交直流協控技術在大電網的應用及配置

胡濟洲，奚江惠，宋軍英

(1.國網湖北省電力公司，湖北武漢430077；2.國家電網華中電力調控分中心，湖北武漢430077；3.國網湖南省電力公司，湖南長沙410014)

交直流協控技術在大電網的應用及配置

胡濟洲1，奚江惠2，宋軍英3

(1.國網湖北省電力公司，湖北武漢430077；2.國家電網華中電力調控分中心，湖北武漢430077；3.國網湖南省電力公司，湖南長沙410014)

基于華中電網跨區交直流 “送受并存”的特點，采用交直流協控技術，當受入型直流故障后，調制送出型直流功率，以減少不平衡功率在特高壓長南線、500 kV交流電網的轉移量，進而保持系統穩定運行，消除大功率大范圍轉移可能引發的 “次生災害”，同時避免大量切除負荷減少對民生的影響。該技術已在德寶直流、天中特高壓直流工程中應用，有效提高了直流工程和長南線綜合輸送能力。隨著特高壓電網發展，交直流協控技術將得到更廣泛地應用。

交直流協控；受入型直流；送出型直流；系統保護；切負荷

2015年底在電網管理上四川、重慶電網由原華中電網分出，劃入新成立的西南電網管理。管理關系的變化未改變電網結構、運行特性，從便于闡述交直流協控技術的應用和配置角度，文中 “華中電網”仍指四川、重慶電網與湖北、河南、湖南、江西共同構成的交流同步電網。

交直流協控是指利用直流通道協調控制功能以解決特高壓交直流通道各種故障引起的交流電網安全穩定問題的技術。交直流協控技術的實現不同于傳統基于就地信號實現切機切負荷功能解決局部電網穩定問題的安全穩定控制裝置，是充分利用直流輸電的快速控制能力，通過遠方信息傳輸實施跨區域協調控制，解決故障影響在跨區互聯電網大范圍傳導造成的穩定問題，對傳統的切機切負荷措施有一定替代作用，屬于系統保護的廣域型協調控制范疇。文獻 〔1〕針對大電網相互間跨區影響逐漸顯著等穩定問題特征和新型控制手段靈活快速的特點，分析了安控系統廣域協調配合的控制策略發展趨勢。文獻 〔2〕指出隨電力系統擴大和復雜化，應以數據通信網為基礎，建立信息充分交換基礎上的交直流混合輸電安全穩定控制系統。

自2009年特高壓交流試驗示范工程投運以來，我國特高壓電網得到快速發展，處于跨區互聯樞紐的華中電網實現了跨區互聯由超高壓向特高壓的升級。華中－華北聯網的特高壓交流試驗示范工程擴建，特高壓復奉、錦蘇、賓金和天中直流投運，與靈寶背靠背直流和三峽送出直流等超高壓直流聯網工程共同構建了華中電網 “十一直一交”的跨區互聯格局，跨區互聯升級的重要特征是單一直流通道輸送功率大幅提升，復奉、錦蘇、賓金、天中輸送功率分別為6 400 MW，7 200 MW，8 000 MW和8000 MW。跨區互聯通道的交直流耦合關系也同時凸顯。

目前特高壓交流長南線單回線聯絡華中、華北電網，任一直流通道異常造成的功率不平衡均會在長南線上造成功率波動。根據長南線2009年投運以來的WAMS記錄，華中電網中功率擾動反映在長南線的功率首擺轉移比高達90%～110%。文獻〔3—4〕以華中－華北單回交流線路聯網為背景，分析了大電網功率沖擊對聯絡線首擺功率的影響，闡釋了長南線首擺功率高轉移比的機理。首擺功率轉移大，超過長南線靜穩極限造成長南線解列風險高。仿真計算顯示，若長南線解列，華中電網的穩定性將會受到威脅。因此需要采取必要的措施降低直流通道閉鎖等故障后長南線的功率轉移。

