甘德樹，毛熾祖

(1. 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000；2. 中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣東 廣州 510663)

臺(tái)風(fēng)屬于極端天氣中的一種，雖然發(fā)生概率低，但是具有強(qiáng)度大、范圍廣、成災(zāi)快等特點(diǎn)，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重影響[1-4]。2016年發(fā)生在澳大利亞的臺(tái)風(fēng)曾經(jīng)導(dǎo)致全南澳大利亞州大停電50 h后才恢復(fù)[5]；2017年登陸珠海市的“天鴿”臺(tái)風(fēng)，其強(qiáng)度超過1973年以來登陸華南地區(qū)的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”[6]；2012年“韋森特”臺(tái)風(fēng)[7]強(qiáng)度超過了珠海電網(wǎng)的最大設(shè)計(jì)抗風(fēng)能力，造成GD-MC電網(wǎng)的9條外圍架空線路跳閘，7座變電站及WY電廠與系統(tǒng)解列。

為了減少或消除臺(tái)風(fēng)過境時(shí)帶來的供電中斷，需要在事前預(yù)測(cè)[8]、事中響應(yīng)[9-11]、事后恢復(fù)[12-13]各個(gè)階段研究加強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性的措施。文獻(xiàn)[14]定義了電網(wǎng)彈性、電網(wǎng)復(fù)原力框架，用于分析電網(wǎng)應(yīng)對(duì)極端天氣的能力。文獻(xiàn)[15]提出了一種在颶風(fēng)發(fā)生前識(shí)別此類負(fù)荷削減的三步法，包括對(duì)確定性停機(jī)狀態(tài)評(píng)估的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，使用后驗(yàn)概率模型將確定性結(jié)果轉(zhuǎn)換為概率性停機(jī)狀態(tài)，以及使用負(fù)荷削減估計(jì)模型以確定電網(wǎng)中預(yù)期的潛在負(fù)荷削減。文獻(xiàn)[16]研究了可重構(gòu)微電網(wǎng)的彈性問題，提出了一種高沖擊事件下可重構(gòu)配電系統(tǒng)計(jì)劃性孤島的兩級(jí)方法(第一級(jí)根據(jù)配電系統(tǒng)的模型選擇最優(yōu)孤島，第二級(jí)通過無(wú)功控制和需求側(cè)管理解決最優(yōu)潮流問題以滿足孤島運(yùn)行約束條件)，采用深度優(yōu)先搜索和粒子群優(yōu)化相結(jié)合的方法解決了該問題。文獻(xiàn)[17]重點(diǎn)討論了電力和運(yùn)輸系統(tǒng)的相互依賴性，以及災(zāi)后運(yùn)輸機(jī)動(dòng)性和電力恢復(fù)過程的相互依賴性；開發(fā)了一個(gè)綜合框架，解決了在短期恢復(fù)期如何提高城市電力和交通系統(tǒng)恢復(fù)效率的問題；考慮到優(yōu)先順序和網(wǎng)絡(luò)約束，還提出了一個(gè)共同優(yōu)化調(diào)度恢復(fù)的框架。

根據(jù)重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)主動(dòng)防御最佳時(shí)機(jī)思想，在臺(tái)風(fēng)模式電網(wǎng)發(fā)生極端連鎖故障的情況下，根據(jù)電網(wǎng)線路潮流自動(dòng)搜索形成最優(yōu)主動(dòng)防御斷面，并根據(jù)電網(wǎng)頻率和發(fā)電機(jī)功角等指標(biāo)優(yōu)化低頻減載動(dòng)作最佳輪次，確保電網(wǎng)能夠在最佳時(shí)機(jī)點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)控裝置的動(dòng)作。本文以臺(tái)風(fēng)條件下的GD-MC區(qū)域電網(wǎng)為例來進(jìn)行控制策略研究，設(shè)置了GD-MC重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)和外部電網(wǎng)合適的防御條件，仿真算例模擬連鎖故障后，將經(jīng)過最佳時(shí)機(jī)防御思想優(yōu)化的穩(wěn)控裝置動(dòng)作輪次方案與常規(guī)方案進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證所提方案的有效性。首先仿真還原了2017年臺(tái)風(fēng)過境對(duì)GD-MC電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響及控制方法，根據(jù)該控制方法提出適合于2019年GD-MC電網(wǎng)的最新網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的控制策略，并通過仿真分析證明了該策略的有效性。

