王紅衛(wèi)

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

2020 年，雁門關換流站將繼續(xù)通過三回500 kV 明海湖—雁門關線路接入山西電網(wǎng)。直流送端系統(tǒng)的一級斷面為湖關三回線，二級斷面為雁同—明海湖雙線、五寨—明海湖雙線、新榮—明海雙線以及500 kV 明海湖變電站的3 臺主變。直流近區(qū)新接入電源木瓜界電廠（2×66 萬kW） 和王家?guī)X電廠（2×66 萬kW），風電新增裝機36 萬kW，風機累計裝機約414 萬kW，具體網(wǎng)架接續(xù)圖略。雁淮直流送電能力與交流系統(tǒng)穩(wěn)定特性密切相關，我們采用電力系統(tǒng)分析綜合程序搭建山西電網(wǎng)實際模型，分析山西電網(wǎng)形成交直流混聯(lián)外送通道后雁淮直流近區(qū)網(wǎng)架發(fā)生變化后的送電能力[1]，為山西電網(wǎng)的進一步改進提供理論支撐。

1 計算邊界條件

a） 計算程序。采用電力系統(tǒng)分析綜合程序（PSASP 7.41.04） 搭建模型[2]。

b） 計算模型。采用山西電網(wǎng)2020 年第一季度220 kV 以上電壓系統(tǒng)[3]。

c） 計算條件。計算條件有以下幾方面：一是雁淮直流一級斷面明海湖—雁門關三回線的熱穩(wěn)極限值為320 萬kW，二級斷面雁同—明海湖雙線、五寨—明海湖雙線熱穩(wěn)極限為230 萬kW。二是雁門關換流站母線運行電壓不低于0.9 標幺值。三是雁門關換流站母線無功功率在-30 萬kW～30萬kW 之間。四是雁門關換流站近區(qū)風電機組暫態(tài)耐壓小于1.2 標幺值。五是根據(jù)《國調(diào)中心關于印發(fā)<2019 年特高壓互聯(lián)電網(wǎng)穩(wěn)定及無功電壓調(diào)度運行規(guī)定（第二版） >和<2019 年國調(diào)直調(diào)安全自動裝置調(diào)度運行管理規(guī)定（第二版） >的通知》，若換流站母線高抗退出，雁淮直流功率大于450 萬kW 時，換流站正常運行電壓范圍為510～525 kV，允許暫態(tài)壓升最大值ΔUmax=（1.3×530-525） /525=0.312；若換流站母線高抗投入，雁淮直流功率大于450 萬kW 時，換流站正常運行電壓范圍為510～530 kV，允許暫態(tài)壓升最大值ΔUmax=（1.3×530-530） /525=0.303。

2 交流故障影響分析

2.1 交流系統(tǒng)熱穩(wěn)定影響

雁淮直流在近區(qū)接入電源（神泉電廠、木瓜界電廠、安太堡電廠） 全開時，主要受明海湖—雁門關三線N-2 故障的影響，該故障所對應的安控動作為直流功率速降180 萬kW。若發(fā)生該故障，明海湖—雁門關三線剩余一回線達到熱穩(wěn)極限320 萬kW，此時，雁淮直流送電能力最大為730 萬kW[4]。

2.2 換流站母線低電壓約束

2.2.1 限制雁淮直流送電能力的制約故障分析

分析不同交流線路N-2 故障，需采取不同的惡劣開機方式。分析500 kV 雁湖雙N-2 故障，雁同近區(qū)機組全開、五寨近區(qū)除神泉和河曲外機組全關，使故障后主網(wǎng)對換流母線電壓支撐較弱。分析500 kV 湖寨雙N-2 故障，五寨近區(qū)機組全開、雁同近區(qū)機組全關。分析500 kV 湖關三回N-2 故障，雁同、五寨近區(qū)均開機。分析上述故障，明海湖近區(qū)220 kV 電網(wǎng)的火電機組全停。在惡劣開機方式下，雁湖雙N-2 為限制雁淮直流送電能力的制約故障，詳情見表1。

