浙江交直流混联电网特性及最小开机方式研究

２０１７年第４５卷第４期　陕西电力　ＳＨＡＡＮＸＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　ＰｏＷＥＲ　电网技术　Ｇｒｉｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２０１７．　Ｖｏ１．４５　Ｎｏ．４　浙江交直流混联电网特性及最小开机方式研究　邓　晖，楼伯良，华　文，赵一琰，黄弘扬，卓谷颖　（１．国网浙／ｒ＿省电力公司电力科学研究院，浙江杭州　３１００１４）　摘要：随着受端电网直流馈入规模不断提升，交直流系统耦合紧密、动态无功支撑下降，容易引发连锁故障。针　对上述问题。基于浙江交直流混联电网运行特征，首先分析了宾金、灵绍特高压直流近区交互特性，总结得到影　响直流换相失败的关键故障。并根据短路电流贡献值排序得到支撑换流站的关键机组。在此基础上，提出了特高　压直流近区最小开机计算方法，用以预防交流电网严重故障连锁导致的直流闭锁，并通过ＢＰＡ仿真算例验证。本　文相关研究结论已用于实际电网运行方式安排，证明可提升交直流混联电网安全稳定水平。　关键词：浙江电网：交直流混联：换相失败：直流闭锁；最小开机　中图分类号：ＴＭ７４２　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７３—７５９８（２０１７）０４—００５５－０５　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ＡＣ／ＤＣ　Ｈｙｂｒｉｄ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｓｅｔ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｚｈｅｊ　ｉａｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｇｒｉｄ　ＤＥＮＧ　Ｈｕｉ，Ｌ０Ｕ　Ｂｏｌｉａｎｇ，ＨＵＡ　Ｗｅｎ，ＺＨＡ０　Ｙｉｙａｎ，ＨＵＡＮＧ　Ｈｏｎｇｙａｎｇ，ＺＨＵＯ　Ｇｕｙｉｎｇ　（Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１００１４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｓｃａｌｅ　ｏｆ　ＤＣ　ｐｏｗｅｒ　ｆｅｄ　ｉｎ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｅｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ．ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＡＣ　ａｎｄ　ＤＣ　ｂｅｃｏｍｅ　ｃｌｏｓｅｒ　ｗｈｉｌｅ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｂｅｃｏｍｅ　ｗｅａｋｅｒ，　ｉｔ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｌｉｋｅｌｙ　ｔｏ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｃａｓｃａｄｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅｓ．Ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｏ　ａｂｏｖｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ，ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｂｉｎｊｉｎ　ａｎｄ　Ｌｉｎｇｓｈａｏ　ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　ｈｙｂｒｉｄ　ＵＨＶＡＣ／ＤＣ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ．Ｔｈｅ　ｃｒｉｔｉｃａｌ　ｅｍｅｒｇｅｎｃｉｅｓ　ａｎｄ　ｃｒｕｃｉａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ　ｔｏ　ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｉｎ　ｍｕｈｉ—ｉｎｆｅｅｄ　ＨＶＤＣ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎｅａｒｂｙ　ａｒｅａｓ　ｏｆ　ＨＶＤＣ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｅｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ　ｔｏ　ａｖｏｉｄ　ＤＣ　ｂｌｏｃｋｉｎｇ　ｆａｕｌｔｓ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｓｅｖｅｒｅ　ＡＣ　ｃａｓｃａｄｉｎｇ　ｆａｉｌｕｒｅｓ．　Ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ＢＰＡ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ａｎｄ　ｖｅｒｉｆｙ．Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ａｃｔｕａｌ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ｉｔ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ＡＣ／ＤＣ　ｈｙｂｒｉｄ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｚｈｅｊｉａｎｇ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ；ＡＣ／ＤＣ　ｈｙｂｒｉｄ　ｓｙｓｔｅ　；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ　ｆａｉｌｕｒｅ；ＤＣ　ｂｌｏｃｋｉｎｇ　ｆａｕｌｔ；ｏｐｔｉｍａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　特别是直流换流站近区缺乏大电源支撑时，若交流　Ｏ　引言　２０１６年随着灵绍直流输变电工程投人运行，浙　江电网正式形成“两交两直”特高压网架格局．通过　系统发生严重故障，将造成直流换相失败　。近年来，　我国电网已发生数起因交流系统故障引发多回直流　同时换相失败或连续换相失败的案例　，在交流故　障清除后仍然发生后继换相失败，不仅影响受端电　网的电压安全稳定性，同时对送端电网产生较大的　冲击，电网面临严重的全局性连锁故障风险ｌ　７ｌ　针对上述问题，本文基于浙江交直流混联电网　宾金、灵绍两回特高压直流分别从四川、宁夏受人电　力，总计馈人容量为１６　０００　ＭＷ。多馈人直流增加了　电网运行方式的灵活性、扩大了输送容量．但也增加　了结构的复杂性，交直流电网耦合加强、连锁故障概　率增加，给电网的安全稳定运行带来新的挑战　。　随着直流馈人规模的增大，区外直流对受端常　规电源的置换效应ＪＪＨ，￣０，浙江电网将出现“大受电、　小开机”方式【３Ｊ，局部电网动态无功支撑能力下降。　