1 “天鴿”臺(tái)風(fēng)過境期間GD-MC電網(wǎng)解列過程分析

2017-08-23T12：50，臺(tái)風(fēng)“天鴿”在珠海市JW區(qū)登陸，臺(tái)風(fēng)造成對(duì)GD-MC電網(wǎng)的如下外圍架空線路跳閘：220 kV JL-NP甲乙線、GB-QY甲乙線、NP-QY甲乙線、ZHH-FH甲線、FH-JD線、GA-ZHH甲乙線，最終導(dǎo)致ZHH、GB、JD、QY、HA、CP、LTA等變電站以及區(qū)域內(nèi)的WY電廠與系統(tǒng)解列，如圖1所示。

圖1 GD-MC電網(wǎng)重點(diǎn)供電區(qū)域示意圖Fig.1 Schematic diagram of the key power supply areas of GD-MC grid

本文以PSD-BPA為仿真工具，模擬還原2017年“天鴿”登陸珠海時(shí)的電網(wǎng)運(yùn)行情景，GD-MC電網(wǎng)保底斷面潮流見表1，其中正值表示潮流方向?yàn)榱飨蛑攸c(diǎn)供電區(qū)域。定義重點(diǎn)供電區(qū)域?yàn)椤爸攸c(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)”，GD-MC電網(wǎng)的重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)機(jī)組出力見表2。

表1 GD-MC電網(wǎng)保底斷面潮流Tab.1 Guaranteed cross section power flow of GD-MC grid

表2中MC本地的CCA、KH、CCB機(jī)組接在220 kV變電站LH和HA的110 kV側(cè)。

表2 GD-MC電網(wǎng)的重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)機(jī)組出力Tab.2 Unit output of the key regional power grids of GD-MC power grid

重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)通過6條通道線路進(jìn)行連接，具體為220 kV JL-NP甲乙線、QY-GB甲乙線、NP-QY甲乙線、ZHH-FH甲乙線、FH-JD線、GA-ZHH甲乙線。臺(tái)風(fēng)來襲時(shí)，其中4條通道由于惡劣天氣而斷開，剩下的2回通道為FH-JD線、GA-ZHH甲乙線。為了避免重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生全黑的風(fēng)險(xiǎn)，采取主動(dòng)防御的思想解開剩下的FH-JD線、GA-ZHH甲乙線通道。這樣相當(dāng)于把不是預(yù)定控制目標(biāo)的非重點(diǎn)區(qū)域解開，切除了與重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的負(fù)荷或機(jī)組；重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)成為了孤網(wǎng)，對(duì)于自身孤網(wǎng)區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)發(fā)電功率與負(fù)荷存在的不平衡情況，通過調(diào)節(jié)機(jī)組出力、儲(chǔ)能裝置正負(fù)功率調(diào)節(jié)以及切負(fù)荷等穩(wěn)控措施來確保孤網(wǎng)區(qū)域內(nèi)功率的實(shí)時(shí)平衡。

2 電網(wǎng)主動(dòng)防御最佳時(shí)機(jī)研究

2.1 重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)主動(dòng)防御基本思路

臺(tái)風(fēng)條件下電網(wǎng)運(yùn)行架空線路面臨跳閘風(fēng)險(xiǎn)，為保證重點(diǎn)區(qū)域供電，在臺(tái)風(fēng)侵襲過程中采取主動(dòng)防御的方法[18-21]。在正常運(yùn)行方式下，重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)通過q條聯(lián)絡(luò)線與外部電網(wǎng)相聯(lián)，如圖2所示，其中Pli(i=1,2,…,q)為重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線有功功率水平。

