西電大幅送電下廣東內部斷面熱穩問題分析

邱生敏，楊凡，陳亦平

（中國南方電網電力調度控制中心，廣州 510663）

0 前言

隨著楚穗直流、普僑直流、牛從直流等云南送出大直流相繼投產，南方電網主網已形成了“八交十直”送電結構，電源主要分布在云貴地區，而用電負荷中心卻集中在廣東珠三角地區。電源、負荷分布不均衡造成了西電大幅度送電廣東。據數據統計，2017年廣東受西電電力最高可達3 400萬kW，超過廣東負荷的1/3。大直流集中落點、以及大負荷的情況下，廣東電網內部熱穩問題更加突出。因此度夏期間對運行方式安排、調度運行調控要求較高，運行安排或調度調控稍有不當，可能造成線路過載、設備損壞或系統失穩。

近幾年來，國內外的大面積停電事故均與電力系統熱穩定問題相關，絕大部分的大面積停電是由于運行中地區聯絡線路異常跳閘，區域相鄰連接線路超過熱穩定值而導致連鎖跳閘，從而引發大面積停電事故[1～7]。而熱穩問題與潮流分布直接相關，受開機、負荷、送受電水平影響極大，影響因素與控制都復雜多變，尤其在電力市場環境下交易不確定性將導致局部網絡、站點負荷水平不確定性大，局部斷面往往壓極限運行，線路重載甚至過載情況可能發生，電網實時控制難度大。若調控不當極易發生連鎖跳閘，造成電網解列，發生大面積停電事故[8-13]。特別是針對廣東電網的特點，大直流集中落點，負荷高并且分布不均，若發生大直流雙極閉鎖，潮流將出現大范圍、大面積的轉移，運行方式安排不合理、調控不當，均可能造成斷面長期越限或線路過載，從而引發錯峰限電甚至大面積停電事故[14-17]。

針對上述問題，本文首先提出了一種基于轉移比的斷面查找方法，為廣東電網內部熱穩定斷面確定提供依據，著重分析廣東電網內部熱穩問題，特別是大直流落點周邊地區電網的熱穩定問題，分析落點大直流雙極閉鎖后潮流轉移情況及各斷面、線路的負載情況。再依據靈敏度分析方法，指導運行調度調控。最大限度降低直流閉鎖對廣東電網供電的影響。

1 基本概念及定義

1.1 電力系統熱穩定概念

線路熱穩定極限功率的求取一般將設備的熱穩定電流折算為有功潮流，并計及環境溫度的影響，具體如式(1)所示。

其中是指正常溫度下線路允許通過最大電流；是環境溫度系數，環境溫度越高，數值越大；是指允許通過線路最大電流，是指線路允許輸電最大有功功率，是指功率因數。

根據文獻[18]指出：正常運行方式下的電力系統受到單一元件故障擾動后，保護、開關及重合閘正確動作，不采取穩定控制措施，必須保持電力系統穩定運行和電網的正常供電，其它元件不超過規定的事故過負荷能力，不發生連鎖跳閘。系統運行中任一設備跳閘，不應造成其它設備元件過載，稱為系統滿足熱穩定要求。

1.2 轉移比及熱穩斷面形成

電力系統中，由多回輸電線路組成的斷面，若其中一回線路故障跳閘或停運，該線路的潮流轉移至同一斷面的其它線路。

圖1 輸電斷面組成圖

如圖1所示，系統A傳輸至系統B由m回線路組成斷面構成，傳輸功率為，表示系統A、B之間的功角；系統A等效電壓為EA，系統B等效電壓為EB；線路L1阻抗為X1，傳輸功率為P1，以此類推。由此可得到：

