孫大雁　孫玉瑋　王偉　洪亮

摘要：隨著特高電網(wǎng)的建設(shè)，江蘇逐步進(jìn)入大受端電網(wǎng)時(shí)代。由于特高壓傳輸?shù)墓β示薮?，加上長距離特高壓的輸送增加故障的概率，一旦出現(xiàn)雙極閉鎖的事故，江蘇電網(wǎng)乃至華東電網(wǎng)將面臨大額的功率缺失，很可能導(dǎo)致大面積的停電事故。為此，2016年起國家電網(wǎng)主導(dǎo)率先在江蘇建設(shè)“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)”來應(yīng)對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)。該系統(tǒng)其將零散分散、不可控的海量可中斷用電負(fù)荷集中起來進(jìn)行精準(zhǔn)實(shí)時(shí)控制，從而在實(shí)現(xiàn)調(diào)控電廠發(fā)電的同時(shí)，也能精準(zhǔn)快速地調(diào)控用戶用電。為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性、正確性和可靠性，在國調(diào)中心的統(tǒng)一組織下，2017年5月24日14時(shí)05分進(jìn)行了江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)精確切負(fù)荷控制系統(tǒng)的實(shí)切演練驗(yàn)證，本文就此次演練從技術(shù)層面和數(shù)據(jù)層面進(jìn)行較詳細(xì)的分析。

關(guān)鍵詞：特高壓電網(wǎng)；源網(wǎng)荷；負(fù)荷快切

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）08-0221-02

1引言

近幾年，國家電網(wǎng)公司積極響應(yīng)國家能源變革的號(hào)召，全力構(gòu)建以特高壓為骨干網(wǎng)架，以智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)，以輸送清潔能源為主導(dǎo)的全球能源互聯(lián)網(wǎng)，推進(jìn)大型清潔能源的遠(yuǎn)距離輸送，解決了外送通道不足，跨區(qū)送電困難的問題，清潔能源利用比例日益提高。到2020年，江蘇通過特高壓電網(wǎng)引入的區(qū)外來電大將超過3700萬千瓦，約占江蘇總負(fù)荷31%。江蘇全省新能源容量約2150萬千瓦，其中風(fēng)電1000萬千瓦、光伏發(fā)電500萬千瓦。

隨著能源變革的深入推進(jìn)，電網(wǎng)發(fā)展形態(tài)也在不斷發(fā)生變化，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行面臨新的挑戰(zhàn)。一方面，能源的大范圍配置給電網(wǎng)帶來系統(tǒng)性的風(fēng)險(xiǎn)，受端電網(wǎng)要求具備承受突然失去大容量區(qū)外來電的彈性承受力和恢復(fù)力，現(xiàn)有的區(qū)域電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力和備用容量難以滿足需求。另一方面，由于清潔能源的隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性的特性，增加了電網(wǎng)調(diào)控不確定，維持電網(wǎng)供需平衡難度加大，移峰填谷是亟待解決的問題。在此形勢下，為提升清潔能源消納而進(jìn)行的遠(yuǎn)距離、大容量電能輸送需要智能化、快速化的電網(wǎng)安全能力支持；未來，以可再生清潔能源為主的電能結(jié)構(gòu)需要常態(tài)化、大規(guī)模的電網(wǎng)互動(dòng)能力支持。源、網(wǎng)、荷三者之間實(shí)現(xiàn)友好互動(dòng)是電網(wǎng)發(fā)展的迫切需求。

大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)在這樣的背景需求下應(yīng)運(yùn)而生，2015年，國網(wǎng)江蘇省電力公司積極開展創(chuàng)新實(shí)踐，在全國首次開展了大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)的研究和建設(shè)。通過技術(shù)和機(jī)制的創(chuàng)新，構(gòu)建規(guī)?；S需應(yīng)變的虛擬發(fā)電資源，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間尺度的集中控制和快速響應(yīng)，達(dá)到廣域分布的“源”、“網(wǎng)”、“荷”實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)匹配，提升了電網(wǎng)應(yīng)對(duì)突發(fā)嚴(yán)重故障和移峰填谷能力，使大面積停電預(yù)警和應(yīng)急處置先期響應(yīng)的時(shí)間從分鐘級(jí)縮短至毫秒級(jí)，顯著提高了電網(wǎng)的彈性。

2016年江蘇電力在全省建立了376萬千瓦的秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷能力，其中具備100萬千瓦的毫秒級(jí)精準(zhǔn)切負(fù)荷能力，實(shí)施了344.75萬千瓦的需求響應(yīng)。預(yù)計(jì)到2020年，系統(tǒng)將形成1200萬千瓦負(fù)荷精準(zhǔn)控制能力。為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)的有效性、正確性和可靠性，在國調(diào)中心的統(tǒng)一組織下，2017年5月24日14時(shí)05分進(jìn)行了江蘇大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)精確切負(fù)荷控制系統(tǒng)的實(shí)切演練驗(yàn)證。隨著演練總指揮的一聲令下，±800千伏錦蘇特高壓直流被人工閉鎖，江蘇電網(wǎng)瞬間缺少300萬千瓦電力供應(yīng)。蘇州市六分之一區(qū)域存在全部停電或者更大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)。源網(wǎng)荷系統(tǒng)即刻動(dòng)作，按事先預(yù)案瞬間下發(fā)了一系列調(diào)控指令，直流調(diào)制、抽水蓄能和精準(zhǔn)可切負(fù)荷都正確地進(jìn)行了毫秒級(jí)響應(yīng)。電網(wǎng)頻率短時(shí)內(nèi)跌落至49.79Hz，控制系統(tǒng)動(dòng)作后，迅速恢復(fù)49.99Hz，重要輸電斷面潮流都在正常變化范圍中，沒有發(fā)生越界情況。本文將對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行全方位的論述，并從技術(shù)層面進(jìn)行較詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析。

