“兩渡”直流投產對云南電網的影響

梁洪波,王邦一,剡文林,黃偉

(云南電力調度控制中心,昆明 650011)

“兩渡”直流投產對云南電網的影響

梁洪波,王邦一,剡文林,黃偉

(云南電力調度控制中心,昆明 650011)

介紹云南電網多回直流同時運行的電網格局,電網變為 “強直弱交”的特性,電網的穩定特性將發生較大的改變。分析多回直流故障對電網有何影響、及云南電網目前采取何種措施更好地適應這種電網結構、直流故障后電網調度如何快速有效進行調控、直流輸電系統之間如何進行協調等問題。

“兩渡”直流;云南電網;異步聯網;措施

1 云南電網基本情況

云南省水電資源極其豐富,也是南方電網中重要的電力送出大省。至2012年底,云南電網西電東送通道由±800 kV楚穗直流特高壓工程、4回500 kV交流線路和2回220 kV交流線路組成,送電能力達到960萬千瓦。2013年±800 kV糯扎渡直流工程 (5 000 MW)、±500 kV溪洛渡雙回直流工程 (6 400 MW)將陸續投入運行,云南電網將有多回直流同時并列運行。

云南電網多回直流同時運行后,電網的穩定特性也將發生較大的改變。從宏觀層面上來說,云南電網與南網主網的聯網由交直流送電能力基本相當,變為 “強直弱交”的特性。這種變化出現后,交直流之間的相互影響、直流之間的相互影響問題就變得更為突出。單回直流或者多回直流故障對電網有何影響、采取何種措施更好地適應這種電網結構、直流故障后電網調度如何快速有效進行調控、直流輸電系統之間如何進行協調等問題都是我們面臨的巨大挑戰,如圖1。

圖1 云南電網與南網同步聯網結構

2 “兩渡”直流投產后電網存在的問題

1)多回直流閉鎖的風險

云南電網的三回直流均饋入珠江三角地區,逐漸形成了送端電網云南多回大容量直流外送、受端廣東多直流集中饋入的電網結構特點,且西電東送輸電走廊相近,存在受端500 kV交流系統故障不能及時切除引發多回直流換相失敗并導致同時閉鎖風險,由于電網穩控系統無法應對兩回及以上直流同時閉鎖故障,若發生兩回及以上直流同時閉鎖,將導致電網失穩,存在特大電力安全事故風險。

2)多回交直流混聯電網中直流輸電引起的次同步振蕩風險

研究與實踐表明,在直流輸電整流站附近的汽輪發電機組,如果它的大部分功率通過直流輸電來輸送,且與交流大系統之間的聯系又比較薄弱的話,就很容易引起次同步振蕩。溪洛渡直流投產后,在交直流混聯方式下,昭通的鎮雄、威信火電廠以及溪洛渡水電站機組均存在次同步振蕩風險,當發生500 kV甘頂-永豐-多樂雙回線路n-2故障,該風險加大。特別是兩火電廠與直流孤島方式下,極易發生次同步振蕩。

3)溪洛渡直流的 “強直弱交”問題尤其突出

三回直流中與交流電網聯系最薄弱的是溪洛渡直流,對云南電網的運行安全影響也最大。2013年汛后枯期溪洛渡直流投產單極后,其送電能力為1 600 MW,而溪洛渡電站2013年預計投產的機組數量就可達到5～6臺 (裝機容量3 850～4 620 MW),屆時滇東北裝機容量將達到7 598～8 368 MW,電源送出需求大,但滇東北電網交流送出通道只有2回500 kV聯絡線 (500 kV多樂永豐雙回線)和2回220 kV聯絡線 (220 kV迤者雙回),電網結構性穩定問題突出的形勢非常嚴峻,地區電網 “大機小網”穩定問題突出,交、直流混聯運行特性復雜,發生重大電力安全事故的風險大。