由式子(3)～(5)可得出：

假設線路Lm跳閘停運，斷面兩端電壓不變，各支路線路阻抗不變，Lm潮流轉移至其它線路，斷面傳輸功率P0不變，可得：

其中表示線路Lm跳閘后線路L1的有功潮流，以此類推，θ'表示線路Lm跳閘后系統A、B之間的功角。

其中ΔP1表示線路Lm跳閘后線路L1的有功潮流變化量，以此類推。

由式子 (3)、(4)、(7)、(8)、(10)、(11)可得

由此可類推得出

由此可得

由此定義輸電斷面轉移比K，可得：

由圖1所示的輸電斷面，線路Lm跳閘后，線路L1的有功潮流變化量ΔP1，定義與線路跳閘前的潮流Pm比例為輸電斷面轉移比K。由式子(16)可知，輸電斷面轉移比與系統阻抗有關，與系統固有特性有關，與發電機出力、系統潮流分布無關。因此對幾回固定線路組成的輸電斷面，某回線路跳閘，轉移到其余輸電斷面線路的潮流比例分配基本不變。

由圖1所示的輸電斷面，線路L1熱穩極限為P1max，線路L1熱穩裕度較小(正常線路負載率超過70%)，假設線路Lm跳閘后，線路L1增加的有功潮流最大，由式(16)可知，正常運行時為確保線路Lm跳閘后，線路L1不過載，需滿足：

采取BPA對全網進行N-1掃描，模擬某些重要線路、設備發生單一故障跳閘后對其它設備的影響情況，用前面介紹的轉移比確定方法計算查找N-1故障后負載率超過90%的設備，即當滿足P1+KPm≥0.9P1max時，則認為需要對該越限或臨界越限設備進行設立相關斷面進行調控，即可獲取相關輸電控制斷面，具體步驟如圖2所示。

圖2 斷面搜索流程圖

1.3 靈敏度分析的定義

實際電力系統運行中，因直流閉鎖或輸電線路等故障導致斷面過載，需要通過不斷調整斷面送端和受端的發電機或調整其它直流功率，來控制斷面潮流不超過熱穩定極限。調整的原則應優先調高靈敏度的發電機和直流功率，如上述手段無法控制潮流在熱穩極限下時，將需要采取限負荷措施。斷面潮流控制與送受端發電機的調整順序有很大的關系，找到快速、合理的調整順序是斷面控制中的關鍵要素。

本文介紹靈敏度分析方法，依據該方法來獲取斷面控制的快速手段，定義靈敏度計算為發電機出力變化量ΔPG和斷面潮流變化量ΔP之間的關系，機組出力對斷面潮流的靈敏度定義為：

通過計算不同發電機出力變化對所控斷面潮流的靈敏度，靈敏度越高，代表該控制手段效果越好，為調度員進行斷面實時控制提供調控順序，并為方式安排提供依據。本文后面就將利用該方法，給出在大負荷情況下直流閉鎖斷面越限時的調控建議。

2 大直流雙極閉鎖分析

正常運行時，廣東電網內部北電南送、西電東送潮流較重，北花甲乙、水莞甲乙、能博線及相關斷面重載，北增甲線、蓄能AB聯線等重載；增穗甲線停運導致增穗乙線及相關斷面重載；此外，廣東電網存在500 kV線路故障導致220 kV線路過載的風險，其中500 kV五江雙回跳閘導致220 kV五彩甲線過載，在普僑直流跳閘或停運情況下，該斷面調控難度較大。

采取2.2節介紹的方法，采取BPA進行仿真查找確定了楚穗、普僑、興安近區等重載斷面，包括從博甲乙線*0.5+北增甲線(取自南方電網斷面庫，表示當從博甲乙線跳閘后，50%潮流會轉移到北增甲線上，導致北增甲線過載，后同)、北增雙回*0.4+蓄能AB聯線、五江甲乙線*0.15+五彩甲乙線、水莞甲乙線。