2源網(wǎng)荷事件演變過程

整個(gè)事件包含了控制中心一系列的指令和直流調(diào)制、抽蓄切泵和負(fù)荷快切等一系列的響應(yīng)動(dòng)作，其中重要場景記錄如下：

1）事件發(fā)生0時(shí)刻，特高壓發(fā)生閉鎖，本地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)大額的電能供需缺口；

2）87ms后，華東收到錦蘇雙極閉鎖信號(hào)，錦蘇線功率瞬間變?yōu)?，電網(wǎng)頻率開始下降；

3）117ms后，控制中心下發(fā)指令：瑯琊山抽蓄切泵減供、政平&楓涇直流調(diào)制增發(fā)、南橋&金華直流調(diào)制增發(fā)、桐柏抽蓄切泵減供；

4）141ms后，控制中心開始進(jìn)行精準(zhǔn)切負(fù)荷指令的下發(fā)：木瀆&玉山負(fù)荷控制子站Ⅰ類負(fù)荷快切、太倉Ⅰ類負(fù)荷控制子站快切、吳江Ⅰ類負(fù)荷控制子站快切；

5）212ms后，玉山負(fù)荷控制子站光纖用戶響應(yīng)、太倉負(fù)荷控制子站用戶響應(yīng)、木瀆負(fù)荷控制子站用戶響應(yīng)、玉山負(fù)荷控制子站4G用戶響應(yīng)；

6）221ms后，桐柏抽水蓄能電站切泵、瑯琊山抽水蓄能電站切泵；

7）236ms后，金華直流調(diào)制響應(yīng)、政平直流調(diào)制響應(yīng)、楓涇直流調(diào)制響應(yīng)；

8）268ms后，控制中心下發(fā)第二批指令：天荒坪抽蓄切泵、宜興抽蓄切泵、響水&仙居抽蓄切泵、奉賢&紹興直流調(diào)制、半嶺抽蓄切泵、華新直流調(diào)制；

9）410ms后，宜興抽蓄響應(yīng)、響水抽蓄響應(yīng)、半嶺抽蓄響應(yīng)、仙居抽蓄響應(yīng)、南橋直流調(diào)制響應(yīng)、華新&紹興直流調(diào)制響應(yīng)、奉賢直流調(diào)制響應(yīng)；

10）890ms后，天荒坪抽蓄響應(yīng)；

11）電網(wǎng)頻率恢復(fù)正常；

12）電網(wǎng)二次調(diào)頻逐步發(fā)揮作用，被切負(fù)荷進(jìn)入自主恢復(fù)階段，至事件發(fā)生15分鐘后，80%的用戶負(fù)荷已經(jīng)恢復(fù)。

3事件過程分析

整個(gè)實(shí)切演練經(jīng)過2個(gè)多月的精心準(zhǔn)備，動(dòng)用大量人力、物力，雖然取得了成功，但過程中暴露出來的不少問題，在此進(jìn)一步深入細(xì)致的分析。

1）錦蘇特高壓直流被人工閉鎖后，江蘇電網(wǎng)瞬間缺少3000MW萬千瓦電力供應(yīng)，蘇州市六分之一區(qū)域存在全部停電或者更大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)，然而本次缺額的供給主要是依靠切除天荒坪等7座抽蓄電站共計(jì)約2025MW正在抽水的機(jī)組來彌補(bǔ)的。

2）本次演練中啟用了世界首套“大規(guī)模源網(wǎng)荷友好互動(dòng)系統(tǒng)”，及時(shí)調(diào)度“虛擬電廠”資源（切除了可中斷負(fù)荷25.5萬千瓦，用戶數(shù)233戶）；控制實(shí)際下發(fā)負(fù)荷切除量本是278MW，而實(shí)際切除量為255MW，除了有15條線路（虛擬發(fā)電機(jī)）因按原來的設(shè)定小于10KW下限沒有啟動(dòng)外，另有33條線路因負(fù)控開關(guān)的拒動(dòng)而未能實(shí)現(xiàn)有效減供（虛擬發(fā)電機(jī)未能投產(chǎn)發(fā)電），這也是目前虛擬電廠建設(shè)過程中最常見故障問題，是后期繁重的檢測檢修任務(wù)中的一部分。

3）這次參與快切的負(fù)荷（虛擬電廠）都是小功率不重要的照明、空調(diào)、輔助設(shè)備等非生產(chǎn)性負(fù)荷，在系統(tǒng)里屬于第一層級(jí)的負(fù)荷，它們的優(yōu)勢在于全天候隨時(shí)可以使用，但單機(jī)的功率很小，將其改造為虛擬電廠的效益成本很低，導(dǎo)致可熱備的虛擬電廠總發(fā)電量增長緩慢，難以滿足實(shí)際的需求。一種有效的解決辦法就是，將鋼鐵企業(yè)這種盡早全面納入到協(xié)議電廠名單中來，結(jié)合輪切等先進(jìn)理論重復(fù)發(fā)揮這些時(shí)段性大功率虛擬發(fā)電廠的效能。

4）從系統(tǒng)響應(yīng)性能看，無論的虛擬電廠，還是直流調(diào)制或是抽蓄電廠其指令響應(yīng)能力基本都能滿足毫秒級(jí)的性能，但問題是整體上有些參差不齊，如抽蓄電站的響應(yīng)速度有些有了數(shù)據(jù)級(jí)的差距，其主要延遲往往不是通道方面，更多是來自子站控制中心的延遲以及用戶端控制終端的延遲，因此這些環(huán)節(jié)軟件性能的優(yōu)化，尖峰負(fù)荷的控制都是需要進(jìn)一步努力的方向。