和甘肅內(nèi)部斷面在N-2故障下重要發(fā)電機(jī)相對功角和重要750 kV交流線頻率，提出了針對實(shí)際情況的穩(wěn)控措施，對提高甘肅電網(wǎng)重要斷面的穩(wěn)定性有一定指導(dǎo)作用。

1　N-1故障下的穩(wěn)控措施

對甘肅內(nèi)部斷面和與外部聯(lián)絡(luò)斷面進(jìn)行N-1故障掃描，大部分均未發(fā)現(xiàn)元件過載情況，未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重故障情況。僅僅是敦煌變電站N-1下有可能發(fā)生過載情況，如表1所示。

表1　典型方式下甘肅750 kV各主變壓器的通過功率

750 kV敦煌變電站接入風(fēng)電規(guī)模大，330 kV及以下電壓等級接入的風(fēng)電容量達(dá)到7 000 MW左右，在輸電通道允許時(shí)，風(fēng)電出力可達(dá)到4 000 MW以上。敦煌變電站主變壓器規(guī)模為2×2 100 MVA，正常時(shí)需預(yù)控上網(wǎng)功率不超過主變壓器容量。在主變壓器N-1故障時(shí)，如果超過主變壓器容量，則需要根據(jù)情況采取安控措施切除部分風(fēng)電，保證敦煌變電站滿足N-1要求。

2　N-2故障下的穩(wěn)控措施

由于N-1故障不會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此重點(diǎn)研究N-2故障下各個(gè)斷面的穩(wěn)控措施，包括甘陜斷面、甘寧斷面、甘青斷面、甘新斷面和甘肅內(nèi)部斷面。

2.1甘陜斷面

2015年甘陜斷面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生重要變化： 第二聯(lián)絡(luò)通道750 kV天水—寶雞雙回線投運(yùn)，與750 kV平?jīng)觥h雙回線形成雙通道；同時(shí)天水—寶雞330 kV線路開斷，解開750 kV/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)。

陜甘斷面輸送方式一般為西電東送，經(jīng)仿真，輸送功率極限受限于750 kV乾縣—平?jīng)鲭p回線N-2故障后750 kV天水—寶雞雙回線的靜態(tài)穩(wěn)定水平，穩(wěn)定極限約為8 200 MW。因此提出穩(wěn)控措施，在正常運(yùn)行方式下，控制甘陜斷面輸送功率不超過8 200 MW。在現(xiàn)有夏季大運(yùn)行方式下，分別設(shè)置重要750 kV線路N-2故障，故障均是750 kV雙回線短路，監(jiān)視甘肅南部地區(qū)重要發(fā)電機(jī)功角是否失步以及頻率是否可以保持穩(wěn)定；同時(shí)，檢驗(yàn)以往穩(wěn)控措施合理與否，如果不合理，提出新的合理的穩(wěn)控措施。

下面，以乾縣—平?jīng)鲭p回線為例，設(shè)置N-2故障：發(fā)生異名兩相同時(shí)接地故障，重合不成功雙回線三相同時(shí)跳開。利用軟件進(jìn)行故障設(shè)置，進(jìn)行仿真后得到結(jié)果。監(jiān)視甘肅南部重要發(fā)電機(jī)功角如圖1所示。

圖1　乾縣—平?jīng)鲋匾l(fā)電機(jī)相對功角曲線

圖1是故障之后，甘肅南部重要發(fā)電機(jī)的相對功角曲線。選取甘肅平?jīng)鲭姀S為參考，監(jiān)測陜西電廠和其他甘肅電廠相對平?jīng)鲭姀S的相對功角。從圖1上可以看出，故障之后發(fā)電機(jī)相對功角略有波動(dòng)，但未超過180°。說明系統(tǒng)可以保持暫態(tài)穩(wěn)定。