圖2 重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)示意圖Fig.2 Interconnection between the key regional power grids and external power grids

重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)有主力電源機(jī)組，機(jī)組的功角和轉(zhuǎn)速在不計(jì)阻尼的情況下滿足如下關(guān)系：

(1)

(2)

式(1)、(2)中：δ為機(jī)組功角；ω為機(jī)組轉(zhuǎn)速；Pm為機(jī)組機(jī)械功率；Pe為機(jī)組電磁功率；PJ為機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)。上述變量均為標(biāo)幺值。

由于臺(tái)風(fēng)過境導(dǎo)致重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線斷開后，區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)功角δ以及機(jī)組的轉(zhuǎn)速ω會(huì)發(fā)生變化，如果區(qū)域內(nèi)由于轉(zhuǎn)速ω持續(xù)變化使發(fā)電機(jī)功角δ穩(wěn)定在臨界值范圍內(nèi)并恢復(fù)到正常穩(wěn)態(tài)值，那么重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)就會(huì)保持穩(wěn)定運(yùn)行。如果ω持續(xù)變化導(dǎo)致發(fā)電機(jī)功角δ突破穩(wěn)定臨界值，那么發(fā)電機(jī)功角由于失穩(wěn)而切機(jī)。在孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)的切機(jī)會(huì)打破原有的功率平衡狀態(tài)，大功率的缺額和不平衡量會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰，重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)將會(huì)失穩(wěn)。

為了保證解列過程電網(wǎng)振蕩最小，解列后電網(wǎng)更快趨于穩(wěn)定，在臺(tái)風(fēng)過境前應(yīng)盡量控制重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率為零，即

(3)

重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)組存在著高頻保護(hù)和低頻保護(hù)，高頻保護(hù)范圍一般不超過54 Hz，頻率低于47.5 Hz的運(yùn)行時(shí)間不能超過10 s。大型機(jī)組允許運(yùn)行頻率范圍見表3。

表3 大型機(jī)組允許運(yùn)行頻率范圍Tab.3 Allowable operating frequency range of large unit

發(fā)電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行存在一個(gè)頻率范圍，突破該范圍會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)切機(jī)。在正常全網(wǎng)運(yùn)行方式下，切機(jī)屬于正常穩(wěn)控動(dòng)作策略；當(dāng)電網(wǎng)處于孤網(wǎng)運(yùn)行方式下，切機(jī)會(huì)導(dǎo)致孤網(wǎng)方式下有功功率在瞬間失去平衡，如果不及時(shí)采取有效控制策略，電網(wǎng)將會(huì)失穩(wěn)。因此，在機(jī)組頻率越限之前如何進(jìn)行主動(dòng)防御來避免重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)失穩(wěn)，如何根據(jù)發(fā)電機(jī)功角和頻率來確定最佳的防御時(shí)機(jī)點(diǎn)是影響重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)解列后穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

2.2 主動(dòng)防御最佳時(shí)機(jī)確定

在電網(wǎng)運(yùn)行控制過程中，電網(wǎng)所有線路和斷面一般都能滿足故障“N-1”的要求，在臺(tái)風(fēng)侵襲情況下，通常是多條交流線路發(fā)生故障而開斷。提出的主動(dòng)防御策略就是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生“N-a”故障情況下，通過對(duì)重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行頻率和功角監(jiān)測(cè)，判斷相應(yīng)指標(biāo)變化情況，主動(dòng)開斷重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)剩余聯(lián)絡(luò)線，并通過調(diào)節(jié)孤網(wǎng)方式下有功功率平衡來確保重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)在孤網(wǎng)方式下的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

臺(tái)風(fēng)過境情況下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)發(fā)電機(jī)功角和頻率，提出重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)主動(dòng)防御策略，步驟如下。

a)在臺(tái)風(fēng)條件下，重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與外部電網(wǎng)發(fā)生解列之前，結(jié)合重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)實(shí)際情況設(shè)定機(jī)組功角最大搖擺限值以及運(yùn)行頻率限值，即：

