劉 進(jìn)，李 童，郭 裊，江海洋，關(guān)萬琳

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

●電力電子及電力系統(tǒng)自動化●

特高壓扎魯特工程投產(chǎn)后黑龍江西部電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行方案研究

劉 進(jìn)1，李 童2，郭 裊1，江海洋2，關(guān)萬琳1

(1.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030；2.國網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱 150090)

伴隨網(wǎng)架建設(shè)，某局部電網(wǎng)已具備較強(qiáng)的內(nèi)部聯(lián)絡(luò)，分區(qū)后能夠獨(dú)立保證自身供電可靠性，且不影響外部電網(wǎng)的供電可靠性時(shí)，該局部電網(wǎng)與外界聯(lián)絡(luò)斷面即具備分區(qū)條件。本文研究了扎魯特工程投產(chǎn)后黑龍江西部電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行方案，對黑龍江西部電網(wǎng)兩個(gè)供電區(qū)分網(wǎng)后運(yùn)行方式進(jìn)行討論，最后給出指導(dǎo)電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的方案。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；分層分區(qū)；穩(wěn)定運(yùn)行；短路電流

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要組成部分，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的容量不斷增大，由于負(fù)荷中心一般都遠(yuǎn)離電源，因此需要長線路輸送電能[1]。對線路長、容量大輸電問題，傳統(tǒng)的解決方法是隨著電力系統(tǒng)容量的增加而提高系統(tǒng)電壓，即采用更高的電壓等級來解決上述問題。電磁環(huán)網(wǎng)是電網(wǎng)發(fā)展過渡階段的產(chǎn)物，這種運(yùn)行方式一般存在短路電流大、安全保護(hù)裝置復(fù)雜，使得保護(hù)配合困難，需要增加通信通道等問題。電磁環(huán)網(wǎng)的存在給現(xiàn)代電網(wǎng)的運(yùn)行管理帶來麻煩，也給電網(wǎng)的發(fā)展帶來不確定因素[2-3]。

隨著特高壓扎魯特工程投產(chǎn)，黑龍江省500 kV電網(wǎng)的不斷發(fā)展和加強(qiáng)，實(shí)行500 kV/220 kV分層分區(qū)運(yùn)行是必然趨勢，220 kV電網(wǎng)將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榈貐^(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)。500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行使得線路潮流較難控制，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到較大影響。黑龍江電網(wǎng)，特別是西部電網(wǎng)長期保持著500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的模式，隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行引起的短路電流水平超標(biāo)等問題已經(jīng)嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的正常運(yùn)行；同時(shí)，電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，潮流分布不清晰，增加了調(diào)度運(yùn)行的困難和控制措施的復(fù)雜性。因此，隨著今后500 kV電網(wǎng)的逐步完善，220 kV電網(wǎng)應(yīng)逐步理順結(jié)構(gòu)，為分區(qū)運(yùn)行做好準(zhǔn)備。

1 計(jì)算工具與研究方法

1.1 元件模型

在電力系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)方程中發(fā)電機(jī)可以等效為一個(gè)電壓源和阻抗，負(fù)荷為恒定阻抗，輸電線路為阻抗，變壓器為阻抗和理想變壓器[4]，如圖1所示。

圖1 元件模型Fig.1 Component model

1.2 算法

理論上來講，一般采用牛頓迭代法來計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)定性。牛頓法就是把非線性方程線性化的一種近似方法[5]，設(shè)f(x)=0為一個(gè)線性方程組把f(x)在x0點(diǎn)附近展開成泰勒級數(shù)取線性部分，作為非線性方程的近似方程，即泰勒展開的前兩項(xiàng)，則有f(x0)+f′(x0)(x-x0)=0，設(shè)f′(x0)≠0，得到牛頓法的一個(gè)迭代序列x(n+1)=x(n)-f(x(n))/f′(x(n))。運(yùn)用牛頓法最大的優(yōu)點(diǎn)是平方收斂性很好。

計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 計(jì)算流程圖Fig.2 Calculation flowchart

1.3 故障集的選擇

本文采用黑龍江省2020年夏季大負(fù)荷運(yùn)行方式的工程數(shù)據(jù)文件，計(jì)算時(shí)故障集選取黑龍江電網(wǎng)所有220 kV、500 kV及規(guī)劃中1 000 kV變壓器、交流線和母線。