交直流協控技術在 “十二五”初期即已在德寶直流進行了應用，后在天中特高壓直流投產時，亦應用交直流協控技術，建設了天中交直流協控系統，保證天中直流閉鎖后華中－華北電網安全穩定運行。

1 大電網交直流協控技術應用的必要性

圖1為大電網主要跨區交直流互聯概況，該圖中華中電網是跨區互聯通道最多的區域電網，是觀察大電網跨區互聯情況的良好 “窗口”。其與周邊區域電網均有聯絡，與華北經1 000 kV長南Ⅰ線特高壓聯絡線交流聯網；與華東通過±800 kV復奉、錦蘇、賓金特高壓直流和±500 kV葛南、龍政、宜華、林楓直流聯網；與西北電網通過靈寶背靠背直流、±500k德寶直流和±800kV天中特高壓直流聯網；與南方電網通過±500 kV江城直流聯網〔5〕。

圖1 大電網跨區互聯

跨區互聯既有交流聯網又有直流聯網；既有超高壓互聯，也有特高壓互聯。其中僅華中－華北聯絡線長南線為交流通道，其余均為直流。特高壓交直流故障對電網的沖擊大，傳統安控裝置采用切除機組、負荷措施減少不平衡功率的轉移，減小故障后系統加速面積，保持系統穩定。措施的實施對象基于就近原則，所切除的機組或負荷局限于局部電網。措施量特別是切負荷量需盡可能小，以減少社會影響。

但是隨著互聯電網發展，特高壓直流通道數量快速增加，單一通道輸送功率遠遠大于超高壓直流輸送容量，同時交流電網發展相對滯后于特高壓直流發展，直流閉鎖后不平衡能量在交流電網穿越，大范圍轉移，可能帶來暫穩、熱穩、頻率穩定等問題，對特高壓交流斷面造成巨大沖擊，導致系統穩定破壞，靠傳統安控需要大量切機、切負荷。通過在局部范圍內采取措施的傳統穩控措施已不適應這類全局性穩定問題。

通過直流的緊急功率控制來避免或減少切機、切負荷量成為保證大電網安全和提高跨區通道輸送能力的必然選擇。

2 大電網交直流協控技術應用的可行性及其優勢

交直流協控需要一定數量的交、直流通道作為相互協調控制的網架結構基礎。華中電網因其跨區互聯結構、電力流向特征使應用交直流協控技術解決全局性穩定問題具有先天優勢，故而在突破傳統安控系統配置，采用交直流協控技術方面起步較早。

“十一五” 以來，特高壓交流工程、德寶直流、復奉、錦蘇特高壓直流等跨區輸電工程陸續投產，強化了華中電網在跨區互聯電網中的樞紐地位，也為跨區輸電通道故障后其余通道緊急調整相互支援提供了條件，相應配置了大范圍內實施交直流協調控制的安全穩定控制系統〔6〕。

從華中電網電力送受角度看，除德寶直流豐水期送出、枯水期受電外，直流通道中三峽近區的葛南、龍政、宜華、林楓、江城直流和四川的復奉、錦蘇、賓金特高壓直流均是水電送出通道，對于華中電網而言是送出型直流。靈寶直流和天中特高壓直流則將西北風電、火電送入華中，是華中電網的受入型直流。

長南線大功率向華中送電時跳閘，華中電網將面臨較大功率缺額，可能造成低頻減負荷裝置動作，可以緊急回降送出型直流的送出功率，降低頻率下降幅度。受入型直流如德寶直流 (枯水期向華中送電)、天中特高壓直流閉鎖，大量功率轉移至長南線可能造成長南線解列，使華中電網面臨更大功率缺額，同樣可以緊急回降送出型直流的送出功率，減少功率向長南線轉移使其不因突破靜穩極限而解列，從而避免擴大故障影響。采取這樣的緊急直流調制措施可減少甚至避免切除負荷，相應減少或消除了大范圍配置切負荷裝置帶來的管理和可靠性方面的隱患，也降低了由于穩定措施不利而帶來的社會影響。

