互聯系統交流聯絡線隨機功率波動幅值研究

任 華，姚秀萍，王維慶，常喜強，周 專

(1.新疆大學電氣工程學院，新疆烏魯木齊830047；2.國網巴州供電公司，新疆庫爾勒841000；3.新疆電力調度通信中心，新疆烏魯木齊830002；4.國網新疆電力公司經濟技術研究院，新疆烏魯木齊830016)

互聯系統交流聯絡線隨機功率波動幅值研究

任 華1,2，姚秀萍1,3，王維慶1，常喜強3，周 專4

(1.新疆大學電氣工程學院，新疆烏魯木齊830047；2.國網巴州供電公司，新疆庫爾勒841000；3.新疆電力調度通信中心，新疆烏魯木齊830002；4.國網新疆電力公司經濟技術研究院，新疆烏魯木齊830016)

跨省電網互聯后，會產生各孤立電網所不具備的新功效。電網互聯后可提高系統的供電可靠性及旋轉備用效益、有利于優化發電結構、降低運行費用等。但是正常運行時跨省級互聯系統交流聯絡線上存在隨機功率隨機波動的現象，這種功率波動影響跨省互聯系統聯絡線上的傳輸功率，嚴重時會威脅到電網的安全穩定運行，研究了隨機功率波動的機制，并通過PSASP軟件仿真及EMS系統的實測數據，對基于系統靜態頻率特性，推導的關于跨省級互聯系統交流聯絡線功率波動的公式進行了驗證，分析了影響聯絡線功率波動在理論計算與實測數據中產生誤差的原因，為制定抑制聯絡線功率波動的措施提供依據。

互聯電力系統；聯絡線；PSASP；EMS；隨機功率波動

由于我國能源分布與電力消費之間地區分布不平衡的矛盾決定了未來我國需要建設一些大容量、長距離的輸電線路將西部、北部地區的電力送往中部、東部和南部地區。以輸送電力為主要目的的大區電網互聯將促成全國互聯電網的形成。因此，電網互聯將是我國電網發展的趨勢。新疆電網以750 kV電壓等級線路接入西北主網后，實現了新疆電網與西北電網的聯網，對促進新疆能源資源開發、實現“疆電外送”具有重要意義。跨省電網互聯后，會產生各孤立電網所不具備的新功效：(1)更合理、更經濟地開發一次能源，實現水火資源優勢互補；(2)降低系統總的負荷峰值，減少總的裝機容量；(3)減少備用容量；(4)提高供電可靠性；(5)提高電能質量[1-4]。

但是在正常運行過程中可以觀察到聯絡線上存在有功功率波動的情況。聯絡線功率較大時，功率波動可能造成聯絡線輸送功率超過靜態穩定極限，嚴重威脅電網的安全穩定運行[5-7]。除此之外，聯絡線功率波動會引起兩端電網的電壓波動，該波動隨著輸送潮流的增大而增大，若缺乏無功控制手段則可能威脅電網和設備的安全運行，同時有功功率波動限制了聯絡線的輸電能力。通過對跨省級互聯系統交流聯絡線上功率波動的推導公式的驗證，分析了影響聯絡線上功率波動在理論計算與實測數據中產生誤差的原因，有助于掌握跨省級互聯電力系統的隨機功率特性，為互聯電力系統的運行方式安排和控制措施的確定提供理論基礎和技術依據[8-10]。

1 跨省互連系統聯絡線隨機功率波動的機制

1.1 系統頻率靜態特性1.1.1負荷頻率靜態特性

系統處于穩態運行時，系統中有功負荷隨頻率的變化特性稱為負荷的靜態頻率特性。當頻率偏離額定值不大時，通常采用線性關系來描述負荷對頻率的變化關系為：

1.1.2 發電機組頻率靜態特性

當系統頻率變化時，發電機組調速系統將自動改變汽輪機的進汽量或水輪機的進水量，從而調整發電機組的出力。發電機組出力對頻率變化的調節效應可表示為：

1.1.3 系統頻率靜態特性

電力系統的頻率靜態特性是指系統功率不平衡時頻率的變化特性，是負荷頻率特性和發電機頻率特性影響的綜合結果，表示為：

1.2 兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動

考慮如圖1所示的兩區域互聯系統，系統A和B通過聯絡線組成互聯系統和分別為兩系統的負荷變化量和分別為兩系統二次調頻機組的發電功率變化量和分別為兩系統的系統頻率靜態特性系數，為聯絡線功率波動量(以由A至B為正方向)。