2 黑龍江西部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)概況

電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)斷面的確定原則[6]：

(1)按最終目標(biāo)網(wǎng)架確定的220 kV分區(qū)電網(wǎng)時(shí)電力平衡。

(2)應(yīng)保證分區(qū)后城市電網(wǎng)的供電可靠性和供電安全性無明顯降低。

(3)分區(qū)后城市電網(wǎng)的220 kV母線短路電流水平應(yīng)滿足導(dǎo)則要求。

(4)分區(qū)斷面線路的潮流應(yīng)較輕，分區(qū)后對系統(tǒng)的潮流分布影響不大。

黑龍江西部齊慶電網(wǎng)分區(qū)點(diǎn)擬安排為昂綱甲乙線(昂昂溪變—綱要變)、齊讓甲乙線(齊一變—讓胡路變)，線路兩側(cè)冷備用(見圖3)。昂昂溪變、齊一變?nèi)詾闃屑~變，分區(qū)后，綱要變、讓變由樞紐變變?yōu)殡p線供電末端，高牽變由綱要變供電，可靠性相應(yīng)下降。分區(qū)后，齊齊哈爾地區(qū)、大慶地區(qū)即可實(shí)現(xiàn)與外部無電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行的方式。

3 黑龍江西部電網(wǎng)短路電流水平

黑龍江西部電網(wǎng)包括大慶和齊齊哈爾兩個(gè)地區(qū)電網(wǎng)，西部電網(wǎng)共有500 kV變電站2座，截止2020年末預(yù)計(jì)火電廠12座，裝機(jī)容量4 905 MW；風(fēng)電場16座，裝機(jī)容量1 522 MW。大慶電網(wǎng)與哈爾濱電網(wǎng)、齊齊哈爾電網(wǎng)進(jìn)行電力交換，大慶電網(wǎng)火電廠8座，裝機(jī)容量2 330 MW(不含乙烯廠8臺325 MW自備機(jī)組及宏偉廠2臺100 MW自備機(jī)組)。齊齊哈爾電網(wǎng)是東北主網(wǎng)與蒙東呼盟電網(wǎng)聯(lián)系的樞紐，分別與蒙東呼盟電網(wǎng)，大慶電網(wǎng)，黑河電網(wǎng)進(jìn)行電力交換，火電廠4座，裝機(jī)容量2 575 MW。

黑龍江西部電網(wǎng)變電站最大短路電流情況見表1，可見，大慶220 kV母線三相短路電流43.126 kA,單相短路電流46.243 kA。其余地區(qū)，僅齊南220 kV母線單相短路電流水平較高(46.473 kA)，且三相短路電流(43.577 kA)不超過45 kA。通過合理控制地區(qū)開機(jī)、加裝主變中性點(diǎn)小電抗等手段，可保證短路電流不超標(biāo)并留有裕度。

圖3 齊慶電網(wǎng)分區(qū)斷面Fig.3 Partition sectionof Qiqihar-Daqingpower grid

表1 2020年黑龍江省變電站短路電流計(jì)算結(jié)果表Table 1 Short-circuit current calculation results of Heilongjiang substations in 2020

4 地區(qū)電網(wǎng)分區(qū)方案分析

4.1 分區(qū)后齊齊哈爾地區(qū)計(jì)算分析

4.1.1 正常方式N-1，齊齊哈爾地區(qū)開機(jī)方式要求

預(yù)計(jì)2020年，齊地區(qū)夏大方式負(fù)荷約為1 130 MW，地區(qū)火電機(jī)組共2 575 MW。齊慶分區(qū)后，正常方式下為保證馮屯主變N-1后地區(qū)潮流和電壓合格，要求齊地區(qū)最小開機(jī)500 MW。開機(jī)方式：富二1臺200 MW，齊熱1臺300 MW，此時(shí)不用安控切負(fù)荷即能保證齊地區(qū)電壓合格。潮流圖如圖4所示。

2020年，齊地區(qū)夏腰方式負(fù)荷約為900 MW。正常方式下為保證齊南#1、#2主變之一N-1后其余主變上送不過載，要求控制地區(qū)機(jī)組總出力不大于2 450 MW。開機(jī)方式：富二6臺1 200 MW，齊熱3臺950 MW，富熱1臺300 MW。此時(shí)不用安控切機(jī)即能保證齊地區(qū)潮流和電壓合格。潮流圖如圖5所示。齊地區(qū)線路N-1后存在送出過載問題，分區(qū)后問題并未加重，安控事故后切機(jī)措施按目前配置可以滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定要求。

