郭洪芹

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650051)

異步聯(lián)網(wǎng)對(duì)云南電網(wǎng)穩(wěn)定特性影響研究

郭洪芹

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650051)

分析云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)實(shí)施異步聯(lián)網(wǎng)后對(duì)云南電網(wǎng)穩(wěn)定特性的影響，以及應(yīng)對(duì)措施及建議等。

云南電網(wǎng)；異步聯(lián)網(wǎng)；穩(wěn)定特性

0 前言

為分析異步聯(lián)網(wǎng)對(duì)云南電網(wǎng)穩(wěn)定特性的影響，通過(guò)同步聯(lián)網(wǎng)和異步聯(lián)網(wǎng)兩種情形下的穩(wěn)定特性對(duì)比分析，得出異步聯(lián)網(wǎng)后云南電網(wǎng)穩(wěn)定特性的變化情況，并提出相關(guān)建議。

1 云南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)方案

云南電網(wǎng)與南方主網(wǎng)規(guī)劃于 “十三五”初期依托永富直流受端換流站及羅平背靠背直流工程實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。

永富直流工程[1]是云南省內(nèi)直流，直流起點(diǎn)位于楚雄永仁換流站，落點(diǎn)位于文山富寧換流站，直流電壓采用500 kV，直流輸電容量為3 000 MW，計(jì)劃2016年汛前投產(chǎn)。富寧換流站與500 kV富寧變合建，500 kV側(cè)通過(guò) “π”斷硯山～靖西雙回線路接入系統(tǒng)。永富直流建成初期，電力全送廣西電網(wǎng)。

羅平背靠背直流工程是通過(guò)羅馬線和羅百雙回線新建背靠背直流工程實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)。背靠背直流工程初期按2 000 MW考慮，最終規(guī)模按3 000 MW規(guī)劃。換流站的接入系統(tǒng)方案為：將圭山～羅平雙回線路破口開斷接入換流站，并將羅馬線、羅百雙回線從羅平變改接入換流站。工程計(jì)劃在2016年汛前投產(chǎn)。

永富直流和羅平背靠背直流的建成實(shí)現(xiàn)了云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)的異步聯(lián)網(wǎng)格局。

圖1 云南電網(wǎng)與南方主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)示意圖

2 異步聯(lián)網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性影響

2.1 計(jì)算模型及邊界條件

計(jì)算模型：

1)發(fā)電機(jī)模型：采用次暫態(tài)過(guò)程E″q、E″d變化的詳細(xì)模型。

2)勵(lì)磁系統(tǒng)：盡可能采用實(shí)際模型和參數(shù)。

3)調(diào)速系統(tǒng)：盡可能采用實(shí)際模型和參數(shù)。實(shí)際的PSS模型和參數(shù)。

4)負(fù)荷模型：采用恒功率、恒電流、恒阻抗的綜合靜態(tài)負(fù)荷模型，并考慮系統(tǒng)頻率變化對(duì)負(fù)荷的影響，恒功率：恒電流：恒阻抗負(fù)荷比例為40%：30%：30%，頻率因子LDP為1.2%，LDQ為-2.0%。

采用的計(jì)算工具有：PSD-BPA潮流及暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算程序，PSD-SSAP電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性計(jì)算分析程序。

負(fù)荷、電源、網(wǎng)架等邊界條件采用 《云南“十三五”輸電網(wǎng)規(guī)劃》成果。

采用2016年豐大方式異步聯(lián)網(wǎng)和同步聯(lián)網(wǎng)兩種情形進(jìn)行分析。

為使比較具有可比性，電網(wǎng)采用相同的負(fù)荷水平、電源開機(jī)及出力安排、網(wǎng)架結(jié)構(gòu) (除云南出口不同)，異步聯(lián)網(wǎng)下羅平背靠背安排功率為2 000 MW，永富直流安排功率為3 000 MW；同步聯(lián)網(wǎng)下，云南電網(wǎng)交流500 kV出口 (含羅平～天生橋單回、羅平～百色雙回、富寧～靖西雙回共5回500 kV線路)安排輸送功率5 000 MW。

高頻切機(jī)或低頻減載的頻率值按照2015年云南電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際采用的動(dòng)作值考慮，即50.6 Hz為高頻切機(jī)第一輪動(dòng)作值，49.0 Hz為低頻減載動(dòng)作值。

2.2 潮流分布

異步聯(lián)網(wǎng)方式下云南網(wǎng)內(nèi)500 kV穿網(wǎng)潮流大幅減輕，如仁和～廠口線路減輕1 800 MW，紅河～硯山～富寧線減輕約2 200 MW，此外潮流減輕的還有仁和～銅都～多樂(lè)線、多樂(lè)～喜平～曲靖～羅平線、廠口～七甸線、思茅～通寶線、黃坪～大理線、墨江～惠歷～紅河線等。異步聯(lián)網(wǎng)方式下，較同步聯(lián)網(wǎng)潮流加重的線路主要有墨江～玉溪～寶峰線、紅河～寧州～七甸線等。