4)連鎖故障后云南電網事故可能擴大到整個南網的風險

云南復雜交直流電網直流閉鎖后穩控拒動或多回直流組合故障均可導致云南電網失穩,而故障后的不可控大規模潮流大范圍轉移以及功率振蕩問題,又會通過云南與南網相聯的多回交流線路傳導至整個南方電網,最終導致整個南網失穩的風險。去年發生的印度電網大停電事故就是由于兩個局部電網聯絡線的故障,最終擴大到整個印度電網,從而導致了史上最大停電事故。

3 目前采取的措施及存在的問題

針對 “兩渡”直流投產后云南電網存在的問題,我們已經采取的措施主要有以下幾個方面：

1)針對直流雙極閉鎖故障,采取穩控切機措施

針對楚穗直流、溪洛渡直流以及糯扎渡直流的雙極閉鎖故障,均采取了響應的穩定控制措施,有效地提高系統抵御嚴重故障的能力。但是仍然存在下列問題：

a.兩回及以上云南外送直流同時直流單極閉鎖故障,穩控系統無針對性的穩控控制策略,存在系統失穩的風險;

b.云南外送大容量直流雙極閉鎖故障,若穩控系統拒動,系統存在失穩的風險;

c.受端交流故障若不能及時切除,將造成多回直流同時閉鎖可能,雖然穩控系統正確動作,也同樣存在系統失穩的風險;

雖然目前針對直流雙極閉鎖故障,采取了相應的穩控措施,但復雜的穩控策略降低了穩控系統可靠性 (目前云南電網已有近160套穩控裝置),且在極端情況下嚴重故障仍然可能導致系統失穩。

2)加裝次同步振蕩阻尼控制器以及機組扭應力保護裝置,降低次同步振蕩風險

針對溪洛渡直流投產后,可能發生次同步振蕩的風險,采取了以下措施：

a.在溪洛渡直流整流側采用次同步振蕩阻尼控制器 (SSDC)對其進行抑制;

b.在鎮雄和威信電廠采取加裝機組扭應力保護裝置 (TSR)的措施,當系統擾動激發次同步振蕩無法有效抑制的情況下,TSR裝置迅速切除相關機組,保證機組安全;

在加裝次同步振蕩阻尼控制器以及機組扭應力保護裝置后可有效抑制威信電廠和鎮雄電廠發生次同步振蕩風險,保障威信電廠和鎮雄電廠機組安全。

3)采取綜合措施,解決溪洛渡直流的 “強直弱交”問題

為解決溪洛渡直流投產后,昭通地區 “強直弱交”問題,我們從網架規劃建設、穩控措施制定、運行方式安排以及實時運行控制等多個方面采取了措施：

a.目前云南已經啟動了改善滇東北網架結構的500 kV威信-鎮雄-多樂線路工程,預計最快在2015年底投產。

b.在溪洛渡直流投產前,升級改造了昭通地區穩控系統,優化了昭通地區電網穩控措施,嚴重故障下優先切除兩火電廠機組,提高了直流投產后該地區電網抵御嚴重故障的能力,有效地提高了該地區電網的送電能力;

c.安排500/220 kV永豐-多樂、甘頂-永豐電磁環網合環方式運行,盡可能防范昭通市重大電力事故風險;