采取2.3節介紹的方法，采取BPA進行仿真分析廣東主網各主要電廠及直流的調整情況，計算調節不同廠站出力對各斷面的潮流影響情況，得出各調節手段的靈敏度。

2.1 楚穗直流雙極閉鎖分析

當楚穗直流發生雙極閉鎖，廣東省內潮流發生較大變化，由西往東潮流進一步加大，導致北增甲乙線、從博甲乙線以及蓄能AB聯線潮流大幅增長，其中斷面北增雙回*0.4+蓄能AB聯線（限值1 200 MW，閉鎖后為2 350 MW）、從博甲乙線*0.5+北增甲線（限值2 300 MW，閉鎖后為3 509 MW）均嚴重過載，遠超過該斷面的熱穩限值運行。

若運行中楚穗直流發生雙極閉鎖，造成斷面北增雙回*0.4+蓄能AB聯線、從博甲乙線*0.5+北增甲線嚴重過載，各電廠對北增雙回*0.4+蓄能AB聯線斷面的調控力度差別較大，整體考慮當迎峰度夏期間發生楚穗直流雙極閉鎖后，主網頻率大幅度跌落，同時造成主網斷面嚴重過載，需要采取有效快速措施進行調控，可以考慮完全開啟蓄能機組，彌補功率缺額，同時改變直流通道的功率來控制交流入口以及這些過載斷面的潮流，最后可以壓減粵北、粵西機組，增粵東、廣東佛山片區機組出力來達到控制目的。

2.2 普僑直流雙極閉鎖分析

若運行中普僑直流雙極閉鎖，廣東內部江中珠南通道將造成功率缺額，由西往東潮流進一步加重，造成五江甲乙線*0.15+五彩甲乙線斷面嚴重過載（限值為600 MW，閉鎖后為806 MW），遠超過該斷面的熱穩限值運行。廣東省內其他斷面并未受到太大影響，均運行于熱穩極限內，需要對該斷面進行調控。相同的分析方法根據表中不同電廠對斷面靈敏度，整體考慮當迎峰度夏期間發生楚穗直流雙極閉鎖后，主網頻率大幅度跌落，同時造成五江+五彩斷面嚴重過載，需要采取有效快速措施進行調控。

2.3 興安直流雙極閉鎖分析

若興安直流發生雙極閉鎖，將造成廣東內部主要斷面過載，包括水莞甲乙線（限值4 000 MW，閉鎖后4 124 MW）、從博甲乙線*0.5+北增甲線（限值2 300 MW，閉鎖后為2 857 MW）、北增雙回*0.4+蓄能AB聯線（限值1 200 MW，閉鎖后為1 755 MW）均發生不同程度的過載情況，廣東省內其他斷面并未受到太大影響，均運行于熱穩極限內。

考慮到北增相關斷面過載情況在楚穗直流閉鎖后已有相應分析，故不再做重復調控分析，重點分析水莞甲乙斷面過載的調控手段，需要調減楚穗直流及蓄能機組的出力減小來達到調控目的，而在發生直流雙極閉鎖情況下，降低直流功率及蓄能機組出力可能導致主網頻率進一步惡化。綜合上面的分析，對于迎峰度夏期間發生興安直流雙極閉鎖后，應優先調增深圳東莞片區火電機組出力，在系統頻率允許情況下適當調減楚穗直流功率。

3 結束語

針對近年來度夏期間廣東電網內部熱穩定突出問題，進行了較為詳細地分析，提出了一種考慮轉移比的斷面查找方法，再利用靈敏度分析方法對廣東電網各主要電廠及直流進行分析，最后采取BPA模擬了迎峰度夏期間楚穗直流、普僑直流以及興安直流雙極閉鎖的情況，分析了不同直流雙極閉鎖對廣東受端交流斷面的影響情況，并按照廣東省內各電廠及直流對省內不同輸電斷面的靈敏度大小，給出了三大直流閉鎖事故后的具體的調控策略及建議，同時也為今后廣東電網熱穩定問題分析提供依據和方法。有效地指導實際運行中電網發生直流雙極閉鎖后，調度員快速反應、高效調控，確保電網安全穩定運行。