2.3 N-2穩(wěn)定性

2016年云南電網(wǎng)與南網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)方式較同步聯(lián)網(wǎng)方式相比，在主網(wǎng)交流線路發(fā)生N-2時(shí)的暫態(tài)失穩(wěn)和過(guò)載問(wèn)題有所減少，其中暫態(tài)失穩(wěn)減少2個(gè) (同步聯(lián)網(wǎng)方式下仁和～廠口N-2、大理～和平N-2暫態(tài)失穩(wěn)，異步聯(lián)網(wǎng)下均穩(wěn)定)，過(guò)載問(wèn)題減少4個(gè) (同步聯(lián)網(wǎng)方式下仁和～銅都N-2、銅都～多樂(lè)N-2、曲靖～羅平N-2、紅河～硯山N-2均出現(xiàn)熱穩(wěn)問(wèn)題，異步聯(lián)網(wǎng)下均無(wú))。

另外，異步聯(lián)網(wǎng)方式下，電站送出線路N-2導(dǎo)致電源解列，云南電網(wǎng)最低頻率較同步聯(lián)網(wǎng)降低0.5～1.1 Hz，因此，異步聯(lián)網(wǎng)后，低頻減載裝置動(dòng)作幾率增加，如阿?！鸸贀Q線路N-2故障，穩(wěn)控切機(jī)3 200 MW后，云南電網(wǎng)最低頻率低于49.0 Hz，可能會(huì)導(dǎo)致低頻減載裝置動(dòng)作。

2.4 直流閉鎖穩(wěn)定性

同步聯(lián)網(wǎng)方式下，楚穗、普僑、金中、牛從直流單極閉鎖以及金中、牛從直流雙極閉鎖，系統(tǒng)均穩(wěn)定，且電網(wǎng)最高頻率低于50.6 Hz，不會(huì)引起高頻切機(jī)。楚穗、普僑直流雙極閉鎖均會(huì)造成系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)，穩(wěn)控切機(jī)可穩(wěn)定，切機(jī)后電網(wǎng)最高頻率低于50.6 Hz，不會(huì)引起高頻切機(jī)。

異步聯(lián)網(wǎng)方式下，不計(jì)直流FLC功能時(shí)，楚穗、普僑直流分別單極閉鎖時(shí)，電網(wǎng)頻率最高值超過(guò)50.6 Hz，會(huì)引起高頻切機(jī)動(dòng)作；金中、永富、牛從直流分別單極閉鎖時(shí)，不會(huì)引起高頻切機(jī)動(dòng)作。同一直流雙極閉鎖，楚穗、普僑、金中、永富、牛從直流分別雙極閉鎖，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定，均未造成頻率失穩(wěn)，但系統(tǒng)最高頻率均超過(guò)50.6 Hz，會(huì)引起高頻切機(jī)動(dòng)作，采取穩(wěn)控相應(yīng)切機(jī)后，系統(tǒng)最高頻率均可控制在50.6 Hz以內(nèi)。

可以看出，云南與南方電網(wǎng)主網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)后，云南電網(wǎng)直流閉鎖產(chǎn)生的暫態(tài)失穩(wěn)問(wèn)題轉(zhuǎn)變?yōu)楣β矢挥喈a(chǎn)生的高頻問(wèn)題[2]。

2.5 主要斷面極限

異步聯(lián)網(wǎng)方式下，墨江、思茅斷面 (含墨江送電極限約7 000 MW，同步聯(lián)網(wǎng)方式下，該斷面送電極限約5 100 MW。

異步聯(lián)網(wǎng)方式下，黃坪大理斷面送電極限為5 400 MW，同步聯(lián)網(wǎng)方式下，觀音巖電站按不開機(jī)、全開機(jī)考慮時(shí)，則黃坪大理斷面送電極限分別為5 400 MW、2 700 MW。

異步聯(lián)網(wǎng)方式下，仁和大理斷面送電能力為9 500 MW。同步聯(lián)網(wǎng)方式下，若觀音巖電站按不開機(jī)、全開機(jī)考慮時(shí)，仁和大理斷面送電極限分別為9 600 MW、8 200 MW。

2.6 動(dòng)穩(wěn)特性

2016年豐大同步聯(lián)網(wǎng)方式下，與云南電網(wǎng)相關(guān)的區(qū)域間振蕩模式的阻尼比均大于3.5%。云南對(duì)廣東振蕩模式，參與因子較大的云南電網(wǎng)機(jī)組有溪洛渡、小灣、糯扎渡、巡檢司、大朝山等機(jī)組。貴州對(duì)云南、香港、廣東振蕩模式，云南機(jī)組在該模式中的的參與因子較小，相關(guān)性較大的機(jī)組主要有溪洛渡、小灣、糯扎渡等。