圖4 齊慶分區(qū)齊地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(正常方式馮屯主變N-1)Fig.4 Flow diagram of minimum boot mode in Qiqiharregionafterpartition ofQiqihar and Daqingnetworks(normal mode in main transformer N-1ofFengvillage)

圖5 齊慶分區(qū)齊地區(qū)最大開機(jī)方式潮流圖(正常方式齊南主變N-1)Fig.5 Flow diagram of maximum boot mode in Qiqihar region after partition ofQiqihar and Daqing networks (normal mode,main transformer N-1 of SouthQiqihar)

4.1.2 檢修方式N-1，齊地區(qū)開機(jī)方式要求

2020年齊地區(qū)夏大負(fù)荷約為1 130 MW。為保證夏大方式下，齊南#1、#2主變之一檢修，另一臺主變N-1后，齊地區(qū)僅剩一臺馮屯500 kV主變(801 MVA)不正送過載，齊地區(qū)需要最小開機(jī)400 MW。開機(jī)方式：富二2臺400 MW,不需要安控切負(fù)荷。此時(shí)齊地區(qū)電壓合格，馮屯變下網(wǎng)676 MVA，潮流圖如圖6所示。

2020年齊地區(qū)夏腰負(fù)荷約為900 MW。為保證夏腰方式下，齊南#1、#2主變之一檢修，另一臺主變N-1后，齊地區(qū)僅剩一臺馮屯500 kV主變(801 MVA)不反送過載，宜控制齊地區(qū)機(jī)組總出力不大于1 700 MW。開機(jī)方式：富二3臺 800 MW，齊熱2臺600 MW，富熱1臺300 MW。此時(shí)齊地區(qū)電壓合格，馮屯變上網(wǎng)686 MVA，潮流圖如圖7所示。

4.2 分區(qū)后大慶地區(qū)計(jì)算分析

4.2.1 冬大方式N-1，大慶地區(qū)開機(jī)方式要求

2020年大慶地區(qū)冬大負(fù)荷約為3 600 MW(不含宏偉廠、乙烯廠自發(fā)自用負(fù)荷)。齊慶分區(qū)后，正常方式下為保證大慶#1主變(801 MVA)N-1后地區(qū)潮流和電壓合格，要求大慶地區(qū)最小開機(jī)2 330 MW。開機(jī)方式：新華廠2臺530 MW，西城熱電2臺700 MW，大慶自備4臺900 MW，宏偉廠1臺(#3機(jī))100 MW，安達(dá)2臺100 MW。全網(wǎng)最低電壓出現(xiàn)在讓胡路變216 kV，潮流圖如圖8所示。

大慶地區(qū)火電裝機(jī)共2 330 MW(不含乙烯廠8臺325 MW自備機(jī)組及宏偉廠2臺100 MW自備機(jī)組)，冬大負(fù)荷3 600 MW，為保證大北甲乙線、慶繁甲乙線潮流N-1合格，大慶地區(qū)機(jī)組必須滿發(fā)，所以不建議大慶地區(qū)分區(qū)。

4.2.2 夏大方式N-1，大慶地區(qū)開機(jī)方式要求

2020年大慶地區(qū)夏大負(fù)荷約為3 200 MW。齊慶分區(qū)后，正常方式下為保證大慶#1主變(801 MVA)N-1后地區(qū)潮流和電壓合格，要求大慶地區(qū)最小開機(jī)1 880 MW。開機(jī)方式：新華廠2臺530 MW，西城熱電1臺350 MW，大慶自備4臺900 MW，宏偉廠1臺100 MW。此時(shí)不用安控切負(fù)荷即能保證大慶地區(qū)電壓合格，全網(wǎng)最低電壓出現(xiàn)在讓胡路變216 kV，潮流圖如圖9所示。

大慶地區(qū)火電裝機(jī)共2 330 MW(不含乙烯廠)，夏大負(fù)荷3 200 MW，為保證大慶#1主變(801 MVA)N-1后大慶#2主變(750 MVA)下網(wǎng)潮流不過載和鋒繁甲線(LGJ-240+2×LGJ-240)潮流N-1合格，大慶地區(qū)機(jī)組除西城熱電開機(jī)1臺外，其余機(jī)組滿發(fā)，所以不建議大慶地區(qū)分區(qū)。

