李玲芳，游廣增，朱欣春，陳義宣，陳姝敏，肖友強

（云南電網(wǎng)有限責任公司電網(wǎng)規(guī)劃建設研究中心，云南 昆明 650011）

0 前言

昆柳龍三端直流整體送電規(guī)模8000 MW[1]，是南方電網(wǎng)迄今為止規(guī)模最大的直流輸電工程，由云南匯集烏東德右岸等電站機組出力，分別送向廣東（5000 MW）、廣西（3000 MW）電網(wǎng)，電壓等級高、輸送功率大。該工程首次采用三端混合直流輸電技術在主網(wǎng)層面的接入及應用，目前國內(nèi)外均無典型應用案例，工程投產(chǎn)后將給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定帶來的較大挑戰(zhàn)。

1 昆柳龍三端直流運行方式

根據(jù)昆柳龍三端直流設計方案，云南側采取LCC模塊為常規(guī)直流技術，廣東、廣西側分別采用VSC模塊為半橋拓撲結構的柔直混合技術[2]。云南典型的外送方式為：三端雙極滿送8000 MW、三端單極送4000 MW、兩端送廣東滿送5000 MW、兩端送廣西滿送3000 MW、兩端送廣東單極送2500 MW、兩端送廣西單極送1500 MW以及降壓運行，與云南側外送潮流水平相關的運行方式主要詳見表1[1]。

表1 昆柳龍三端直流云南送出端典型運行方式

2 故障對云南電網(wǎng)頻率安全風險分析

2.1 直流閉鎖故障對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的影響

根據(jù)電網(wǎng)典型運行方式，對云南電網(wǎng)典型年份大、小方式下（負荷水平約31000 MW、17000 MW）昆柳龍直流不同外送功率情況下發(fā)生閉鎖故障進行校核[3]，其中，云南電網(wǎng)多回直流均大負荷送出，各直流FLC上調(diào)總容量按南網(wǎng)分析要求執(zhí)行，直流功率調(diào)制下限-50%，各直流調(diào)頻死區(qū)按0.15 Hz考慮，可以看出：

1）如果考慮系統(tǒng)各直流FLC上調(diào)能力（總量約1000 MW），豐期大方式下昆柳龍直流外送超過4000 MW、豐小方式外送超過3000 MW發(fā)生閉鎖故障，極易導致系統(tǒng)最高頻率超過50.8 Hz，需采取穩(wěn)控切機措施。

2）如果不考慮FLC上調(diào)能力，昆柳龍直流外送豐期大方式超過3200 MW、豐期小方式超過2000 MW發(fā)生閉鎖故障，系統(tǒng)最高頻率將超過50.8 Hz，需采取穩(wěn)控切機措施。

3）為滿足直流外送需求與電網(wǎng)運行安全，避免直流閉鎖引發(fā)電網(wǎng)第三道防線動作，烏東德直流單極閉鎖后需采取穩(wěn)控切機措施。由于昆柳龍直流容量大，建議其閉鎖后穩(wěn)控切機量應與外送功率匹配。

4）結合昆柳龍三端直流及配套電源并網(wǎng)情況，需進一步調(diào)整電網(wǎng)高頻切機方案，切機對象在目前方案的基礎上應增加烏東德機組，或采用烏東德機組替換電網(wǎng)接入負荷中心機組的方式，避免切機后潮流大范圍轉(zhuǎn)移，保障電網(wǎng)第三道防線的運行安全。

2.2 保護邏輯對云南電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的影響

對于昆柳龍三端直流，在送端（云南）出現(xiàn)異常閉鎖時將同時影響兩個受端（廣東、廣西）正常運行，對系統(tǒng)來說三端直流外送功率將成為盈余電力，需要及時采取切機等控制措施。但對于一個受端的閉鎖，其保護動作將對另一個受端的正常運行造成影響，即：受端B（如廣東）發(fā)生故障導致閉鎖時，送端A（昆北側）需緊急移相，送端輸出功率瞬間降到0以完成AB端的閉鎖，此時受端C（廣西側）功率也將隨之降至0，待受端B（廣東側）閉鎖完成，且送端A與受端C能正?；謴?，則三端直流變?yōu)閮啥诉\行；如果受端B閉鎖完成后，送端A與受端C不能正?；謴停瑒t將閉鎖AC端，三端直流全部閉鎖。在此過程中，在AB端閉鎖后（大概故障0.2秒）將根據(jù)其功率情況切除一部分電源，待AC端無法恢復運行則需根據(jù)閉鎖前功率情況再切除部分機組（切機時間大約在AB端故障后0.9秒）。在整個過程，三端直流中的一端閉鎖、送端功率過零以及第二端閉鎖的判斷過程，對系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性都是一個沖擊。