表1 限制雁淮直流送電能力的制約故障分析

2.2.2 雁淮直流送電能力分析

由于雁淮直流近區(qū)500 kV 交流線路發(fā)生N-2故障，500 kV 交流系統(tǒng)對雁門關換流站母線的電壓支撐變?nèi)酰赡軐е聯(lián)Q流站母線的電壓長期處于0.9 標幺值以下且無法恢復。因此，針對換流站母線低電壓的問題，雁淮直流送電能力主要受以下3 個因素的影響：一是換流站與主網(wǎng)無功功率交換量；二是換流站近區(qū)220 kV 線路檢修方式；三是換流站近區(qū)機組開機數(shù)量。具體送電能力見表2。

從表2 中可以看出，在神泉、木瓜、河曲及王家?guī)X全停情況下，考慮低電壓約束的雁淮直流最小送電能力為445 萬kW，隨著神泉、木瓜、河曲及王家?guī)X開機的增加，雁淮直流最大送電能力為800 萬kW。

表2 不同開機方式，受低電壓約束雁淮直流送電能力

3 直流故障影響分析

3.1 換相失敗分析

雁淮直流送電730 萬kW，長南線南送280萬kW，對直流發(fā)生連續(xù)4 次換相失敗、連續(xù)5 次換相失敗閉鎖進行分析。

a） 發(fā)生連續(xù)4 次換相失敗后，長南線不解列，華北機組功角穩(wěn)定，如圖1、圖2 所示。

b） 發(fā)生連續(xù)5 次換相失敗后，閉鎖切機530萬kW，留200 萬kW 不平衡量，長南線不解列，功率向長南線轉移約70 萬kW，華北機組功角穩(wěn)定，如圖3、圖4 所示。

圖1 4 次換相失敗后長南線功率曲線圖

雁淮直流功率730 萬kW、長南南送280萬kW 方式下，連續(xù)換相失敗和雙極閉鎖故障下系統(tǒng)保持穩(wěn)定，雁淮直流換相失敗加速保護策略按“4+1”配置可滿足要求。

圖2 4 次換相失敗后雁淮直流功率曲線圖

圖3 5 次換相失敗后長南線功率曲線圖

圖4 5 次換相失敗后雁淮直流功率曲線圖

3.2 雙極再啟動分析

在雁淮直流8 000 MW、長南線南送5 800 MW，對雁淮直流進行直流再啟動校核，雁淮直流雙極兩次再啟動成功，系統(tǒng)可以保持穩(wěn)定運行。

4 結論

綜上所述，雁淮直流近區(qū)網(wǎng)架加強后，其送電能力與近區(qū)接入電源（神泉、木瓜界、河曲、王家?guī)X） 開機方式相關性較大。

a） 雁淮直流近區(qū)接入電源（神泉、木瓜界、河曲、王家?guī)X） 開機量比較小時，雁淮直流送電能力主要受近區(qū)交流線路N-2 故障換流母線低電壓的影響；隨著近區(qū)接入電源開機數(shù)量逐漸增加，換流站電壓支撐能力也逐漸增大，雁淮直流最大送電能力由低電壓約束轉變?yōu)楹P單線的熱穩(wěn)約束。

b） 在神泉電廠、木瓜界電廠全部開機且滿出力，受制于湖關三線N-2 故障后剩余一回線熱穩(wěn)不超過320 萬kW，在采取雁淮直流180 萬kW的速降措施后，雁淮直流最大送電能力為730 萬kW。

c） 雁淮直流發(fā)生連續(xù)換相失敗和雙極閉鎖故障下系統(tǒng)保持穩(wěn)定，雁淮直流換相失敗加速保護策略按“4+1”配置可滿足運行要求。雁淮直流發(fā)生雙極兩次再啟動成功，系統(tǒng)可以保持穩(wěn)定運行。