賓金直流單極閉鎖事故再現仿真分析

華文，黃曉明，樓伯良，張靜，毛雪雁，黃弘揚

（1．國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；

2．國網浙江省電力公司，杭州310007）

賓金直流單極閉鎖事故再現仿真分析

華文1，黃曉明1，樓伯良1，張靜2，毛雪雁1，黃弘揚1

（1．國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州310014；

2．國網浙江省電力公司，杭州310007）

針對某次賓金直流單極閉鎖事故，詳細介紹了事故前后浙江電網運行狀態以及賓金直流單極閉鎖后金華換流站重要事件順序。在BPA程序中搭建了與實際系統一致的發電機、勵磁以及特高壓直流模型，發電機調速器采用典型參數。參照事故后電網實際動作邏輯，利用BPA開展了事故再現分析，并將仿真結果與PMU實測曲線進行對比，結果表明仿真曲線與PMU曲線較為吻合，驗證了仿真方法與仿真模型的有效性。

特高壓直流；單極閉鎖；事故再現

0 引言

隨著華東電網特高壓交直流電網的建設，電網穩定特性發生了較大變化，特高壓直流閉鎖成為威脅華東電網安全運行的重要故障方式。特高壓直流閉鎖將導致大范圍的潮流轉移，從而造成線路過載、母線電壓跌落、頻率大幅偏差甚至發生失步解列。

目前針對交直流電網的安全穩定分析主要是通過仿真得到的，文獻[1-6]通過仿真計算分析了相關交直流電網安全穩定狀況，但是未與實際電網響應做對比分析；文獻[7-8]對直流閉鎖原因進行了詳細分析，但是未說明直流故障對交流電網的影響；文獻[9-11]分析了龍政直流單極閉鎖后的華東電網頻率響應變化，但是隨著華東電網特高壓交直流電網的初步形成，華東電網的動態特性已發生較大變化，需要繼續開展研究。

針對某次賓金直流閉鎖事故，介紹了賓金直流閉鎖時的電網運行狀態以及賓金單極閉鎖后的重要事件順序，基于PSD-BPA程序詳細模擬了事故過程，并將仿真結果與現場PMU（同步相量測量單元）錄波結果進行對比，驗證了仿真模型以及方法的可靠性。

1 事故過程分析

1.1 事故前電網潮流

如圖1所示，浙江電網分為浙南與浙北2部分，浙南浙北聯絡線包括1 000 kV安吉—蘭江雙線、500 kV喬司—涌潮雙線以及富陽—蕭浦雙線，浙南電網又通過1 000 kV蓮都—榕城雙線以及500 kV金華—寧德雙線與福建電網相連。

圖1 浙江電網重要通道示意

事故前華東電網全網負荷164 830 MW，發電140 570 MW，區外受電24 330 MW，系統頻率50.01 Hz。事故前浙江電網潮流總體平穩，賓金直流逆變側金華站落地功率7 559 MW，特高壓安吉—蘭江雙線南送約200 MW，喬司—涌潮雙線南送約2 700 MW，富陽—蕭浦雙線北送約280 MW，榕城—蓮都雙線北送480 MW，寧德—金華雙線功率近似為零。浙江電網在運600 MW以上機組平均負荷率為70.5%，水電機組全部停運，5臺燃氣機組頂峰運行。

1.2 金華站單極閉鎖過程

2015年7月13日19∶38∶30，金華換流站（簡稱金華站）極Ⅱ高端閥組高壓穿墻套管故障，賓金直流極母差保護Ⅰ段動作，極Ⅱ單極閉鎖，送端被切除7臺機組共4 020 MW。故障后，極Ⅰ立即啟動秒級1.2倍過負荷能力，持續時間3 s，然后啟動小時級1.05倍過負荷能力。賓金直流在極Ⅱ單極閉鎖后，金華站經過3.6 s由無功功率控制切除1小組濾波器，此后每隔10 s切除1小組濾波器，共切除了8小組濾波器。

事故過程中全網最低頻率降至49.80 Hz，穩態頻率降至49.90 Hz，事故后浙江電網緊急提升全網機組出力。

2 事故在線仿真

2.1 計算程序及計算模型

采用PSD-BPA程序進行仿真，浙江電網的潮流邊界條件由SmartPower程序根據故障前實時潮流導入。由于缺乏華東其余各省市電網對應的邊界條件，基于2015年夏大方式，調整各省市的發電機及負荷水平，使得浙江電網省際聯絡線功率與事故前保持基本一致。

發電機采用六繞組模型，模型參數均保持與現場一致。發電機模型由BPA程序中的M卡與MF卡組成，發電機模型不考慮發電機本身的阻尼，即阻尼系數D取零，勵磁及PSS系統采用實測模型，勵磁模型由BPA中的FV卡、FM卡、FN卡等模擬，PSS由BPA中的PSS2B模型等模擬。