运行特性，首先分析影响宾金、灵绍直流换相失败的　近区关键故障和关键机组，在此基础上进一步研究　直流近区最小开机方式，避免因交流线路三永Ｎ一２　故障造成直流闭锁。本文所述方法已应用于华东电　网安全稳定性仿真分析计算中，用于指导实际运行　陕ｆ｝　ｆ　ＪＪ　，『一ｒ　ｌ，Ｉ勺发｝Ｉ｝　交流系统发，ｆＡ　路故障时，　氚落点近Ｉ≮Ｊ　Ｉ：　机水　较低、动态尤功不　，将造成换流站　线电　｛　ｊ－１ｉ：ＩＪ内难以怏述恢复　ｉ『＿乜　特续低ｌｒ临　电　，　枸：发生连续换村ｆ久收，人　功率艘余冲　ｆ　交、Ｉ　ｌＬｌ也剐，　严　情　卜　ｆ』ｌ发送端　域电　晰列　战ｔＬ２ｏｌ６　呔　尔Ｉ也　作为最曼受端电网．　据浙汀特高』　‘ｉ＝流控制保护系统定ｆ　．、　｛发，卜连续３　次换＿卡ｌＩ失败时将　接触发特离　ｌ　Ｉ：流　锁，以此降　通过　苏（锦　—Ｍ　ｌ　）、复奉（阳家　一率　贤）、睫　（溪济渡一　华）、灵　（灵州～乡，Ｊ　）４　特ｌ　、　Ｊ　从Ｉ　外受Ｉ　ＬＩ，特高乐交流　、ＪＥ２个　卜环　低停电事敝］ｘＬｌ￣　ｆＩ＿ｆ　流ｒ才Ｊ锁也．会）（、，受端电网频率、　Ｌ　Ｉｄ‘Ｉ．ｉ‘，定造成　．　ｉ　结　蠖小建成　当ＩＵ　ｆｆ－尔电网特商　刚　结构　罔　ｌ所爪　ｊ　Ｉ『Ｉ．浙汀电网已形成“两交　．交血　”的特ｆ　网架结构．通过宾金、　特岛　直　流，浙ｆｉ！ｌ｛（浙『｛＝『一　州）、淮沪（皖南一浙北一沪　）　特ｌ　交流通道受【Ｕ，交ｒ１：流电网交　ＪＪＪ１紧密，　运ｆｎ　Ｉ－　为复杂｛　Ｉ随肴２０ｌ６　夏季　流投　运，浙　ｆ　冈受电比　进・步提高，水地　机规模　受刮制约，ＩＩｚ』Ｉｉ史撑能　所下降　ｊ　！；　ｃ　１分７湔母线　青　等，　运仃　、　Ｉ乐　换流　孽　川ｔ　路ｉ￣ｌｌ．缶　父　机　综ｆ　所述，　术采取有效的控　洲卅施前，必须什　埘ｌ　［流近【　运仃特　ｒ　，合　安ｆｌＩ－！￣ｆ：饥力‘Ｊ＝　．颅防严　＾叟障下　连续换卡ｆＩ火败引发血流　锁．确　浙ｆＩ－ｉＵ　网安全稳定运行　宾　直流落点金　站近　网架　罔２昕示　通过浙江全网交流线路故障¨描－　Ｉ．甜占殳障后　｝；站似线电』　恢复特性影响最大，【Ｉ！　Ｉ：迂１埸・　Ｉ发换川　人，败敝障为万象一莲部ｔ相永久　ｌｌ　路（　称ｉ永）　，ｖ一２敞障币ｌＪ双龙一、　溪　永　２占叟障　溢ＩＩ￣．ＩＹ　　Ｌ　＋　＆＇Ｊ　Ｊｉｔ＋￣ｆ￣Ｊ－：　。　Ｈ母，ＪＹＬ＆＇Ｊ　女　篓　Ｌ　￣Ｆ．　１１１＿，到￣Ｉｌｌ＋Ｉ　ｑＶ－　对金ｆＬ　￣Ｌ　Ｌ　菇‘　线撑１　Ｈ　盏　蔷　Ｈ　第４期　邓晖，等　浙江交直流混联电网特性及最小开机方式研究　５７　序如表１所示。　表１　金华换流站短路电流贡献值排序　根据表１结果可知．近区兰溪电厂（４￣６００　ＭＷ）　和仙居抽水蓄能电厂（４￣３７５　ＭＷ）（以下简称仙居　抽蓄）对金华站短路电流贡献值最大，是支撑换流　站母线电压的关键机组　２．２　灵绍直流近区交互影响特性　灵绍直流落点绍兴站近区网架结构如图３所　示。通过故障扫描得到影响直流换相失败的关键故　障为乔司一涌潮三永＾Ｌ２故障。　由拳　圈３绍兴换流站近区５ＯＯ　ｋＶ刚架结构　由图３可知。绍兴换流站近区无接人５００　ｋＶ电　网的电厂，电气距离较近的机组为古越、舜江等２２０　ｋＶ　供区的燃气轮机电厂。灵绍直流落点与宁波地区通　过古越一句章、舜江～河姆２个通道相连，若其中１　个通道发生三永Ｎ一２故障时，北仑、镇海等电厂仍可　通过另一通道进行无功支援。而当过江通道乔司一　涌潮开断时，浙北地区秦二厂等机组将无法对绍兴　换流站提供无功支撑，易发生连续换相失败。　浙江电网机组对绍兴站短路电流贡献值排序　如表２所示。根据表２可知，支撑绍兴换流站电压的　表２绍兴换流站短路电流贡献值排序　关键机组主要为绍兴近区接人２２０　ｋＶ电网的萧山燃　气轮机厂（３￣４００　ＭＷ）、唐绍电厂（２￣４８０　ＭＷ）、曹　娥江电Ｖ（２￣３００　ＭＷ）、江东￣Ｖ（２￣４８０　ＭＷ），其中　萧山燃机和唐绍电厂机组短路电流贡献值相对更大。　