大電網多通道互聯、送受并存為交直流協控技術的應用提供了網架條件。

3 應用實例

大電網交直流耦合的特性及送受并存的特點是交直流協控技術在華中電網應用的重要原因。為實現大電網交直流協控功能，構建了跨省關聯的安控系統，隨工程投運的有長南線、德寶直流、天中特高壓直流的交直流協控系統。三大協控系統均利用直流緊急調制功能，可在300 ms內完成，三大協控系統總調制量約6 000 MW。

3.1 特高壓交直流協控系統

特高壓交流試驗示范工程擴建后，長南線輸送能力大幅提升。長南線大功率向華中送電時跳閘，華中電網功率缺額較大，頻率將大幅下降，甚至造成第三道防線低頻減負荷裝置動作。為避免切除華中電網大量負荷，配置了特高壓交流長南線與三峽送出直流協調控制系統，若長南線跳閘且跳閘前輸送功率大于定值，則可在300 ms內完成三峽送出直流功率緊急回降，最大調制量2 000 MW。

該系統通過交流線路故障后緊急調制送出型直流，避免了長南線大功率向華中送電時跳閘可能造成華中電網損失大量負荷的問題，既保證了特高壓交流擴建工程投運調試期間大負荷輸送試驗的順利進行，也有效保證了長南線大功率送電方式下華中－華北電網安全。

3.2 德寶直流協控系統

枯水期德寶直流向華中送電時，如果華中－華北特高壓交流聯絡線長南線同時向華中送電，一旦德寶直流閉鎖，可能出現大量功率向長南線轉移造成系統靜穩破壞的情況，安控系統用于解決華中經德寶直流、長南Ⅰ線同時受電方式下這2個通道輸送功率存在耦合關系的問題。如發生德寶直流閉鎖，且德寶直流損失功率達到定值時，德陽安控將遠傳功率回降信號至湖北三峽送出直流的龍泉站、宜都站、江陵站、葛洲壩站和四川－華東復奉特高壓直流復龍站，相應回降龍政直流、宜華直流、江城直流、葛南直流、復奉直流輸送功率，必要時向譚家灣站安控裝置發送聯切四川負荷的命令，系統配置見圖2。

圖2 德寶直流德陽穩控系統配置

該系統建設利用了其他工程既有安控系統。德陽安控的各執行站既是德陽安控的子站，同時還屬于其各自的用以實現其他功能的安控系統，如復龍站安控裝置同屬復龍側安控系統，龍泉站、宜都站、江陵站、葛洲壩站安控裝置同屬三峽安控系統。德陽安控通過跨省通信通道在大范圍內組織華中多個送出型直流的安控系統，通過協控多個直流解決對特高壓交流通道的潮流轉移沖擊，使華中經特高壓交流和德寶直流同時受電能力不再受限，并保證了電網安全穩定運行，對于解決豐枯轉換特性鮮明的華中電網在枯水期的受電問題發揮了巨大作用〔6〕。

3.3 天中特高壓直流受端交直流協控系統

仿真計算表明，枯水期大負荷方式下，特高壓長南線大功率南送時，天中特高壓直流若發生雙極閉鎖，河南電網可能需要切除超過2 000 MW的負荷。配置了受端中州協控系統后，若天中直流發生單換流器或多換流器閉鎖，且天中直流損失功率達到定值時，中州站安控將向龍泉站中州穩控發出回降送出直流功率的命令，回降時間不超過300 ms，必要時向菊城站中州穩控發出聯切河南負荷的命令。協控系統充分利用華中電網直流通道送受并存的特點，受入型直流閉鎖則優先回降送出型直流功率，將切負荷作為后備措施，降低大量切負荷風險，而且在調制直流后有效減少了受端電網功率缺額，顯著降低了河南切負荷量，目前最大切負荷量為800～1 200 MW。中州協控系統配置如圖3所示。