經(jīng)初步了解，昆柳龍三端直流若按以上邏輯動作，無論廣西還是廣東側發(fā)生雙極閉鎖，云南側先緊急移相（電力富余8000 MW），此時不是匹配切機8000 MW，而是分步驟執(zhí)行，并總體保持2000 MW欠切，在此過程中有可能觸發(fā)第三道防線高頻切機動作。由于廣東側雙極閉鎖，相對于廣西側故障能更快地切除更大容量的電源，所以三端直流的廣西側故障對云南影響更大，因此重點對廣西側發(fā)生雙極閉鎖進行分析。

1）當廣西側受端發(fā)生故障導致其雙極閉鎖時，昆北側緊急移相，故障后0.2 s切除云南機組1000 MW，同時根據(jù)廣東側雙極運行情況，若廣東側能夠恢復正常運行，穩(wěn)控不再進行動作，若廣東側恢復失敗，故障后0.9 s補切5000 MW云南機組，整個三端直流穩(wěn)控切機保持2000 MW欠切；

2）若廣東側發(fā)生了雙極閉鎖，與廣西側處理邏輯類似，故障后0.2 s切云南機組3000 MW，若廣西能恢復，安穩(wěn)不再動作，若不能，故障后0.9 s補切3000 MW云南機組，詳細邏輯見圖1所示。

圖1 昆柳龍直流受端單端閉鎖穩(wěn)控動作邏輯圖

1）對于目前電網(wǎng)分析采用的不同負荷模型對頻率穩(wěn)定的分析影響：云南負荷模型對暫態(tài)頻率影響相對較小，在相同運行條件下采用“50%電動機+50%恒阻抗模型”的分析頻差略小于ZIP模型（30%恒阻抗30%恒電流40%恒功率），為反映問題的突出性建議對系統(tǒng)頻率的分析采用ZIP模型。

2）在典型系統(tǒng)小方式下（系統(tǒng)負荷17700 MW），系 統(tǒng) 直 流FLC上 調(diào) 量 按1000 MW（共兩回直流）考慮，按三端直流故障保護動作邏輯：故障后0.3秒切除機組約1000 MW，在故障后0.9秒再切除近5000 MW。

3）在0.9秒直流保護系統(tǒng)切除機組時，系統(tǒng)頻率已達到0.7 Hz左右，接近電網(wǎng)高頻切機第一輪定值。直流控保動作后該故障仍將導致系統(tǒng)最高頻率達到50.93 Hz，系統(tǒng)高周切機第一輪動作將動作（切除容量約2500 MW），并進一步誘發(fā)低頻問題或直流FLC下調(diào)動作。

4）如果0.9秒加大切機容量，可有效控制系統(tǒng)頻率高值，切機容量增加2000 MW后（總切機量與直流功率對等匹配），系統(tǒng)最高頻率可以控制在50.80 Hz。

5）如果保持切機量不變，并保持系統(tǒng)FLC上調(diào)容量不變的情況下，增加直流調(diào)節(jié)數(shù)量、或直流上調(diào)容量，也可適當改善系統(tǒng)頻率最大值。

如果系統(tǒng)負荷水平進一步減小，則高頻問題將更加嚴重。在系統(tǒng)負荷減小到15000 MW左右，直流FLC上調(diào)容量仍為1000 MW，故障后0.3秒切除1000 MW機組，在0.9秒切除近5000 MW機組后：

6）系統(tǒng)最高頻率將達到51.10 Hz，導致電網(wǎng)高周切機第一、二、三、四輪動作，切除容量將達到9400 MW，后續(xù)系統(tǒng)低頻或直流FLC回調(diào)的問題更加突出。