圖1 跨省互聯系統示意圖

對于系統A和系統B，分別有：

聯解式(4)和式(5)，可得：

式(7)為跨省互聯聯絡線功率波動，聯絡線上功率波動較大時可能造成聯絡線輸送功率超過靜態穩定極限。除此之外，聯絡線功率波動會引起兩端電網的電壓波動，波動幅值過大時可能引起系統穩定及電壓問題，影響互聯電網的安全穩定運行。因此，研究聯絡線的功率波動十分重要，是跨省互聯大電網安全穩定運行的基礎。

2 驗證分析

為了驗證兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的推導公式在計算聯絡線上的波動功率與實際結果有無差別，通過PSASP仿真軟件分別對新疆電網切300 MW機組、西北電網切300 MW機組的情況進行了聯絡線功率波動仿真，并將其仿真結果與新疆電網300 MW機組跳閘時EMS系統的實測數據進行了比較。

(1)新疆電網切300 MW機組

(2)西北電網切300 MW機組

表1 理論計算與EMS系統實測結果

由表1可知兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的理論推導公式的理論計算結果與EMS系統的實測數據很接近，但還是存在一定的誤差，誤差為2.4%。此誤差等級不影響兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的理論推導公式在實際功率波動問題中的應用。

3 原因分析

根據互連系統聯絡線隨機功率波動的機制，造成兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的理論推導公式的計算結果與EMS系統實測數據存在誤差的原因是實際電網系統中各種類型負荷比例與發電機的調速系統，因此對上述兩種影響因素進行了仿真，結果如圖2所示。

圖2 不同負荷類型的頻率波動曲線示意圖

大型跨區域互聯的電力系統、電源和負荷的種類與分布情況比較復雜，實際電網系統中負荷頻率靜態特性與發電機組頻率靜態特性對互聯系統聯絡線上的功率波動影響很大，同時影響理論與實際的聯絡線上功率的計算。由圖2、3可知在不同負荷類型下互聯系統聯絡線上的頻率波動與功率波動是不同的。由圖4、5可知有無發電機調速系統參與下互聯系統聯絡線上的頻率波動與功率波動是不同的。復雜的電源和負荷的種類與分布的情況使互聯系統中的負荷頻率靜態特性與發電機組頻率靜態特性變得復雜，因此，聯絡線上的功率波動在理論與實際的計算中會產生一定的誤差。

圖3 不同負荷類型的功率波動曲線示意圖

圖4 有無發電機調速系統的頻率波動曲線示意圖

圖5 有無發電機調速系統的功率波動曲線示意圖

4 結論

本文在互聯系統聯絡線隨機功率波動的機制的基礎上通過對新疆與西北兩區域電網聯絡線功率波動仿真分析與EMS的實測數據對兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的理論推導公式進行了驗證，可知兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的理論推導公式在理論與實際中存在一定的誤差，此誤差等級不影響兩區域互聯系統聯絡線隨機功率波動的理論推導公式在實際功率波動問題的應用。存在誤差的原因是實際電網系統中各種類型負荷比例與發電機的調速系統，為了進一步減小聯絡線上的功率波動以及縮小其在理論與實際中的誤差，建議如下：(1)合理選擇系統內機組的開機方式以及機組的調速系統的模型，特別是承擔著系統中二次調頻的機組；(2)合理調整系統內的負荷類型的比例。

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AC tie-line stochastic power fluctuation amplitude estimation for interconnection system

After the interconnection provincially,new effect which the each isolated power grid did not own could be produced.The efficiency of the system of power supply reliability and spinning reserve could be improved after the interconnection.It was helpful to optimize the power structure,reduce the operation cost,etc.But during normal operation,the phenomenon of random fluctuations was existed on random power when using AC Tie-line for the Cross-regional interconnection system. And cross-regional interconnection system link transmission power was influenced.What's more,the safe and stable operation of power grid would be seriously threatened.The random power fluctuation mechanism was studied.Through the PSASP software simulation and the measurements data of the EMS system, for static frequency characteristic of the system, the derivation of AC Tie-line for the Cross-regional interconnection system that existed on the formula of Stochastic Power Fluctuation was verified.The causes of errors in which the influence of tie line power fluctuations in the theoretical calculation and the measured data were analyzed.The evidence for measure to restrain the tie line power fluctuations was provided.

interconnected power system;tie-line;PSASP;EMS;power fluctuation

TM 712

A

1002-087 X(2015)10-2257-02

2015-03-21

教育部創新團隊項目(IRT1285)；國家自然科學基金項目(51267017)

任華(1984—)，男，山西省人，碩士生，主要研究方向為電力系統穩定與控制。