0<σH1<σH2；

(4)

fL

(5)

式(4)、(5)中：σH1以及σH2為臺(tái)風(fēng)過境重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)不同程度下機(jī)組功角最大搖擺限值；fH、fL分別為機(jī)組運(yùn)行頻率的上限和下限；fE為機(jī)組額定運(yùn)行頻率。

b)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各機(jī)組功角和運(yùn)行頻率，并確定最大相搖擺角度σ。系統(tǒng)在故障時(shí)，相對(duì)搖擺角度σ會(huì)變化，判斷σ與σH1的關(guān)系，σH1根據(jù)故障點(diǎn)、故障類型、電網(wǎng)等級(jí)容量、發(fā)電機(jī)裝機(jī)型號(hào)共同確定。若σ<σH1，重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)不執(zhí)行解列，繼續(xù)監(jiān)測(cè)σ的變化情況。

c)當(dāng)σH1<σ<σH2，重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)為可解列狀態(tài)，在相對(duì)搖擺角度σ的測(cè)量中，采用基于廣域測(cè)量系統(tǒng)(wide area measurement system，WAMS)裝置采集的數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)未來0.1 s內(nèi)機(jī)組的運(yùn)行頻率。

在當(dāng)前或者未來0.1 s內(nèi)存在任一機(jī)組運(yùn)行頻率越限，判定系統(tǒng)為臨界解列狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行中，機(jī)組允許最大異步運(yùn)行時(shí)間為tm。當(dāng)系統(tǒng)被判定為臨界解列狀態(tài)，判斷系統(tǒng)實(shí)際異步運(yùn)行時(shí)間ta是否超出限值tm。若ta>tm，則搜索最優(yōu)主動(dòng)防御控制斷面，執(zhí)行主動(dòng)防御策略；反之則不執(zhí)行防御策略。搜索最優(yōu)主動(dòng)防御斷面的函數(shù)為：

(6)

d)當(dāng)σ>σH2，系統(tǒng)為臨界解列狀態(tài)。若ta>tm，則立刻執(zhí)行主動(dòng)防御策略；反之則不執(zhí)行防御策略，繼續(xù)監(jiān)測(cè)σ。

確定重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)主動(dòng)防御最佳時(shí)機(jī)的流程如圖3所示。

圖3 確定重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)主動(dòng)防御最佳時(shí)機(jī)的流程Fig.3 Flow chart of determining optimal timing of active defense of the key regional power grids

確定最佳解列斷面后，通過制訂優(yōu)化目標(biāo)來優(yōu)化出最佳的切負(fù)荷或發(fā)電機(jī)的輪次以及相應(yīng)的動(dòng)作頻率點(diǎn)。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是minΔf，即優(yōu)化目標(biāo)是頻率跌落量Δf最小，優(yōu)化的動(dòng)作方案就是動(dòng)作的輪次N以及每輪動(dòng)作頻率點(diǎn)(f1，f2，…，fN)。

3 仿真分析

分別以珠海2017年網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和2019年網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，利用PSD-BPA軟件進(jìn)行仿真，以驗(yàn)證本文提出的臺(tái)風(fēng)模式下主動(dòng)防御控制策略。

在重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)通過6回聯(lián)絡(luò)線通道連接前提下，主動(dòng)防御策略的過程是以下2個(gè)步驟的協(xié)調(diào)：第1步是臺(tái)風(fēng)條件下設(shè)置斷掉4回聯(lián)絡(luò)線通道，剩下2回聯(lián)絡(luò)線通道，設(shè)置仿真條件以及延時(shí)0.2 s；在4回聯(lián)絡(luò)線通道設(shè)置斷開情況下，延時(shí)0.2 s后開斷剩下2回聯(lián)絡(luò)線通道；重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)經(jīng)過暫態(tài)過渡過程進(jìn)入到孤網(wǎng)運(yùn)行方式下。第2步是設(shè)置重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)低頻減載負(fù)荷動(dòng)作，具體方案見表4。