7）由于閉鎖功率較大，即使在0.9秒加大切機容量，總切機量與直流功率對等匹配，系統(tǒng)最高頻率僅下降0.13 Hz，仍然存在系統(tǒng)高頻切機一、二輪動作切除5500 MW機組導致系統(tǒng)低頻、FLC下調(diào)動作問題。

8）如果加大0.9秒切機容量，并在保持系統(tǒng)FLC上調(diào)容量不變的情況下增加直流調(diào)節(jié)數(shù)量，則可控制系統(tǒng)頻率高值，在0.9秒加大切機容量，并將直流FLC調(diào)節(jié)數(shù)量增加為3回，系統(tǒng)頻率高值達到50.96 Hz，緩解0.14 Hz。但如果0.9秒不增加切機容量，則效果也不盡理想，例3僅緩解0.03 Hz。

9）如果增加系統(tǒng)FLC上調(diào)總量，則對緩解系統(tǒng)高頻也能發(fā)揮一定的作用。

10）如果故障初期即采取切除相應容量機組，則系統(tǒng)頻率可以控制在50.5 Hz。

2.3 處理建議

1）昆柳龍三端直流受端側發(fā)生單端直流故障后，可采取以下措施控制系統(tǒng)高頻問題：三端直流單端故障則同步切除匹配容量的機組，緩解其余兩端判別動作過程影響系統(tǒng)高頻，避免昆柳龍單端故障導致系統(tǒng)頻率越上限并觸發(fā)系統(tǒng)第三道防線動作；采取閉鎖昆柳龍直流+同步切機措施，及時控制直流單端閉鎖故障對電網(wǎng)的影響。

2）系統(tǒng)應投入足夠的FLC上調(diào)容量，并盡量避免集中于個別直流，即保證系統(tǒng)具備一定的上調(diào)總量及可調(diào)控直流的數(shù)量。

3 結束語

昆柳龍直流輸送容量較大（8000 MW），在發(fā)生單極或雙極閉鎖故障后，極易造成系統(tǒng)頻率達到50.8 Hz，誘發(fā)電網(wǎng)高頻切機動作。建議：昆柳龍直流單極閉鎖或雙極閉鎖故障均采取聯(lián)切匹配容量機組的措施，有效緩解系統(tǒng)高頻問題。根據(jù)三端直流保護控制邏輯，為控制單受端閉鎖故障對系統(tǒng)高頻穩(wěn)定的影響，建議如下：

1）在單受端發(fā)生故障后，同步切除匹配輸送功率的等容量機組，控制其余兩端判別動作過程影響系統(tǒng)高頻，避免單端故障導致系統(tǒng)頻率越上限并觸發(fā)系統(tǒng)第三道防線動作；必要時采取主動閉鎖昆柳龍直流并配合同步切機措施，以控制直流單端閉鎖導致的高頻問題。

2）云南電網(wǎng)應投入足夠的FLC上調(diào)容量，并避免集中于個別直流，即保證一定的上調(diào)總量及可調(diào)控直流的數(shù)量，提高電網(wǎng)抵御大容量直流閉鎖導致功率大量盈余的故障能力。

3）進一步調(diào)整電網(wǎng)高頻切機方案，切機對象應增加烏東德機組，或者采用烏東德機組替換電網(wǎng)接入負荷中心機組的方式，避免切機后潮流大范圍轉(zhuǎn)移，保障電網(wǎng)第三道防線的運行安全。

4）在系統(tǒng)負荷水平較低情況下，應適當控制直流外送功率，避免直流閉鎖故障導致電網(wǎng)安全防線失配。

綜上所述，±800 kV昆柳龍三端直流輸電工程投產(chǎn)后，進一步提升了南方電網(wǎng)“西電東送”輸電技術水平，同時由于其三端柔性直流輸電技術的領先性也給電網(wǎng)運行安全帶來較大挑戰(zhàn)。在加強直流工程建設、設備質(zhì)量管理以及控制技術應用的同時，還應進一步關注與云南電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，充分考慮云南電網(wǎng)異步運行特性及風險防控需求，以保障直流及電網(wǎng)的運行安全。