大区域联网条件下山东电网暂态稳定分析

沙志成 杨鹏鹏 王 葵

山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250013

1 概况

山东省是一个水资源匮乏、煤炭供不应求、环保空间有限、土地相对偏少的省份，资源条件成为制约山东省电源发展的重要因素。山东省煤炭资源探明地质储量331亿吨，约占全国的3%，人均储量不足全国平均水平的一半。山东省的资源和自然条件决定了在今后相当长的一个时期内，以煤电为主的能源格局不会改变。这就对山东转变电力发展方式提出了迫切要求，积极接纳省外电力将成为今后山东电力发展的战略选择。

2010年，山东电网通过两个500kV双回线路（辛安-聊城双回线路和黄骅-滨州双回线路）与华北电网联网，宁东－山东±660kV直流输电工程单极投运，全年共接纳省外来电207.6亿kWh，同比增长195%，山东电网接纳华北来电最高负荷3500MW，11～12月份宁夏来电最高负荷2000MW。2011年建成宁东－山东±660kV直流输电工程双极投运后，将山东接受省外电能力提高到7500MW；“十二五”期间，根据国家特高压电网建设和电源基地开发情况，建成多通道到山东的直流输电工程和特高压交流工程，包括济南和潍坊2个1000kV交流特高压变电站和呼盟±800kV直流换流站，预计到2015年山东电网接纳省外电能力达到16000MW，2020年将超过32000MW。届时，我国将形成世界上规模最大的华北、华中和华东同步电网。

在这一形势下，山东电网的安全稳定运行面临着前所未有的挑战，开展外电入鲁对山东电网静态电压稳定影响的问题研究，发现系统运行中可能存在的安全稳定问题并提出相应的应对方案，对于提高山东电网的规划和运行水平、保证山东电网的健康发展具有重要意义

2 电力系统暂态稳定基本概念

电力系统暂态稳定性是指电力系统受到大扰动后，各同步电机保持同步运行并过渡到新的或恢复到原来稳定运行方式的能力，通常指保持第一或第二振荡周期不失稳。

暂态稳定的判据是系统受到大干扰后，引起送受端机组之间的相对角度增大，在经过第一个或第二个最大值后作同步的衰减震荡而逐渐恢复稳定，系统电压也逐渐恢复正常;多机复杂系统在摇摆过程中，任意两机组间的相对角度达到200度或更大，但仍能恢复同步衰减而逐渐稳定；同时，无电压崩溃现象或网内主要枢纽点的电压在故障切除后低于0.8（p.u）的时间不超过1秒。（《电力系统暂态稳定计算规定》要求）。

3 研究工具及预想故障集设置

暂态稳定研究工具：电力科学研究院的BPA“电力系统计算分析程序”（4.10版）。发电机模型：发电机组模型采用详细模型，计及调速、调压及励磁系统。

负荷模型：华北、山东、东北电网采用恒阻抗负荷模型；华中（含四川、重庆）和华东电网采用60%恒功率+40%恒阻抗的静态电压负荷模型。

暂态稳定仿真时间：10.0s。

按照《电力系统安全稳定导则》，结合山东电网实际情况，确定以下暂态稳定计算原则：

双回、多回或环网500kV交流线路，任一回线三相永久故障，断开不重合，无稳定措施，保持系统稳定；

直流输电线路单极故障，无稳定措施，保持系统稳定；

发电厂的交流送出线路故障，应能保持系统稳定运行，必要时可采用切机或快速降低发电机组出力的措施；

同塔双回线的异名两相同时发生单相接地故障，双回线三相同时跳开，应能保持系统稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷等稳定控制措施；

直流输电线路双极故障，应能保持系统稳定运行，必要时允许采取切机和切负荷等稳定控制措施。

4 暂态稳定分析

2015年随着呼盟特高压直流落点潍坊青州，直流特高压引入山东电网，换流站500kV出线4回，临淄和益都各两回。山东电网的送电方向发生较大变化，形成以宁东直流、济南特高压、潍坊特高压、呼盟直流等为电源中心向外辐射潮流的格局，需要对其暂态稳定进行进一步分析。

4.1 500kV交流线路三相永久短路故障

500kV线路发生三相短路不重合，即0秒三相短路故障，0.1秒切除故障线路，暂态稳定分析结果见表1。

表1 2015年山东电网500kV交流线路三相永久故障暂态分析结果

4.2 500kV交流双回线同杆异名相故障

500kV同杆并架双回线的异名两相同时短路，单相跳开，重合闸重合失败，三相断开。BPA仿真设置故障过程：0秒，500kV同塔线路送端同杆异名两相同时发生单相接地永久故障，0.1秒单相跳开切除故障相线路，1.10秒单相重合不成功，1.2秒两回线路三相断开。仿真结果如表2所示（仅列出最大功角差大于65度的线路）。

表2 2015年山东电网500KV双回线同杆异名相故障暂态稳定分析结果

4.3 500kV双回线单回线三相故障跳双回

对于500kV网架上部分发电厂的交流双回出线单回三相故障跳双回进行暂态稳定仿真计算。分析结果见表3。

表3 发电厂双回出线同时断开暂态稳定结果

以上暂态稳定失稳均是由于切除了机组的送电通道，导致山东省内故障点附近的机组出现电气孤岛，被隔离的机组电力无法外送，转速持续上升，致使其与系统其他机组间失步。因此，可以考虑的一个方面就是切除被隔离的机组，重新仿真，大容量发电厂的500kV双回交流线同时跳开，采取切机等控制措施后，系统可以恢复暂态稳定。

4.4 直流闭锁

2015年呼盟直流落点潍坊青州，山东电网接受宁东直流4000MW，呼盟直流7500MW。

1）呼盟直流双极闭锁

呼盟直流发生双极闭锁故障时，经过仿真，山东省内功角差最大的时刻为79.5周波，功角差最大的发电机是“寿光厂2号”和“华宇厂1号”，最大功角差54.24度，系统功角稳定。相关发电组的功角曲线如图1所示。

图1 2015年呼盟直流双极闭锁时相关发电机组功角曲线

2）宁东直流双极闭锁

宁东直流发生双极闭锁故障时，经过仿真，山东省功角差最大的时刻为0.0周波，功角差最大的发电机是“寿光厂2号”和“华宇厂1号”，最大功角差53.55度，没有电压低于0.7500pu的节点，系统暂态稳定。相关发电机组的功角曲线如图2所示：

图2 2015年宁东直流双极闭锁时相关发电机功角曲线

5 结论

1）2015 年山东电网发生500kV交流线路三永故障以及双回线同杆异名相故障时，系统均能保持暂态稳定。2015年部分大容量发电厂的500kV交流双回出线同时断开时，被隔离的机组与系统其他机组失步，切除形成电气孤岛的机组后，系统恢复暂态稳定。

2）特高压的引入可以为山东电网提供有力支撑，提高暂态稳定性，直流系统发生闭锁单极及双极闭锁故障时，不采取稳定措施，系统维持暂态稳定。其中2015年呼盟直流双极闭锁时山东省内发电机最大功角差为54.24度，宁东直流双极闭锁时最大功角差为53.55度。

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