烏東德多端直流對云南電網頻率穩定影響及措施研究

陳其飄，游廣增

（1.華北電力大學云南電網研究生工作站，昆明 650217；2. 云南電網有限責任公司，昆明 650217）

0 前言

隨著交直流混聯輸電系統的逐步形成，并聯運行的交流和直流線路間的相互影響更加密切，系統的動態特性更加復雜。對于送端電網來說，當直流發生閉鎖故障時，將會出現功率傳輸的突然阻斷，瞬間產生大量的過剩有功功率，從而導致送端電網的頻率升高。另一方面，由于閉鎖故障而產生的大量過剩有功功率將會轉移到正常的交流通道上，造成交流通道過載，從而大大地影響系統的穩定性。因此，研究直流閉鎖故障對電網的影響及應采取的相應措施具有重要的意義。

烏東德多端直流送出工程（即起點云南，落點廣東、廣西），外送規模初期5000兆瓦，遠期可達8000～10000兆瓦，以保障消納并提高云電外送的靈活性。由于烏東德多端直流輸電系統的容量較大并且云南電網的網架結構十分復雜，當其發生單極閉鎖或雙極閉鎖時，將會產生較大的過剩功率，勢必會對云南電網的安全穩定性產生較大影響。

確定烏東德多端直流單極閉鎖不發生高周切機情況下云南直流頻率限制控制器(frequency limit controller，FLC）的上調容量，然后分析在現有直流FLC的基礎上加入烏東德直流FLC對云南電網的影響，然后研究烏東德多端直流閉鎖對云南電網的影響以及相應的穩控切機措施。

1 烏東德多端直流輸電工程

烏東德三端直流輸電工程送端起點云南，受端落點廣東和廣西，其中云南向廣東送電5000兆瓦，云南向廣西送電3000兆瓦，總送電8000兆瓦。送端云南站的接入系統方案如下：烏東德電站投產后，烏東德電站左右岸分廠接入電網，其中一岸出三回500 kV線路至昆北換流站，線路長度為3×77 km。另外一岸出兩回500 kV至白邑、一回500 kV至龍海接入云南主網。2020年烏東德接入后，烏東德送端電網近區網架如圖1所示。

圖1 烏東德多直流送端近區網架圖

2 豐大方式下FLC協調配合方案

現有直流FLC的上調量和死區設置情況，然后提出烏東德云南側直流閉鎖時FLC總上調容量的設置，在豐大運行方式下分析加入烏東德直流FLC對云南電網頻率穩定的影響。

表1 現有直流FLC的上調量和死區設置情況

FLC上調容量設置方案的原則為在單極直流閉鎖下要能夠將頻率高峰壓在50.6 Hz以下，因為云南電網設置50.8 Hz高周切機，在單極直流閉鎖下不應發生高周切機，并考慮一定裕度，認為FLC應將頻率高峰抑制在50.6 Hz以下。

在2020年BPA數據中，投入不同的直流FLC，上調總容量分別為2680 MW，2280 MW，2040 MW，1800 MW，然后施加烏東德直流云南側單極直流閉鎖故障，觀察在不同FLC上調總容量下，系統頻率響應峰值的大小。

從仿真結果可以看出在FLC上調容量為2680 MW和2280 MW時，可以滿足烏東德直流單極閉鎖后頻率峰值不超過0.6 Hz的條件；在FLC上調容量為2040 MW和1800 MW時，不能滿足烏東德直流單極閉鎖后頻率峰值不超過0.6 Hz的條件。當烏東德發生單極直流閉鎖時，若想系統頻率峰值不超過50.6 Hz，FLC應當具有2280 MW以上的總上調容量。

圖2（a） 方案1下烏東德云南側單極閉鎖時系統頻率響應

圖2（b） 方案2下烏東德云南側單極閉鎖時系統頻率響應

圖2（c） 方案3下烏東德云南側單極閉鎖時系統頻率響應

圖2（d） 方案4下烏東德云南側單極閉鎖時系統頻率響應

圖3 投入烏東德直流FLC時穩控切機后系統頻率響應

由上面的計算結果，可得以下結論：

1）楚穗直流雙極閉鎖時，投入烏東德直流FLC后，可使云南電網最高頻率低于高周切機門檻（50.8 Hz），不會引起高周切機，穩控切機可以減少1400 MW的切機量；

2）新東直流雙極閉鎖時，投入烏東德直流FLC后，穩控切機可以減少810 MW的切機量；

由此可見，在現有的直流FLC的基礎上，再投入烏東德直流FLC的情況下，對云南的暫態穩定和頻率穩定是有利的。

3 烏東德多端直流閉鎖故障分析

考慮投入現有云南直流FLC（投入方案為：魯西背靠背、金中、牛叢、滇西北直流）功能的前提下，本文對2020年豐大方式下烏東德多端直流單極、雙極閉鎖故障引起的頻率穩定問題進行計算分析，經分析，會引起云南電網高周切機的故障為云南側雙極和云南到廣東雙極閉鎖，系統頻率特性（2020豐大+考慮FLC）時系統頻率特性（2020豐大+考慮FLC）。

圖4（a） 烏東德云南側雙極閉鎖時

圖4（b） 烏東德云南到廣東側雙極閉鎖

當云南直流FLC投入時，由計算結果可得以下結論：

1）當直流閉鎖導致直流傳輸功率損失4000 MW以下時，不需要采取穩控切機措施，云南電網的最高頻率在50.6 Hz以下；

2）烏東德直流發生云南側8000 MW雙極閉鎖時，云南電網最高頻率為51.504 Hz，大于火電機組OPC動作門檻值(51.5 Hz)，存在機組無序跳閘的風險，需切除烏東德5臺機組，龍開口1臺，共計 4610 MW，可使云南電網恢復穩定，云南電網的最高頻率為50.553 Hz，小于高周切機動作門檻值（50.8 Hz）；

3）烏東德直流發生云南到廣東5000 MW雙極閉鎖時，云南電網最高頻率為50.817 Hz，大于高周切機動作門檻值(50.8 Hz)，會引起高周切機動作，需切除烏東德2臺機組，共計1700 MW，云南電網的最高頻率為 50.522 Hz，小于高周切機動作門檻值（50.8 Hz）。

4 結束語

通過分析發現，在現有的直流FLC的基礎上，再投入烏東德直流FLC的情況下，對云南的暫態穩定和頻率穩定是有利的。在加入現有云南直流FLC的情況下，通過對烏東德多端直流閉鎖故障分析發現，穩控拒動時云南側雙極閉鎖和云南到廣東雙極閉鎖將會引起云南電網的最高頻率超過高周切機動作門檻值（50.8 Hz）。分別對云南側雙極閉鎖和云南到廣東雙極閉鎖兩種故障情況，提出穩控切機的具體措施，對烏東德多端直流投入運行后的云南電網運行具有實際的參考價值。另外，還需要分析云南電網在烏東德近區各種交流故障下潛在的風險，以提高烏東德多端直流投入運行后云南電網的暫態穩定性。