直流模型采用新型DA模型，該直流模型由DA，DZ以及DA#3張卡組成，該模型具有低壓限流、整流側最小觸發角控制以及換相失敗預測等功能，模型參數采用華東網調下發數據。

華東各發電機組均采用典型的調速系統模型及參數，火電機組調速器模型由GA，GJ和GB 3張卡組成，水電機組調速器模型采用GH卡。考慮到華東發電機組調速系統的實際性能，計算中發揮作用的機組調速系統按照50%左右考慮[9-10]。由于目前調速器模型數據尚在建模入庫過程中，本文調速器采用典型參數。

華東電網各省市中，上海、江蘇、浙江、安徽選用60%恒功率，40%恒阻抗負荷模型；福建選用40%恒功率，60%恒阻抗負荷模型，有功和無功負荷頻率調節效應系數分別取1.2和-2.0。

仿真過程中0.5 s模擬賓金直流極Ⅱ單極閉鎖，并將極Ⅰ功率指令提升為1.05 pu；3.5 s將極Ⅰ功率指令降低至1.05 pu；3.6 s切除第一組濾波器；此后每隔10 s切除1組濾波器，共切除8組。

2.2 仿真結果與PMU曲線對比

2.2.1 重要通道潮流對比分析

仿真及PMU值得到的線路功率如表1所示，圖2給出了寧德—金華線路仿真與PMU值的對比結果。由仿真曲線可以看出，由于缺乏省外電網的準確邊界條件，各條線路初始功率及故障后功率的仿真值與PMU值有一定差距，但是各線路功率增量的仿真值與PMU值基本一致。

2.2.2 系統頻率對比分析

以蘭溪發電廠500 kV母線頻率為例，系統頻率變化仿真結果與實際結果如圖3所示。由仿真曲線可以得到，賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后約7.1 s時系統最低頻率為49.81 Hz，故障后穩態頻率為49.89 Hz。由PMU曲線可得，賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后約7.6 s時系統最低頻率為49.80 Hz，系統一次調頻結束后的頻率為49.90 Hz。仿真得到的最低頻率以及穩態頻率與實際測量結果偏差均在±0.01 Hz之內，準確性較好。

表1 重要單線線路有功功率變化

圖2 金華—寧德有功功率仿真與PMU測量值對比

圖3 系統頻率仿真與PMU測量結果對比

2.2.3 金華站電壓動態特性分析

金華站500 kV母線電壓曲線如圖4所示。受到省外電網不確定因素以及省內電網無功負荷不確定性等因素的影響，仿真曲線與PMU曲線有一定的穩態誤差，但是二者的變化趨勢基本一致，隨著金華站濾波器的逐步切除，系統電壓也呈階梯狀下降。

2.2.4 機組動態特性分析

由仿真及PMU曲線得到的部分發電機功率變化如表2所示，圖5給出了蘭溪發電廠仿真結果與PMU測量值的對比。金華站近區的蘭溪發電廠的仿真值與PMU測量結果較為接近，其余各發電廠仿真值與PMU測量值之間均有一定的誤差。由表2可知，機組功率增量整體偏差在合理范圍內。

圖4 金華站500 kV母線電壓

表2 故障前后發電機有功功率變化

圖5 蘭溪發電廠2號發電機功率響應特性

3 結論

（1）賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后，各仿真曲線與PMU測量曲線變化趨勢基本一致。

（2）賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后，重要通道的潮流增量仿真值與PMU值基本接近。

（3）賓金直流極Ⅱ單極閉鎖后，系統頻率變化仿真值與PMU值基本一致。

（4）由于省外電網以及負荷無功的不確定性，使得電網電壓仿真值與PMU值之間存在一定的誤差。

（5）由于本次計算中調速器采用的是典型值，使得部分發電機的有功功率仿真值與PMU值存在一定的誤差，需進一步開展調速器建模工作。

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（本文編輯：方明霞）

Reconstruction and Simulation Analysis of Unipolar Block in Yibin-Jinhua UHVDC Power Transmission Project

HUA Wen1，HUANG Xiaoming1，LOU Boliang1，ZHANG Jing2，MAO Xueyan1，HUANG Hongyang1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

The operation status of Zhejiang power grid before and after unipolar block that occurred on July 13 and important event sequence of Jinhua converter station after the accident are introduced.Models of generators，excitation systems and UHVDC identical to real the real systems are established in BPA and the parameters of speed regulators are classic values.According to post-accident action logic of the power grid，accident reconstruction and analysis are presented by BPA；in addition，the simulation results and curves measured by PMU are compared，which shows that the simulation curves tally with curves measured by PMU and confirms the effectiveness of the simulation method and model.

UHVDC；unipolar block；accident reconstruction

TM732

：B

：1007-1881（2016）02-0007-04

2015-09-17

華文（1986），男，工程師，從事電力系統分析工作。