圖6 齊慶分區(qū)齊地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(齊南#1主變檢修且#2主變N-1)Fig.6 Flow diagram of minimum boot mode in Qiqihar region afterpartition of Qiqihar andDaqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenanceand#2 main transformerN-1)

圖7 齊慶分區(qū)后齊地區(qū)最大開機(jī)方式潮流圖(齊南#1主變檢修且#2主變N-1)Fig.7 Flow diagram of maximum boot mode in Qiqihar region afterpartition of Qiqiharand Daqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenance and #2 main transformer N-1)

圖8 齊慶分區(qū)后大慶地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(正常方式大慶1#主變N-1)Fig.8 Flow diagram of minimum boot mode in Daqing region after partition of Qiqihar and Daqing networks (South Qiqihar #1 main transformer maintenance and #2 main transformer N-1)

圖9 齊慶分區(qū)大慶地區(qū)最小開機(jī)方式潮流圖(大慶1#主變檢修)Fig.9 Flow diagram of minimum boot mode in Daqing region after partition of Qiqihar and Daqing networks (Daqing #1 main transformer maintenance)

5 結(jié) 論

昂昂溪變與齊慶備用線路相連，昂昂溪變至齊南變雙回線路之一檢修時(shí)，可以考慮短時(shí)合環(huán)，通過備用線路倒至大慶電網(wǎng)供電，維持雙線供電結(jié)構(gòu)，保證供電可靠性。綱要變、讓變均與齊慶備用線路相連，慶綱甲乙線、讓繁甲乙線檢修時(shí)，可以考慮短時(shí)合環(huán)，通過備用線路倒至齊電網(wǎng)供電，維持雙線供電的結(jié)構(gòu)，保證供電可靠性。

根據(jù)2020年負(fù)荷及投產(chǎn)計(jì)劃預(yù)計(jì)，齊慶地區(qū)主要規(guī)劃的電網(wǎng)工程建設(shè)投產(chǎn)后，齊齊哈爾地區(qū)在分區(qū)后潮流合理，主變檢修方式N-1不需要安控切負(fù)荷，且常規(guī)檢修方式下基本不需要重新合環(huán)，齊地區(qū)分區(qū)無問題。大慶地區(qū)主要規(guī)劃的電網(wǎng)工程建設(shè)投產(chǎn)后，大慶地區(qū)在冬大方式下分區(qū)后，地區(qū)機(jī)組滿發(fā)；夏大方式下分區(qū)后，除西城熱電開機(jī)1臺其余機(jī)組滿發(fā)，所以不建議大慶地區(qū)分區(qū)。因此，考慮慶地區(qū)N-1后其余元件不過載及檢修要求，不建議齊慶電磁環(huán)網(wǎng)分區(qū)。

[1] DL 755—2001，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則[S].

[2] 張祖平，范明天，周莉梅.城市電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)問題研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2008,32(19):42-44.ZHANG Zuping,FAN Mingtian,ZHOU Limei.Research of breaking up electromagnetic ring in urban power network[J].Power System Technology,2008,32(19): 42-44.

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(編輯 侯世春)

Study on partition operation scheme of west Heilongjiang power grid after UHV Zarud project is put into operation

LIU Jin1，LI Tong2，GUO Niao1，JIANG Haiyang2，GUAN Wanlin1

(1.Electric Power Research Institute of Sate Grid Heilongjiang Electric Power Co.,Ltd.,Harbin 150030,China;2.State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited,Harbin 150030,China)

Due to the construction of gridstructures,a local power grid has already hada strong internal contact.After the partitionwhenthe gridcan independently guarantee their own power supply reliability,and does not affect the external power supply reliability,the local power grid and the external contact sectionare able tooperate in partition.Inthis paper,the partition operation scheme of West Heilongjiang power grid after the operation of Zarud projectis studied,the operation modes of two power supply networks in western Heilongjiang power gridare discussedafterpartition,and finally the scheme to guide the actual operation of power grid is proposed.

grid structure; hierarchical partition; stable operation; short circuit current

2017-05-17。

劉 進(jìn)(1982—)，女，碩士研究生，高級工程師，主要從事電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析研究工作。

TM727.2+2

A

2095-6843(2017)04-0283-07