表4 低頻減載裝置動(dòng)作方案及仿真結(jié)果(2017年臺(tái)風(fēng)模式)Tab.4 Action scheme and simulation results of low-frequency load shedding device in typhoon mode of 2017

3.1 2017年臺(tái)風(fēng)模式仿真分析

采用珠海電網(wǎng)2017年網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)包，按低頻防御裝置不同的動(dòng)作值及動(dòng)作延時(shí)設(shè)6個(gè)場(chǎng)景(見表4)進(jìn)行仿真。本文中的低頻防御裝置就是安裝在不同負(fù)荷站點(diǎn)的低頻切負(fù)荷裝置，可以靈活主動(dòng)地切負(fù)荷，其目的是進(jìn)行低頻主動(dòng)防御，確保電網(wǎng)頻率能夠盡快恢復(fù)穩(wěn)定。仿真結(jié)果表明在最嚴(yán)苛的場(chǎng)景6下系統(tǒng)也能保持穩(wěn)定，而MC電網(wǎng)暫態(tài)最低負(fù)荷接近46 Hz。

圖4為最嚴(yán)苛的場(chǎng)景6下的仿真結(jié)果，展示的是CCA電廠3號(hào)機(jī)組與WY電廠1號(hào)機(jī)組功角差曲線。曲線在第1擺和第2擺后是收斂的，表明系統(tǒng)能夠維持暫態(tài)穩(wěn)定。

圖4 CCA電廠3號(hào)機(jī)組與WY電廠1號(hào)機(jī)組功角差曲線Fig.4 Curve of power angle difference between unit 3 of CCA power plant and unit 1 of WY power plant

圖5為最嚴(yán)苛的場(chǎng)景6下的仿真結(jié)果，展示的是YSH站電網(wǎng)頻率偏差。曲線在第1擺和第2擺后是收斂的，表明系統(tǒng)能夠維持暫態(tài)穩(wěn)定。

圖5 YSH站電網(wǎng)頻率偏差Fig.5 YSH grid frequency deviation

圖6為最嚴(yán)苛的場(chǎng)景6下的仿真結(jié)果，展示的是YSH站電壓曲線。曲線在第1擺和第2擺后是收斂的，表明系統(tǒng)能夠維持暫態(tài)穩(wěn)定。

圖6 YSH站電壓Fig.6 YSH Voltage

關(guān)閉所有MC本地機(jī)組，不足部分出力由WY電廠補(bǔ)充，使GD-MC重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)基本與主網(wǎng)無(wú)潮流交換。設(shè)置與上文相同的故障，不采取任何措施，MC地區(qū)電網(wǎng)會(huì)發(fā)生電壓失穩(wěn)?？紤]設(shè)置低壓防御裝置，設(shè)置4個(gè)場(chǎng)景，仿真結(jié)果見表5。對(duì)于場(chǎng)景4，低壓防御裝置整定值為0.83(標(biāo)幺值)，延時(shí)0.2 s動(dòng)作，系統(tǒng)仍然是不穩(wěn)定的，表明若MC電網(wǎng)電壓跌落嚴(yán)重，系統(tǒng)難以恢復(fù)穩(wěn)定。WY電廠通過2回220 kV線路接入HA站，GD-MC重點(diǎn)供電區(qū)域電力全部由WY電廠供電時(shí)，MC電網(wǎng)缺少動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，在發(fā)生故障時(shí)電壓跌落嚴(yán)重，即使解列裝置動(dòng)作使重點(diǎn)供電區(qū)域解列，電壓也無(wú)法恢復(fù)。因此，在臺(tái)風(fēng)天期間為保證MC電網(wǎng)有足夠的無(wú)功支撐，應(yīng)該開啟部分機(jī)組，避免發(fā)生電壓崩潰。