３特高压直流近区最小开机计算方法　基于特高压交直流电网运行特征，确定直流换　流站近区最小开机方式，避免因交流系统故障导致　直流闭锁。提升交直流连锁故障风险抵御能力，具体　计算方法如下。　第一步：采用对象电网典型运行方式数据，通过　交流系统故障扫描及网架结构分析，总结得到影响　直流换相失败的关键故障。　第二步：计算各发电机对直流换流站短路电流　贡献值．通过大小排序确定对换流站支撑能力较强　的关键机组　第三步：进行交流系统关键故障时域仿真，根据　排序表从大到小调整关键机组的开机方式，避免因　特高压直流连续３次换相失败导致闭锁。　４浙江电网仿真算例　４．１计算边界条件　计算选取２０１７年华东电网夏季平均高峰和冬季　平均高峰２个典型运行方式：夏季平均高峰时宾金、　灵绍直流落地功率分别为７　５００　ＭＷ和４　０００　ＭＷ：　冬季平均高峰时，宾金、灵绍直流落地功率分别为　２　０００　ＭＷ和７　５００　ＭＷ。模型参数均采用华东电网　年度运行方式下发数据。　保护动作时序为：短路故障近端９０　Ｉ／ＩＳ切除，远　端１００　ＨＩＳ切除。换相失败判断标准为直流熄弧角小　于７。。连续换相失败依据为：每隔２００　ｍｓ进行一次直　流系统熄弧角采样，若前后２次均发生换相失败，则　为连续换相失败。　４．２宾金直流近区最小开机方式　２０１７年夏季平均高峰方式，宾金直流双极满送，　落地功率为７　５００　ＭＷ。由于仙居电厂为抽水蓄能机　组，主要按调峰需求运行。在仙居电厂全停的严重情　况下，近区关键机组兰溪电厂需至少开３台机。在此　最小开机方式下，双龙一兰溪三永ＡＬ２故障后宾金　直流响应特性如图４所示，发生连续２次换相失败。　其中关键机组兰溪电厂１号机无功响应曲线如　图５所示。在换相失败期间，机组持续输出动态无功，　５８　陕西电力　第４５卷　支撑换流站电压　在考虑发电机一次＿ｉＪ吉Ｉ频下，故障后电网频率响　应曲线如图７所示。换相失败时电网频率下降，在恢　复后频率迅速回升，当连续３次换相失败造成直流『才Ｊ　在上述方式下减少兰溪电厂开机至２机．双　龙一兰溪三永Ｎ一２故障后宾金直流响应特性如图６　所示，连续３次换相失败后将造成直流闭锁。需要指　锁后，电网最低频率跌落至４９．６１　Ｈｚ。　５２　出的是，若仙居电厂可控，则可通过２台仙居机组顶　替１台兰溪机组　ｆ／０　（ａ）宾金直流ＩＥ极功率　ｔ　（ｂ）金华换流站母线电压　图４　双龙　兰溪Ｎ一２－－永故障宾金直流仿真　结果（最小开机方式）　№：　图５双龙　兰溪Ｎ～２－－永故障兰溪１号机仿真　结果（最小开机方式）　ｔ／ｓ　（ａ）寅金直流Ｊｔ极功率　ｓ　（ｂ）金华换流站母线电压　图６双龙　兰溪　～２Ｕ＿永故障宾金直流仿真　结果（最小开机减１机方式）　５１　５０　４９　４８　４７　２０１７年冬季平均高峰方式，宾金直流落地功率　２　０００　ＭＷ。￣ＬＨ，７直流电流较小，ＨＶＤＣ换相所需的　换相角较大，在触发角一定时，关断角变大，直流换　相失败几率减小。即使考虑仙居电厂全停，对兰溪电　厂也无开机要求　４　３灵绍直流近区最小开机方式　２０１７年夏季平高方式，灵绍直流落地功率按　４　０００　ＭＷ。灵绍直流近区关键机组萧山燃机、唐　电厂、曹娥江电厂、江东电厂根据表２短路电流责献　值顺序开机，需至少开２台机。在此最小开机方式下，　乔司～涌潮　永Ｎ一２故障后灵绍直流发生连续２次　换相失败　２０１７年冬季平均高峰方式，考虑灵绍直流配套　电源全部投产，具备双极满送条件，落地功率为７　５００　ＭＷ。此时，关键机组萧山燃机、唐绍电厂、曹娥￣Ｊ：ｒｔＺ　厂、江东电厂需至少开５机。在此最小开机方式下，故　障后灵绍直流响应特性如图８所示。　ｅ　出　甘　ｓ　（ｂ）绍兴换流站母线电压　图８乔司　涌潮　２－－永故障灵绍直流仿鼻　结粜ｒ姑小开机片式　第４期　邓晖．