圖3 天中特高壓直流中州穩控系統配置

4 應用展望

目前交直流協控系統工程主要應用于提高特高壓交流聯絡線長南線輸電能力或長南線與受入型直流的綜合輸送能力，并減少受端電網切負荷量。

除此之外，還可拓展其應用場景，如基于多回直流的特高壓聯絡線功率波動控制，即根據特高壓長南線監測信息，快速調節直流功率，抑制特高壓聯絡線功率波動幅度，可有效降低特高壓聯絡線的功率首擺幅值，從而提高特高壓聯絡線安全穩定裕度，降低電網中各種擾動對特高壓聯絡線的功率沖擊。

同時，還可利用基于多回直流的阻尼調制功能以提高交流電網阻尼，抑制交流系統低頻振蕩〔7－8〕。

5 結語

在特高壓交流電網形成初期，特高壓交流暫未能形成特高壓網架，相對薄弱，輸電能力不足；特高壓交直流工程建設時序存在不確定性，運行方式和控制策略需動態調整；同時經濟社會發展已使集中大量切負荷措施實施的難度越來越大。這些因素都使過渡期電網安全穩定運行面臨新的困難。交直流混聯電網迫切需要新型交直流綜合協調控制技術。

跨區互聯直流發展快而交流發展相對滯后造成的華中－華北交流弱聯系，以及實施切除大量負荷措施的巨大困難，同時跨區通道送受并存的結構特點使華中電網應用交直流協控技術兼具了必然性和可行性。華中電網的應用實踐基于大電網背景，可為當前正在華東等電網開展的多直流頻率緊急控制等系統保護建設及應用提供借鑒。

〔1〕方勇杰.跨區互聯電網緊急控制技術未來發展分析 〔J〕.電力系統自動化，2011，35(15):1-5.

〔2〕張徐東.長距離交直流混合輸電安全穩定控制系統的配置原則〔J〕.電力系統自動化，2002，26(14):55-58.

〔3〕湯涌，孫華東，易俊，等.兩大區互聯系統交流聯絡線功率波動機制與峰值計算 〔J〕.中國電機工程學報，2010，30(19): 1-6.

〔4〕劉巨，孫海順，文勁宇，等.交流互聯電網中大擾動對聯絡線的沖擊特性分析方法 〔J〕.電力系統自動化，2013，37(21): 17-22.

〔5〕國家電網公司華中分部.二○一六國家電網運行方式 (華中－西南分冊)〔R〕.2016.

〔6〕奚江惠，胡濟洲，奚江麗.廣域型安全穩定控制裝置在華中電網的應用和發展 〔J〕.華東電力，2014，42(7):1 333-1 336.

〔7〕湯涌，何劍，孫華東，等.兩區域互聯系統交流聯絡線隨機功率波動機制及幅值估計 〔J〕.中國電機工程學報，2012，32 (19):30-35.

〔8〕何劍，孫華東，郭劍波，等.直流功率調制抑制交流聯絡線隨機功率波動的研究 〔J〕.中國電機工程學報，2013，33(25): 93-98.

Application and configuration of AC/DC coordinated control technology in bulk power system

HU Jizhou1，XI Jianghui2，SONG Junying3
(1.State Grid Hubei Electric Power Corporation，Wuhan 430077，China；2.State Grid Central China Power Dispatching and Control Branch，Wuhan 430077，China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China)

Based on the characteristics of coexistent of receiving and sending，DC sending power is modulated to reduce the unbalanced power transfer in UHA Changnan line and 500 kV AC grid，remain system reliable operation，eliminate the faults caused by the transfer of large-scale high power and avoid the influence of people’s livelihood by AC/DC coordinated control technology.The AC/DC coordinated control technology has been used on Debao DC and Tianzhong UHV DC，which enhances the comprehensive transfer capability of both DC and Changnan AC line successfully.With the development of UHV，AC/DC coordinated control technology will obtain more and more application.

AC/DC coordinated control；DC accepting power；DC sending power out；interregional interconnection channels；system protection；load shedding

TM732

B

1008－0198(2016)06－0001－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.001

胡濟洲(1972)，男，湖北利川人，博士，高級工程師，從事電網運行規劃管理工作。

國家863計劃第19課題 (No.2011AA05A119)

2016－07－04 改回日期:2016－09－20