表5 低壓解列裝置不同場(chǎng)景下的仿真結(jié)果Tab.5 Simulation results in different scenarios of low- voltage disconnection device

對(duì)表5中4種場(chǎng)景嘗試進(jìn)行以下仿真：場(chǎng)景1，開啟CCA電廠2臺(tái)機(jī)組；場(chǎng)景2，開啟KH電廠2臺(tái)機(jī)組；場(chǎng)景3，開啟CCB電廠2臺(tái)機(jī)組；場(chǎng)景4，CCA、KH與CCB電廠各開啟1臺(tái)機(jī)組。仿真結(jié)果表明4種場(chǎng)景均不穩(wěn)定。

在模擬2017年“天鴿”臺(tái)風(fēng)天氣的仿真中，MC地區(qū)保證至少開機(jī)120 MW，ZHH與QY站設(shè)置低頻防御裝置，整定值48.5 Hz，延時(shí)0.5 s。在這個(gè)設(shè)置下，保障了系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

應(yīng)用最佳時(shí)機(jī)防御思想優(yōu)化出切負(fù)荷裝置動(dòng)作輪次和相應(yīng)動(dòng)作頻率點(diǎn)作為最佳防御方案，并且設(shè)置3種常規(guī)的切負(fù)荷裝置動(dòng)作輪次和相應(yīng)動(dòng)作頻率點(diǎn)作為對(duì)比方案，4種方案的控制效果對(duì)比見表6。

表6 4種方案的控制效果對(duì)比(2017年臺(tái)風(fēng)模式)Tab.6 Control effects comparison of four schemes in typhoon mode of 2017

通過對(duì)比可以知道，最佳防御方案的最低頻率點(diǎn)高于其他3種對(duì)比方案，說明最佳防御方案的頻率曲線能夠最快恢復(fù)，電網(wǎng)在應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)模式下能夠以最快的速度恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 2019年臺(tái)風(fēng)模式仿真分析

2019年珠海電網(wǎng)線路經(jīng)升級(jí)改造，接線方式與2017年有較大區(qū)別?；谧罴褧r(shí)機(jī)防御思想，提出適合于2019年GD-MC電網(wǎng)最新網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的控制策略。

FH-ZHH，F(xiàn)H-JD線路改為線纜線路；2018新投產(chǎn)了JL-ZHH線路、JL-GB雙回線；雙Π接入原有的NP-QY線路雙回線，QY-GB甲乙線解口入JL站(投產(chǎn)JL-GB雙回線)。MC 20 kV線路方面，CP-LT雙回線投產(chǎn)。具體如圖7所示。

圖7 2019年GD-MC電網(wǎng)重點(diǎn)供電區(qū)域示意圖Fig.7 Schematic diagram of the key power supply areas of GD-MC grid in 2019

3.2.1 仿真情景1——MC電網(wǎng)不開機(jī)

對(duì)2019臺(tái)風(fēng)模式進(jìn)行仿真。關(guān)閉MC電網(wǎng)所有機(jī)組，由WY電廠為GD-MC重點(diǎn)供電區(qū)域提供全部電力，WY電廠出力為700 MW，MC地區(qū)負(fù)荷約為550 MW。

由于FH-ZHH、FH-JD線路改為線纜線路，模擬仿真臺(tái)風(fēng)模式時(shí)，設(shè)置故障的線路改為BSH-FH雙回線、FH-LY雙回線，其余故障線路為GA-ZHH、JL-ZHH、JL-GB、JL-NP、QY-JL。基于最佳時(shí)機(jī)防御思想確定防御動(dòng)作方案，根據(jù)保護(hù)動(dòng)作整定值和延時(shí)時(shí)間，設(shè)置5個(gè)場(chǎng)景(見表7)。仿真結(jié)果表明，在2019年臺(tái)風(fēng)天模式下，即使MC電網(wǎng)的機(jī)組完全不出力，只要低頻防御裝置正確動(dòng)作，MC地區(qū)電網(wǎng)可以保持穩(wěn)定運(yùn)行。若在原來故障的基礎(chǔ)上加上QY-JL雙回線故障，則場(chǎng)景2、3、4、5的MC電網(wǎng)暫態(tài)最低頻率見表7。