2016年豐大異步聯(lián)網(wǎng)方式下，云南電網(wǎng)與南方電網(wǎng)區(qū)域間振蕩模式消失。

對(duì)于云南電網(wǎng)內(nèi)部的振蕩模式，同步聯(lián)網(wǎng)和異步聯(lián)網(wǎng)兩種方式下基本一致，振蕩頻率和阻尼比變化幅度小。如滇西北～滇西南振蕩模式，同步聯(lián)網(wǎng)下振蕩頻率0.611 Hz、阻尼比8.20%，異步聯(lián)網(wǎng)下振蕩頻率0.609 Hz、阻尼比9.30%；滇東北～滇西南振蕩模式，同步聯(lián)網(wǎng)下振蕩頻率0.539 Hz、阻尼比20.72%，異步聯(lián)網(wǎng)下振蕩頻率0.577 Hz、阻尼比17.70%。

2.7 小結(jié)

1)潮流分布方面，異步聯(lián)網(wǎng)后云南電網(wǎng)內(nèi)部潮流分布更趨合理及優(yōu)化。

2)電網(wǎng)穩(wěn)定性方面，異步聯(lián)網(wǎng)后，線路N-2產(chǎn)生的暫態(tài)失穩(wěn)和過(guò)載問(wèn)題有所減少，但由于電源出力損失或穩(wěn)控切機(jī)導(dǎo)致的低頻減載裝置動(dòng)作次數(shù)呈增加趨勢(shì)。

3)直流閉鎖穩(wěn)定性方面，同步聯(lián)網(wǎng)方式下直流閉鎖產(chǎn)生的暫態(tài)失穩(wěn)問(wèn)題，轉(zhuǎn)變?yōu)楫惒铰?lián)網(wǎng)后功率富余引起的頻率問(wèn)題 (高頻切機(jī)動(dòng)作增加)。異步聯(lián)網(wǎng)后，直流FLC功能可有效抑制頻率問(wèn)題。

4)主要送電斷面極限方面，滇西南墨江、思茅斷面異步聯(lián)網(wǎng)較同步聯(lián)網(wǎng)提高1 900 MW。滇西北仁和大理、黃坪大理斷面，若同步聯(lián)網(wǎng)方式下觀音巖電站按不開機(jī)考慮，則與異步聯(lián)網(wǎng)斷面極限基本保持一致，同步聯(lián)網(wǎng)方式下隨著觀音巖開機(jī)增加，滇西北斷面極限有較大程度的下降。

5)動(dòng)穩(wěn)特性方面，異步聯(lián)網(wǎng)后，云南與南網(wǎng)間的振蕩模式消失，而云南電網(wǎng)內(nèi)部的振蕩模式，與同步聯(lián)網(wǎng)方式基本一致，振蕩頻率和阻尼比變化幅度小。

綜上，異步聯(lián)網(wǎng)后，云南電網(wǎng)的暫態(tài)功角問(wèn)題有所緩解，系統(tǒng)穩(wěn)定性主要呈現(xiàn)為功率過(guò)?；蚬β嗜鳖~引起的頻率問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

異步聯(lián)網(wǎng)后，云南電網(wǎng)的暫態(tài)功角問(wèn)題有所緩解，系統(tǒng)穩(wěn)定性主要呈現(xiàn)為功率過(guò)?；蚬β嗜鳖~引起的頻率問(wèn)題。

1)云南電網(wǎng)現(xiàn)狀的一次調(diào)頻、低頻減載、高頻切機(jī)、穩(wěn)控系統(tǒng)的適應(yīng)性及優(yōu)化方案建議深入研究，以適應(yīng)異步聯(lián)網(wǎng)后電網(wǎng)運(yùn)行。

2)直流FLC功能對(duì)云南電網(wǎng)頻率抑制作用較為突出，為避免第三道防線高頻切機(jī)、低頻低壓減載裝置頻繁動(dòng)作，建議異步聯(lián)網(wǎng)后加以合理有效運(yùn)用。

[1] 李文帆，伍文城，等.觀音巖電站送出直流工程系統(tǒng)諧波阻抗特性研究 [J].四川電力技術(shù)，2014，37(4)：53-57，69.

[2] 王邦一，梁洪波，剡文林，等.“兩渡”直流投產(chǎn)對(duì)電網(wǎng)的影響 (下)[J].云南電力技術(shù)，2014，42(2)：20-21，24.

Impact Study on Characteristics of Yunnan Power Grid Stability with Respect to Asynchronous Interconnection

GUO Hongqin
(China Energy Engineering Group Yunnan Electric Power Design Institute Co.，Ltd.，Kunming 650051)

This paper focuses on the analysis of Yunnan power grid stability after the implementation of asynchronous networking Yunnan power grid and southern grid，and the countermeasures and Suggestions，etc.

Yunnan power grid；asynchronous interconnection；stable characteristics

TM74

B

1006-7345(2015)05-0012-03

2015-07-06

郭洪芹 (1982)，女，碩士，工程師，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，從事電網(wǎng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)方面研究工作(e-mail)313549873＠qq.com。