電網(wǎng)頻率控制技術(shù)的綜合應(yīng)用測試

鄭寶明

（國電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引 言

目前，應(yīng)對(duì)直流閉鎖問題，送端電網(wǎng)主要采取緊急切除配套電源的方法，其影響范圍較小，而受端電網(wǎng)則主要采取緊急切除負(fù)荷的方法[1]。受相關(guān)規(guī)定制約，電網(wǎng)運(yùn)行管理部門需要在確保電網(wǎng)安全的前提下盡量保證負(fù)荷供電。但隨著直流輸送容量的不斷提升，故障后擾動(dòng)沖擊不斷加大，切負(fù)荷策略制定愈發(fā)困難[2]。因此，為避免單回特高壓直流大功率雙極失去時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)低周減載動(dòng)作，可以通過建設(shè)頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定控制水平的整體提升[3]。基于此，本文對(duì)電網(wǎng)頻率的綜合控制措施進(jìn)行了相關(guān)的建模驗(yàn)證測試。

1 電網(wǎng)頻率控制措施概述

在交直流系統(tǒng)受到大干擾的情況下，利用直流系統(tǒng)的短時(shí)過載能力快速調(diào)制直流系統(tǒng)注入到交流系統(tǒng)的功率，即為負(fù)荷中心提供額外的注入功率，以緩解受端系統(tǒng)內(nèi)的功率缺額，提升系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性[4]。與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)緊急控制措施相比，利用直流輸電系統(tǒng)對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行緊急功率支援具有快速可靠、調(diào)節(jié)容量大以及對(duì)系統(tǒng)造成的經(jīng)濟(jì)損失小等優(yōu)點(diǎn)，因此利用直流輸電系統(tǒng)對(duì)交流系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定控制是一種經(jīng)濟(jì)可行的手段。

抽水蓄能電站具有快速靈活的特點(diǎn)，隨著特高壓輸電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，其在電力系統(tǒng)中的作用和功能將得到進(jìn)一步發(fā)揮。針對(duì)直流閉鎖故障導(dǎo)致的大規(guī)模功率缺額情況，為有效防止受端電網(wǎng)頻率的大幅度下降，將抽蓄切泵納入系統(tǒng)頻率緊急控制可調(diào)度優(yōu)化系統(tǒng)中，從而大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。此外，由于精準(zhǔn)負(fù)荷控制的控制容量大，易觸發(fā)國務(wù)院599號(hào)令所規(guī)定的電力事故等級(jí)，造成嚴(yán)重的社會(huì)影響。以華東電網(wǎng)為例，雖然有布置第二道防線的聯(lián)切負(fù)荷措施，但實(shí)際投入運(yùn)行的不多。

2 電網(wǎng)頻率控制措施建模分析

為了解決特高壓直流故障引發(fā)的電網(wǎng)頻率不穩(wěn)定問題，構(gòu)建由多直流協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、抽蓄切泵控制系統(tǒng)以及精準(zhǔn)負(fù)荷控制系統(tǒng)3大部分組成的頻率緊急協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。其中控制代價(jià)最高的是精準(zhǔn)切負(fù)荷措施，而抽蓄切泵本身的代價(jià)很低，但是安排運(yùn)行方式時(shí)需要提前確保一定的抽蓄容量。下面以錦蘇直流雙極閉鎖和林楓直流雙極閉鎖為例，分別研究3種控制措施的靈敏度[5-10]。

2.1 相同操作量對(duì)比恢復(fù)頻率/最低頻率

考慮錦蘇直流雙極閉鎖故障，賓金直流功率快速提升200 ms動(dòng)作，安控切抽蓄300 ms動(dòng)作，安控集中式切負(fù)荷1 s動(dòng)作，操作量均為800 MW。相同操作量下，安控切抽蓄和安控集中式切負(fù)荷的作用效果基本相同，直流功率緊急提升對(duì)頻率恢復(fù)的作用效果相對(duì)較好，仿真測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 錦蘇直流雙極閉鎖系統(tǒng)頻率曲線

考慮林楓直流雙極閉鎖故障，賓金直流功率快速提升200 ms動(dòng)作，安控切抽蓄300 ms動(dòng)作，安控集中式切負(fù)荷1 s動(dòng)作，操作量都為800 MW。相同操作量下安控切抽蓄和安控集中式切負(fù)荷的作用效果基本相同，直流功率緊急提升對(duì)頻率恢復(fù)的作用效果相對(duì)較好，仿真測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 林楓直流雙極閉鎖系統(tǒng)頻率曲線

由此可得，相同動(dòng)作量不同措施下系統(tǒng)的恢復(fù)頻率情況如表1所示。

表1 相同動(dòng)作量不同措施下系統(tǒng)的恢復(fù)頻率

2.2 相同最低頻率所需操作量關(guān)系

錦蘇直流雙極閉鎖故障，保證系統(tǒng)恢復(fù)頻率49.13 Hz，直流功率快速提升800 MW，安控切抽蓄920 MW，安控集中式切負(fù)荷切除量920 MW，仿真測試結(jié)果如圖3所示。

圖3 錦蘇直流雙極閉鎖系統(tǒng)頻率曲線

林楓雙回直流閉鎖故障，保證系統(tǒng)恢復(fù)頻率49.85 HZ，直流功率快速提升800 MW，安控切抽蓄920 MW，安控集中式切負(fù)荷切除量920 MW，仿真測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 林楓直流雙極閉鎖系統(tǒng)頻率曲線

由此可得，相同最低頻率不同措施下動(dòng)作量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 相同最低頻率不同措施下動(dòng)作量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

為在不同措施動(dòng)作后得到相同的最低頻率，直流功率快速提升、安控切抽蓄以及安控集中式切負(fù)荷的動(dòng)作量比例應(yīng)為1:1.15:1.15。

2.3 考慮投入濾波器時(shí)直流功率快速提升與安控切抽蓄的效果對(duì)比

直流閉鎖故障其余直流功率提升后換流母線電壓略有降低，仿真測試結(jié)果如圖5所示。考慮華東電網(wǎng)負(fù)荷模型為60%恒阻抗+40%恒功率，負(fù)荷的電壓特性可能會(huì)造成相同動(dòng)作時(shí)序和相同操作量時(shí)直流功率快速提升的效果更好。

圖5 控制措施后換流站母線電壓曲線

考慮錦蘇直流閉鎖故障，賓金和復(fù)奉直流可提升1 440 MW，直流功率快速提升后投入濾波器，對(duì)比投入濾波器后直流功率快速提升與安控切抽蓄對(duì)于系統(tǒng)頻率恢復(fù)的作用效果，如表3所示。對(duì)于直流閉鎖故障后系統(tǒng)頻率恢復(fù)而言，直流功率快速提升并投入濾波器的作用效果與安控切抽蓄作用效果基本相同。

表3 直流功率提升后投入濾波器的作用效果

此時(shí)，為在不同措施動(dòng)作后得到相同的最低頻率，直流功率快速提升、安控切抽蓄以及安控集中式切負(fù)荷的動(dòng)作量比例應(yīng)為1:1:1。

3 結(jié) 論

直流功率緊急控制、抽蓄切泵以及精準(zhǔn)切負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)頻率的控制效果基本一致。考慮到特高壓直流閉鎖故障的控制代價(jià)，在受端電網(wǎng)大功率缺額的情況下為保證系統(tǒng)的頻率安全穩(wěn)定，可以首先提升直流功率，其次切除抽蓄機(jī)組，最后實(shí)施精準(zhǔn)切負(fù)荷的綜合控制技術(shù)。