d.實時運行中控制溪洛渡單機出力不超過500 MW,保障滇東北電網500 kV雙回交流送出通道n-2嚴重故障下采取穩控措施后,電網安全穩定。

然后,受限于該地區交流送出網絡過于薄弱(2回220 kV線路,2回500 kV線路),在采取上述措施后仍然需要嚴格控制交流斷面送出潮流,才能確保系統穩定運行。

4)完善第三道防線,防止事故進一步擴大,增加孤網穩定運行概率

針對多回直流閉鎖等嚴重故障,目前安全穩控控制系統無相應對策,只能依靠電力系統第三道防線進行防御：

a.目前在云南省內主要電力送出斷面,以及云南與南網聯網的500 kV交流斷面均裝設了失步振蕩解列裝置,能有效解列失步電網,確保主網安全。

b.滇西大理、德宏、迪慶、怒江以及保山地區裝設了廣域振蕩解列系統,當這些地區發生功率振蕩時,能及時找到振蕩源并解列,確保不向主網傳播。

c.每年滾動更新云南電網主網和地區電網高周方案,提高孤網穩定運行概率。

然而,第三道防線的動作策略是依據一些典型方式下的離線仿真計算結果,不可能全面考慮實際運行中各種方式,其在事故中的處置能力有效性尚未得到充分檢驗。

5)采取直流孤島運行模式,減小直流系統對交流系統影響

直流孤島運行可以提高電網穩定水平,提高云南交流通道輸送能力,有效減小電網對穩控系統的依賴。但實際運行下來,主要存在以下幾個問題：

a.不利于全流域水電資源的綜合利用。以楚穗直流為例,當楚穗直流孤島運行時,小灣電廠和金安橋電廠以機組大發的方式匹配直流功率。作為下級電站的漫灣、大朝山等電站也必須保持機組大發,而云南的交流通道容量有限,這就會造成部分棄水情況出現;

b.直流孤島運行方式下,雙極閉鎖后過電壓水平高,設備運行風險大;

c.孤島運行限制了直流相繼閉鎖后閉鎖極再啟動功能,加大了直流雙極閉鎖的風險;

此外,雖然直流孤島方式雖然能徹底解決直流對交流的影響,但孤島運行復雜,目前運行經驗不足,出現故障時會隨時轉為聯網運行方式,因此問題并未根本解決。

[1] 金小明,周保榮,管霖,等.多饋入直流交互影響強度的評估指標 [J].電力系統自動化,2009(15).

[2] 楊衛東,徐政,韓禎祥.多饋入交直流電力系統研究中的相關問題 [J].電網技術,2000(8).

[3] 林偉芳,湯涌,廣全.多饋入交直流系統電壓穩定性研究[J].電網技術,2008,11.

[4] 邵瑤,湯涌.多饋入交直流混合電力系統研究綜述 [J].電網技術,2009(17).

[5] 程道衛,劉天琪,張金,等.多落點直流輸電系統換相失敗影響因素的仿真分析 [J].電網技術,2010(11).

Impact Analysis and Recommended Measures on Commissioning of“Liang Du”HVDC Project in Yunnan Power Grid

LIANG Hongbo,WANG Bangyi,YAN Wenlin,HUANG Wei
(Yunnan Electric Power Dispatching and Control Center,Kunming 650011)

With the rapid development of Yunnan power grid,the continuing construction of passage for“West Power Transmission to the East”and commissioning of large power sources,especially the commissioning of“Liang Du”HVDC project,the operation mode with multi-HVDC in Yunnan power grid has been formed,the characteristics of“strong connection in HVDC system and weak connection in AC system”in power grid is increasingly obvious,The stability characteristics of power grid will change greatly. This paper focuses on the analysis of impact on power grid after multi-HVDC fault,the measures to adapt the grid structure,the rapid and effective control and adjust measures for dispatchers after HVDC fault,and the coordination between HVDC and AC system in Yunnan power grid.

“Liang Du”HVDC project;Yunnan power grid;Asynchronous interconnection;Measures

TM73

B

1006-7345(2014)01-0032-03

2013-09-30

梁洪波 (1976),男,工程師,云南電力調度控制中心,主要從事云南電網運行策劃工作 (e-mail)51xy@163.com。

王邦一 (1980),男,工程師,云南電力調度控制中心,主要從事云南電網運行策劃工作 (e-mail)18993361@qq.com。

剡文林 (1981),男,工程師,云南電力調度控制中心,主要從事云南電網運行策劃工作 (e-mail)398184237@qq.com。