同時(shí)監(jiān)測南部重要750 kV母線的頻率，如圖2所示。

由圖2可以看出，故障之后母線頻率略有波動(dòng)，但很快恢復(fù)穩(wěn)定。頻率波動(dòng)中極限值為50.06 Hz和49.98 Hz，在允許的范圍內(nèi)。所以頻率穩(wěn)定，無需進(jìn)行切機(jī)或者切負(fù)荷的穩(wěn)控措施。經(jīng)分析，乾縣—平?jīng)鍪鹿是肮β始s為2 092 MW，事故后功率絕大部分轉(zhuǎn)由天水—寶雞輸送。對夏季大運(yùn)行方式做完仿真后，再對冬季大運(yùn)行方式進(jìn)行仿真。結(jié)果發(fā)電系統(tǒng)仍可保持暫態(tài)穩(wěn)定。此外，還仿真了蘭州東—平?jīng)?、蘭州東—天水和寶雞—天水回路的N-2故障，細(xì)節(jié)不再贅述。

圖2　乾縣—平?jīng)鲋匾?50 kV交流線頻率

甘陜斷面仿真分析的主要結(jié)論和穩(wěn)控措施如下：2014年甘陜斷面第2通道蘭州東—天水—寶雞750 kV線路投入，使得甘陜斷面輸電能力大大增強(qiáng)。經(jīng)過校驗(yàn)，確定甘陜斷面靜態(tài)穩(wěn)定極限為8 200 MW。當(dāng)其中一個(gè)通道發(fā)生N-2故障時(shí)，原來由該通道輸送的功率轉(zhuǎn)由另外一個(gè)通道輸送；同時(shí)，由于目前運(yùn)行方式下，甘陜斷面輸送功率并不大，綜合上述兩點(diǎn)原因，4個(gè)重要750 kV線路發(fā)生N-2故障并不會(huì)造成系統(tǒng)失步和不穩(wěn)定。部分故障需要采取穩(wěn)控措施，其中乾縣—平?jīng)鯪-2故障需要采取新的穩(wěn)控措施：天水變電站加裝穩(wěn)控裝置，監(jiān)測乾縣—平?jīng)鲭p回線。一旦發(fā)生N-2故障，切除崇信、平?jīng)?、西固等電廠機(jī)組約1 000 MW，以保證主變壓器不過載。蘭州東—平?jīng)鯪-2故障需要采取如下穩(wěn)控措施：切除平?jīng)龌蚓疤┮慌_機(jī)150 MW，以維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。天水—寶雞N-2故障采取穩(wěn)控措施如下：平?jīng)鲎冸娬狙b置監(jiān)測天水—寶雞雙回線，一旦發(fā)生N-2故障，切除崇信、平?jīng)觥⑽鞴痰入姀S機(jī)組約900 MW，以保證平?jīng)鲎冸娬静贿^載。

為此提出建議，隨著甘肅西北部新能源的接入，甘肅西電東送的需求愈加迫切?？梢灶A(yù)見，甘陜斷面在未來輸送的功率可能會(huì)持續(xù)增加，因此，條件允許可以在天水變電站、平?jīng)鲎冸娬驹俜謩e加裝1臺2 100 MW的主變壓器。加裝主變壓器后，將有效提高斷面功率的輸送能力。發(fā)生N-2故障后，也不用再進(jìn)行切機(jī)。

2.2甘寧斷面

甘寧斷面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化：2015年甘寧斷面第2通道平?jīng)觥P山—太陽山750 kV工程投運(yùn)，甘寧斷面形成了4回750 kV聯(lián)絡(luò)線，考慮斷開原甘寧斷面330 kV聯(lián)絡(luò)線路，解開750/330 kV電磁環(huán)網(wǎng)。第2通道投運(yùn)后，甘寧斷面功率輸送能力大大提高，同時(shí)在北電南送的情況下緩解了白銀—黃河線路的壓力。在現(xiàn)有夏季大運(yùn)行方式下，分別設(shè)置甘寧斷面的重要750 kV線路N-2故障，故障均是750 kV雙回線短路，監(jiān)視甘肅南部地區(qū)重要發(fā)電機(jī)功角是否失步以及頻率是否可以保持穩(wěn)定。