等　浙江交直流混联电网特性及最小开机方式研究　５９　关键机组唐绍电厂１号机无功响应曲线如图９　所示。　６０Ｏ　鐾３（）０　０　图９乔司　涌潮Ｎ一２三永故障唐绍１号机仿真　结果（最小开机方式）　在上述方式下减少灵敏度最小关键机组１机．　乔司一涌潮三永』＝、Ｌ２故障后灵绍直流响应特性如图　１０所示，将引发直流闭锁事故。　５　ｏｏｏ　４　ｏｏｏ　妻３　００ｏ　基２　ｏｏｏ　甓１　ｏｏｏ　０　１　ｏｏｏ　ｏ　ｏ　ｌ　ｏ　２　ｏ　３　ｏ　４　ｏ　５　ｏ　６　ｏ　７　ｏ　８　ｏ　９　１　ｏ　ｔ／ｓ　（ａ）灵绍直流正极功率　ｓ　（ｂ）绍兴换漉站母线电压　图１　Ｏ乔司…涌潮Ｎ一２－－久故障灵绍直流仿真　结果（最小开机减１机方式）　５小结　本文基于２０１７年浙江交直流混联电网运行特　征，分析多直流馈入下受端交流电网电压支撑不　足、存在连续换相失败风险的特点。在此基础上．总　结得到浙江特高压直流近区运行特性和最小开机　要求如下：　（１）灵绍直流近区关键故障为乔司一涌潮三永　Ⅳ一２，关键机组为萧山燃机、唐绍电厂、曹娥江电厂、　江东电厂；宾金直流近区关键故障为万象—莲都和双　龙一兰溪三永，ｖ一２，关键机组为兰溪电厂、仙居电厂。　（２）为防止交流线路故障导致宾金直流闭锁，　夏季平均高峰方式下金华近区兰溪电厂４机需开３　机：冬季平均高峰方式下无开机要求。　（３）为防止交流线路故障导致灵绍直流闭锁，夏　季平均高峰方式下绍兴近区曹娥江、唐绍、江东、萧　山燃机共９机需开２机：冬季平均高峰方式下９机需开　５机。　（４）换流站近区开机方式是影响直流换相失败　的关键因素。在地区电网负荷水平及馈入功率一定　的情况下．可通过增加旋转备用的方式，提高本地机　组开机规模。能够在一定程度上提高换相失败抵御　能力。　本文相关计算方法已广泛应用于华东电网特高　压直流近区运行特性评估。研究结论已用于实际电　网运行方式安排，可预防交直流连锁故障的发生，提　升电网安全稳定水平　参考文献　ｆ１］覃琴，郭强，周勤勇，等．同网“十三五”规划电网面临的安　全稳定问题及对策ｌＪ１．中国电力，２０１５，４８（１）：２５—３２．　ｆ２］齐以涛，彭慧敏，杨莹．三华电网特高压交直流输电系统　交互影响及控制策略『Ｊ］＿中国电力，２０１４，４７（７）：５１－５６．　『３】凌卫家，孙维真，叶琳，等．浙江交直流混联受端电网静　态稳定分析［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１６，４４（１５）：　１６４—１７０．　『４１林凌雪，张尧，钟庆，等．多馈入直流输电系统中换相失　败研究综述　电网技术，２００６，３０（１７）：４０—４６．　『５］朱韬析，王超．天广直流输电系统换相失败的分析及处理　ｌＪ１．高电压技术，２００８，３４（８）：１７６９—１７７３．　『６】王晶，梁志峰，江木，等．多馈人直流同时换相失败案例分　析及仿真计算『Ｊ１．电力系统自动化，２０１５，３９（４）：１４１—　１４６．　［７］李明节．大规模特高压交直流混联电网特性分析与运行　控制ｌＪ１．电网技术，２０１６，４０（４）：９８５—９９１．　『８］毛雪雁，孙黎滢，徐政，等．浙江特高压交直流混合电网系　统稳定性研究ｌＪ］．浙江电力，２０１０，２９（６）：１—４．　ｆ９】徐政，唐庚，黄弘扬，等．消解多直流馈入问题的两种新技　术Ｌ１］．南方电网技术，２０１３，７（１）：６－１４．　【１０１高强，张小聪，施正钗，等．＋８００　ｋＶ宾金直流双极闭锁故　障对浙江电网的影响ｌ　Ｊ１．电网与清洁能源，２０１４，３０（１１）：　４７－５１．　［１１］翁华，徐政．一种考虑短路电流指标的动态等值方法ＩＪ１　＿电力自动化设备，２０１２，３２（９）：８５—８９．　（责任编辑张健）　收稿日期：２０ｌ７一Ｏ卜２５　作者简介：邓晖（１９８６），男，浙汀伉州人，工程师，从事电力系统分　析与控制方面研究Ｔ作。