西北新疆交流聯網后新疆電網控制模式變化機理及對策研究

常喜強，孫誼媊，姚秀萍，梁 靜，趙明君

(1.新疆電力調度通信中心，新疆烏魯木齊 830002;2.新疆電力科學研究院，新疆烏魯木齊 830002)

0 引言

大區交流聯網形成初期弱聯系階段，原電網內部運行特性的變化一直是電網安全分析的焦點。該文深入分析研究了新疆西北交流聯網后的電網特性變化，影響機理，梳理新疆750/220 kV電網運行控制模式，確定了調整方向，重點對電網電磁環網解環，分區互供方式，調度運行控制模式進行調整，同時對區域穩定控制模式和優化方案等進行分析研究，并提出了相應保證系統穩定運行的解決措施。

1 新疆電網內部穩定水平變化情況

新疆西北聯網后，新疆電網穩定性發生了變化，呈現出“兩個加強，四個改善，四個加劇，三個新增，三個不變”的特點。

兩個加強體現在新疆與西北電網聯網結構得到了加強(鳳烏升壓工程)，新疆南北部電網網架結構得到了加強(吐巴工程)。

四個改善體現在送端“窩電”狀況得到改善，系統頻率穩定性得到改善，系統暫態穩定性得到了改善，部分地區供電可靠性得到了改善。

四個加劇體現在電壓控制難度加劇，解網后的頻率、電壓穩定問題交織，復雜程度加劇，聯絡線控制與風電控制難度加劇，電網運行方式調整靈活，安排配合復雜程度加劇。

三個新增體現在新增西北外送通道(750 kV哈敦雙線)，新增南疆750 kV送電通道(750 kV吐巴通道)，新增動態穩定低頻振動網間模式一個(新疆機組對西北主網機組模式)。

三個不變體現在新疆電網局部地區供大于求發供電不平衡狀況不變;新疆電網基本潮流走向沒有改變，部分斷面的穩定問題不變;穩定極限基本不變。

2 控制模式變化分析

新疆與西北聯網后，新疆電網電壓控制模式、電磁環網控制模式、調峰、調頻控制模式、區域性電網穩定控制模式、調度管理模式均發生了較大的變化。

2.1 電壓控制模式

750/220 kV電壓級差較西北主網750/330 kV以及國內其他地區500/220 kV或1 000/500/220 kV大，且在國內無先例，根據電壓變化經驗公式，電壓變化與聯絡線傳輸功率大小、潮流波動水平、線路阻抗以及母線短路容量相關。聯網的750 kV線路充電功率大(百公里充電功率280 Mvar，是500 kV線路的2.8倍)，沿線網架結構較弱，短路容量小，接力送電的聯網通道上，潮流波動頻繁并且幅度大，從而導致聯網通道近區220 kV母線電壓波動較大。而750 kV電網缺少動態無功調節手段，采用高、低抗固定補償，正常運行中電壓控制較為困難。對聯網通道近區220 kV電壓控制要求苛刻。通過計算分析，若按750 kV母線電壓不超過800 kV控制，需將近區220 kV母線運行電壓控制在230～238 kV范圍內，在現有調節手段下運行控制難度大。

由于新疆境內750 kV變電站均為單主變壓器運行，輕潮流下，聯網通道上750 kV母線初始電壓偏高。主變壓器N－1故障后，電網將失去220 kV電網的電壓鉗制作用，同時失去750 kV主變壓器低壓側低抗;同時失去低壓補償，導致750 kV母線出線運行過電壓，需進行綜合考慮電壓調整和控制問題。

圖1 750/220 kV電磁環網示意圖

烏北主變壓器跳閘，烏北750 kV母線電壓升高幅度約為50～70 kV，為抑制部分主變壓器特別是末端饋供主變壓器跳閘后750 kV母線高電壓，需聯切750 kV線路，從而電網運行從N－1問題升級為N－2問題，還需要調控電壓同時需控制各750、220 kV斷面潮流，關聯因素較多。