表7 低頻減載裝置動(dòng)作方案及仿真結(jié)果(2019年臺(tái)風(fēng)模式)Tab.7 Action scheme and simulation results of low-frequency load shedding device in typhoon mode of 2019

應(yīng)用最佳時(shí)機(jī)防御思想優(yōu)化出切負(fù)荷裝置動(dòng)作輪次和相應(yīng)動(dòng)作頻率點(diǎn)作為最佳防御方案，并且設(shè)置3種常規(guī)的切負(fù)荷裝置動(dòng)作輪次和相應(yīng)動(dòng)作頻率點(diǎn)作為對(duì)比方案，4種方案的控制效果對(duì)比見表8。

表8 4種方案的控制效果對(duì)比(2019年臺(tái)風(fēng)模式)Tab.8 Control effects comparison of four schemes in typhoon mode of 2019

通過對(duì)比可以知道，最佳防御方案的最低頻率點(diǎn)高于其他3種對(duì)比方案，說明最佳防御方案的頻率曲線能夠最快恢復(fù)，電網(wǎng)在應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)模式下能夠以最快的速度恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2.2 仿真情景2——MC電網(wǎng)開機(jī)

若MC電網(wǎng)3個(gè)電廠各開機(jī)一臺(tái)，共開機(jī)68 MW，則場(chǎng)景2、3、4、5的MC電網(wǎng)暫態(tài)最低頻率為-2.812 3 Hz、-3.336 7 Hz、-3.797 9 Hz、-3.914 1 Hz；因此，為了使暫態(tài)過程中MC電網(wǎng)暫態(tài)頻率不至于過低，即使解列后MC電網(wǎng)不發(fā)生電壓失穩(wěn)，仍然建議在臺(tái)風(fēng)天期間MC電網(wǎng)開啟部分機(jī)組。

3.2.3 仿真情景3——MC電網(wǎng)不開機(jī)

在仿真情景1的基礎(chǔ)上，故障跳開線路不包括QY-JL線路，其余不變，則QY站也需要裝設(shè)低頻防御裝置，與ZHH站一樣動(dòng)作值為48.5 Hz，延時(shí)0.5 s動(dòng)作。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)穩(wěn)定，MC電網(wǎng)暫態(tài)最低頻率為-3.209 2 Hz。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合臺(tái)風(fēng)模式下重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的供電特性和聯(lián)絡(luò)特性，給出了主動(dòng)防御斷面優(yōu)化方法，并在主動(dòng)防御完成后形成孤網(wǎng)的條件下給出最優(yōu)低頻減載方案，該方案能夠確保重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域電網(wǎng)在“N-a”故障情況下，通過事故前的關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)斷面預(yù)控，以及發(fā)生多回聯(lián)絡(luò)線故障后切除關(guān)鍵聯(lián)絡(luò)線形成重點(diǎn)區(qū)域孤網(wǎng)的方式，進(jìn)行低頻低壓自動(dòng)切除負(fù)荷來確保臺(tái)風(fēng)過境時(shí)GD-MC重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定控制，最后通過BPA仿真驗(yàn)證了本文所提的重點(diǎn)區(qū)域電網(wǎng)主動(dòng)防御方案的有效性。建議如下：

a)低頻解列裝置應(yīng)安裝在220 kV ZHH站和220 kV QY站，動(dòng)作值為48.5 Hz，延時(shí)0.5 s后動(dòng)作；仿真結(jié)果表明，在珠海電網(wǎng)安裝低頻解列裝置，對(duì)保證MC地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和可靠運(yùn)行有重要意義。

b)為了保證臺(tái)風(fēng)天期間珠海東南部發(fā)生解列時(shí)MC地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性，在臺(tái)風(fēng)天期間MC電網(wǎng)應(yīng)保持足夠的開機(jī)量。