下面，以黃河—白銀雙回線為例，設(shè)置N-2故障：發(fā)生異名兩相同時(shí)接地故障，重合不成功雙回線三相同時(shí)跳開。利用軟件進(jìn)行故障設(shè)置，進(jìn)行仿真后得到結(jié)果。監(jiān)視甘肅南部重要發(fā)電機(jī)功角和重要750 kV交流線頻率如圖3和圖4所示。

圖3　黃河—白銀重要發(fā)電機(jī)相對功角曲線

圖4　黃河—白銀重要750 kV交流線頻率

從圖3中可以看出故障發(fā)生后發(fā)電機(jī)之間并沒有發(fā)生失步問題。可以認(rèn)為系統(tǒng)保持了暫態(tài)穩(wěn)定。從圖4中可以看出，甘寧斷面上的交流線和附近的交流線頻率會(huì)略有上升，但在允許范圍之內(nèi)，所以在現(xiàn)有的運(yùn)行方式下無需采取穩(wěn)控措施。

綜上所述，黃河—白銀N-2故障不需要采取穩(wěn)控措施。此外，還仿真了蘭州東—白銀、武勝—白銀回路的N-2故障，細(xì)節(jié)不再贅述。

2.3甘青斷面

2015年甘青斷面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并未發(fā)生重大變化，由750 kV武勝—西寧交流線和750 kV蘭州東—官亭構(gòu)成。在現(xiàn)有夏季大運(yùn)行方式下，分別設(shè)置重要750 kV線路N-2故障，故障均是750 kV雙回線短路，監(jiān)視甘肅南部地區(qū)重要發(fā)電機(jī)功角是否失步以及頻率是否可以保持穩(wěn)定。

下面，對武勝—西寧、蘭州東—官亭雙回線設(shè)置N-2故障：發(fā)生異名兩相同時(shí)接地故障，重合不成功雙回線三相同時(shí)跳開。利用軟件進(jìn)行故障設(shè)置，進(jìn)行仿真后得到結(jié)果。下面直接給出主要的分析結(jié)論和穩(wěn)控措施。

相對而言，武勝—西寧輸送功率較大，而蘭州東—官亭輸送功率較小，所以武勝—西寧發(fā)生故障時(shí)對系統(tǒng)影響較大需要采取穩(wěn)控措施以保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定；而蘭州東—官亭發(fā)生故障時(shí)對系統(tǒng)影響不大，故而無需采取穩(wěn)控措施。在蘭州東變電站加裝穩(wěn)控裝置，蘭州東變電站監(jiān)測武勝—白銀線路，一旦發(fā)生N-2故障，將切機(jī)命令下發(fā)至蘭鋁、西固、連城等電廠，切機(jī)量整定在290 MW左右。

2.4甘新斷面

2015年甘新斷面第2通道甘肅沙洲—新疆哈密南投運(yùn)，和原來第1通道甘肅敦煌—新疆哈密形成4回線的聯(lián)絡(luò)通道。第2通道的投入使得斷面間的輸送功率大大提高，即使其中1個(gè)通道發(fā)生故障，另1個(gè)通道也可以傳輸盈余功率。分別對沙洲—哈密南、敦煌—哈密、敦煌—酒泉雙回線設(shè)置N-2故障：發(fā)生異名兩相同時(shí)接地故障，重合不成功雙回線三相同時(shí)跳開。利用軟件進(jìn)行故障設(shè)置，進(jìn)行仿真后得到結(jié)果。主要的分析結(jié)論和穩(wěn)控措施如下。

沙洲—哈密南N-2故障下的穩(wěn)控措施，由于敦煌主變壓器是重載主變壓器，所以一旦敦煌—哈密線路輸送功率上升，有可能會(huì)超過敦煌主變壓器的額定容量。由此制訂穩(wěn)控措施，沙洲—哈密南發(fā)生N-2故障后，敦煌變電站下發(fā)切機(jī)命令，切除敦煌地區(qū)上網(wǎng)風(fēng)電300 MW，依次保證敦煌主變壓器不過載。

敦煌—哈密N-2故障，該故障發(fā)生后系統(tǒng)保持暫態(tài)穩(wěn)定，頻率不會(huì)受到明顯影響，主變壓器不存在過載問題，因此無需采取穩(wěn)控措施。