220 kV電網面臨正常小負荷方式下電壓偏高需消化吸收750 kV系統未補償的容性無功，750 kV主變壓器N－1故障情況下，750 kV系統變化的容性無功被切除，220 kV系統因失去容性無功造成感性無功偏多，電壓偏低，而750 kV設備又因為缺少的感性無功補償而電壓偏高，不論750 kV還是220 kV電網，電壓反復波動問題突出。

此外，新疆電網內750 kV系統的電壓水平與西北電網內750 kV系統的電壓水平相關聯，鏈式網絡的電壓調整隨聯絡線傳輸功率變化而變化，并相互制約，使得電壓調整控制延伸面擴大。

由于上述因素造成電壓調整和控制關聯因素增多，電壓控制模式變化較大，需進行調整。

2.2 電磁環網控制模式

新疆電網出現多個大型電磁環網，分別為鳳烏電磁環網，烏吐電磁環網，吐哈電磁環網，吐巴電磁環網，電磁環網帶來的是系統短路水平的不斷上升，熱穩定、動穩定、暫態穩定引起的控制問題。采取分區分片的運行方式是解決短路電流問題的發展趨勢，但是在分區運行后需考慮設備檢修、電力電量平衡、設備過載等問題，同時還帶來不同情況下的運行方式多變，保護定值方案多套，事故支援能力變弱，運行方式調整困難、調度運行操作復雜等問題。

在環網方式下部分220 kV輸電斷面制約著750 kV系統送出功率，同時750 kV系統設備運行和停運也造成220 kV線路穿越潮流的變化。上述設備的檢修需相互配合，相互兼顧。此外新疆電網因網架結構薄弱，疆內750 kV設備停運相互之間也影響較大，需統一考慮。

2.3 調峰、調頻控制模式

新疆電網由孤網運行轉為聯網運行，由獨立電網轉為西北區域電網一部分。新疆電網調峰、調頻控制模式將發生較大的變化，電網AGC控制模式需要調整。通常AGC有四個基本目標及其分別對應的四個控制模式。

(1)負荷平衡控制模式:使整個互聯系統的發電與負荷基本平衡。

(2)定頻率控制模式:保證電力系統的頻率偏差在某一范圍內，并使均值為零。

(3)聯絡線控制模式:在各控制區域內調節發電出力，使聯絡線功率偏差積分值為零。

(4)經濟調度控制模式:控制本區域內的分配發電，使發電成本最小。

新疆電網在與西北電網聯網后，采用聯絡線頻率控制模式，但由于是聯網設備均為單主變壓器，還需考慮主變壓器跳閘，解網方式下的定頻率控制模式，解網方式還存在不同地區，不同機組參與，需要進行調整和改變，在兩者之間切換。如:在750 kV哈敦雙線斷開，吐哈一二線斷開，烏吐一二線斷開方式下，天光電廠、察汗烏蘇電廠、庫車電廠等機組的AGC控制模式需做相應的調整。

AGC控制模式復雜程度增加，控制模式多變，需要考慮和完善相關功能定義。

對于系統旋轉備用容量的制定，電力、電量平衡、機組開機方式等均進行了多種情況的考慮。既要滿足系統外送要求、又要滿足聯網通道故障后穩控切機要求，滿足系統故障情況下的快速響應調節能力，負荷變化、風電出力變化要求。

2.4 區域性電網穩定控制模式

聯網后電網具有明顯的區域性特征:烏北地區、吐魯番地區、哈密地區局部電力系統各自由多個電源節點構成，分區內穩定性與分區內電源具有強相關性。對于這樣的系統，其安全穩定控制，需綜合考慮這些電源的運行狀態，因而往往需要大量的遠方信息傳遞。這樣就使得區域性電力系統的安全穩定控制復雜程度增加，尤其是在各種情況下如何保證全套裝置動作的可靠動作。

區域穩控控制模式也需適應多種情況進行調整優化，對于750 kV/220 kV，由原有的集中控制模式調整為采取750 kV/220 kV分層控制模式。形成以三個變電站六套裝置為樞紐的108套系統分區分層進行控制。

2.5 調度管理模式

聯網后，新疆省調調度管理由單一的孤網運行管理變為聯網運行管理與孤網運行管理雙重方式，需積極適應新的聯網方式，將新疆電網在孤網運行過程中形成了一套適應新疆電網實際情況的調度管理模式進行優化、轉型、轉變，在調度運行、運行方式、調度計劃、繼電保護、通信、自動化專業的工作標準、工作制度、專業流程，標準、規程、制度，全面梳理。

對于調度運行方面，轉變孤網運行管理，加強電網的負荷預測，合理安排系統旋轉備用容量、事故備用容量、檢修備用容量及其分布，要求具備相應的響應調節能力，對于電網穩定工作，聯合網調、省調、地調制定協調一致的穩定規定，拉路限電序位表，制定緊急來路限電措施。調度運行人員及時準確調整有關調頻廠，重視聯網工程系統的過電壓問題，保持發電機組自動電壓調節在運行狀態，采用快速勵磁，合理使用并聯電抗器，控制系統運行電壓在正常范圍內，對可能發生的各類嚴重故障，平時制定相應預案和反事故演習，在二次系統方面，加強網省繼電保護的運行管理工作，完善規章制度，整定方案，整定原則，現場實施、定期檢驗、設備維護等環節。對電網第三道防線需統一考慮，對于重要設備的電網通信，調度自動化系統和各樞紐站的自動化設備、加強運行維護和管理。

3 提高電網安全穩定水平控制模式調整措施

為提高新疆電網聯網后的安全穩定水平，在深入分析了電網穩定性變化情況，電網控制模式存在不足，提出以下控制模式調整措施。

3.1 針對電壓控制

合理選擇750 kV主變壓器分接頭檔位，縮小變比，優化確定750 kV無載調壓變壓器分接頭位置，做到750 kV、220 kV系統同時優化，聯合調壓。加強常規電源并網管理，充分發揮其調壓能力。靜態電壓故障前做好控制預案和相應控制策略，故障情況下電壓控制需穩控系統與人員控制相結合。

3.2 針對電磁環網

加快電網建設，為電磁環網方式解環提供條件，開展新疆電網規劃網架及過渡期間電磁環網解環專題研究，優化電磁環網解環方案，優化電源分區互供，減少潮流迂回轉供，減少電網相互制約因素。優化區域穩控策略的優化工作，增加相應的區域穩控策略。

3.3 針對調峰、調頻

根據電網運行情況，針對電網故障解列孤網運行后不同AGC“掛起”措施。優化現有AGC策略，結合運行開展相關的優化。制定多種AGC控制模式。合理確定系統備用容量，將風電、水電、火電、聯絡線備用統籌考慮，充分發揮區域聯網綜合效益。將電源按AGC區域貢獻率進行劃分，與不同方式下頻率調整控制進行關聯。

3.4 針對區域穩控

研究切負荷執行站、切機執行站接入方式變更，切負荷功能閉鎖程序優化，策略改進，做到“自適應”。

3.5 針對調度管理

盡快融入網省一體化運作，加強溝通，建立協作機制。建立統一和諧的調度協調機制。

4 結論

新疆與西北電網聯網后，可以充分發揮大電網、大機組、大容量遠距離輸電的規模經濟效益，實現能源、電力資源的優化配置;可以實現水電、火電、核電、風電等不同特性電力資源的互補，實現更大的經濟和安全效益。但電網大范圍互聯又會使電網事故影響范圍擴大，如果處理不當，有造成大面積停電的風險。需要在電網運行控制各個方面的模式進行調整和轉換，梳理新疆750/220 kV電網運行控制模式，確定調整方向，迅速改進和轉變，以滿足電網各種運行工況的需求，此外，電網在規劃設計方面也需要進行綜合考慮，開展電磁環網解環研究、電源分區消納研究、電源接入地方式研究，750～220 kV電壓控制專題研究等，建設堅強的各級電網，各級電網統一協調統籌發展，為電網運行提供堅強的物理保障。