敦煌—酒泉N-2故障下的穩(wěn)控措施，該故障一旦發(fā)生，在沙洲變電站、敦煌變電站加裝振蕩解列裝置，故障發(fā)生后新疆機(jī)組和整個(gè)西北電網(wǎng)機(jī)組失步，因此解開沙洲—哈密南雙回線、敦煌—哈密雙回線，使得新疆電網(wǎng)脫離出整個(gè)西北電網(wǎng)。采取解列措施后，使得甘肅電網(wǎng)不再受新疆電網(wǎng)影響，發(fā)電機(jī)功角穩(wěn)定，頻率穩(wěn)定；另一方面，解列后甘肅敦煌地區(qū)風(fēng)電無法送出，而本地負(fù)荷無法消納：所以在解列的同時(shí)需要進(jìn)行切機(jī)，切除敦煌、橋?yàn)车貐^(qū)全部上網(wǎng)風(fēng)電，以保持敦煌地區(qū)的頻率穩(wěn)定。

2.5甘肅內(nèi)部斷面

經(jīng)過上面的分析，甘肅網(wǎng)架中750 kV的交流線基本都已經(jīng)分析完畢，只剩下酒泉—河西750 kV雙回線需要研究。由于酒泉—河西處在狹長的河西走廊上，是甘肅電網(wǎng)西電東送的唯一通道，所以發(fā)生故障后可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。設(shè)置N-2故障：發(fā)生異名兩相同時(shí)接地故障，重合不成功雙回線三相同時(shí)跳開。利用軟件進(jìn)行故障設(shè)置，進(jìn)行仿真后得到結(jié)果。監(jiān)視酒泉—河西750 kV雙回線重要發(fā)電機(jī)功角和重要750 kV交流線頻率，如圖5和圖6所示。

圖5　酒泉—河西重要發(fā)電機(jī)相對功角曲線

圖5中可以看出，酒泉地區(qū)發(fā)電機(jī)相對功角穩(wěn)定，甘肅南部地區(qū)發(fā)電機(jī)相對功角穩(wěn)定，但酒泉地區(qū)相對甘肅南部地區(qū)發(fā)電機(jī)功角振蕩劇烈，說明系統(tǒng)已經(jīng)失去暫態(tài)穩(wěn)定。

從圖6可以明顯發(fā)現(xiàn)，西北地區(qū)頻率嚴(yán)重失穩(wěn)。說明系統(tǒng)已經(jīng)失去穩(wěn)定，需要采取穩(wěn)控措施去解決問題。經(jīng)過進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)新疆電網(wǎng)機(jī)組、甘肅西北部酒泉地區(qū)機(jī)組和全網(wǎng)失步，因此應(yīng)該采取解列措施。

圖6　酒泉—河西重要750 kV交流線頻率

解列斷面選擇泉魚斷面，即酒泉—河西、沙洲—魚卡。酒泉—河西已經(jīng)發(fā)生N-2故障，此時(shí)應(yīng)解開沙洲—魚卡雙回線，使得新疆地區(qū)連帶甘肅西北部地區(qū)解列出西北主網(wǎng)；同時(shí)，由于甘肅西北部地區(qū)敦煌、橋?yàn)成暇W(wǎng)風(fēng)電無法送出，需要進(jìn)行部分切機(jī)，切機(jī)量經(jīng)過仿真整定在2 600 MW左右較為合適。

由此，提出酒泉—河西N-2故障下的穩(wěn)控措施：酒泉變電站加裝穩(wěn)控裝置，監(jiān)測酒泉—河西線路狀況，一旦發(fā)生N-2故障，傳遞命令至沙洲變電站，解開沙洲—魚卡雙回線；同時(shí)，向敦煌變電站、橋?yàn)匙冸娬景l(fā)出切機(jī)命令，切除敦煌、橋?yàn)车貐^(qū)上網(wǎng)風(fēng)電和酒泉熱電廠1臺機(jī)共計(jì)2 600 MW。

采取穩(wěn)控措施之后，酒泉—河西750 kV雙回線重要發(fā)電機(jī)功角和重要750 kV交流線頻率如圖7和圖8所示。

圖7　采取穩(wěn)控措施后酒泉—河西重要發(fā)電機(jī)相對功角曲線

圖8　采取穩(wěn)控措施后酒泉—河西重要750 kV交流線頻率

由此可見，采取穩(wěn)控措施之后系統(tǒng)相對功角穩(wěn)定、交流線路頻率穩(wěn)定，可以認(rèn)為穩(wěn)控措施得當(dāng)。主要的分析結(jié)論和穩(wěn)控措施如下：

地處狹長的河西走廊地區(qū)，酒泉—河西750 kV肩負(fù)著甘肅電網(wǎng)西電東送的重任；同時(shí)，酒泉—河西也是唯一的輸送通道：所以，一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致甘肅西北部和甘肅南部發(fā)電機(jī)失步，系統(tǒng)失去暫態(tài)穩(wěn)定。此時(shí)，就需要進(jìn)行解列，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)控措施如下：酒泉變電站加裝穩(wěn)控裝置，監(jiān)測酒泉—河西線路狀況，一旦發(fā)生N-2故障，傳遞命令至沙洲變電站，解開沙洲—魚卡雙回線；同時(shí)，向敦煌變電站、橋?yàn)匙冸娬景l(fā)出切機(jī)命令，切除敦煌、橋?yàn)车貐^(qū)上網(wǎng)風(fēng)電和酒泉熱電廠1臺機(jī)共計(jì)2 600 MW。

3　結(jié)　論

通過對甘肅電網(wǎng)幾個(gè)重要斷面的故障進(jìn)行仿真，得出了N-1故障對電網(wǎng)穩(wěn)定影響并不嚴(yán)重的結(jié)論，在N-2故障下分析了故障對重要發(fā)電機(jī)相對功角和重要750 kV交流線頻率的影響，并提出了合理的穩(wěn)控措施。甘陜斷面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重要變化，提出了在部分地區(qū)加裝主變壓器等新的穩(wěn)控措施。甘寧斷面在現(xiàn)有的運(yùn)行方式下無需采取穩(wěn)控措施。甘青斷面中武勝—西寧發(fā)生故障時(shí)對系統(tǒng)影響較大需要采取穩(wěn)控措施以保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，而蘭州東—官亭發(fā)生故障時(shí)對系統(tǒng)影響不大，故無需采取穩(wěn)控措施。對于甘新斷面，故障一旦發(fā)生，在沙洲變電站、敦煌變電站加裝振蕩解列裝置，故障發(fā)生后新疆機(jī)組和整個(gè)西北網(wǎng)機(jī)組失步，因此解開沙洲—哈密南雙回線、敦煌—哈密雙回線，使得新疆電網(wǎng)脫離出整個(gè)西北電網(wǎng)。由于甘肅內(nèi)部斷面地處狹長的河西走廊地區(qū)，酒泉—河西也是唯一的輸送通道，所以，一旦發(fā)生故障，將導(dǎo)致甘肅西北部和甘肅南部發(fā)電機(jī)失步，系統(tǒng)失去暫態(tài)穩(wěn)定。此時(shí)，需要進(jìn)行解列，以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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Gansu power grid is an important part of the northwest power grid. It is located in the center of Northwest Power Grid and bears the "west to east" and "north to south" transmission tasks. It has important 750 kV tie lines with Xinjiang, Qinghai, Ningxia and Shanxi provinces. The stability of Gansu power grid is the key to the stability of the Northwest Power Grid because the power going through the sections of Gansu-Xinjiang, Gansu-Qinghai, Gansu-Ningxia and Gansu-Shanxi is great. The relative power angles of important generators and frequency of important 750 kV AC lines underN-2 fault are simulated. The stability control measures for the actual situation are proposed and it plays a guiding role to improve the stability of the important sections of Gansu power grid.

Gansu power grid; section; stability control measures

TM74

A

1003-6954(2016)04-0078-06

2016-02-14)

宋建光(1980)，工程師，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性；

姚巽(1984)，工程師，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)度、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。