“两渡”直流投产对云南电网的影响

梁洪波,王邦一,剡文林,黄伟

(云南电力调度控制中心,昆明 650011)

“两渡”直流投产对云南电网的影响

梁洪波,王邦一,剡文林,黄伟

(云南电力调度控制中心,昆明 650011)

介绍云南电网多回直流同时运行的电网格局,电网变为 “强直弱交”的特性,电网的稳定特性将发生较大的改变。分析多回直流故障对电网有何影响、及云南电网目前采取何种措施更好地适应这种电网结构、直流故障后电网调度如何快速有效进行调控、直流输电系统之间如何进行协调等问题。

“两渡”直流;云南电网;异步联网;措施

1 云南电网基本情况

云南省水电资源极其丰富,也是南方电网中重要的电力送出大省。至2012年底,云南电网西电东送通道由±800 kV楚穗直流特高压工程、4回500 kV交流线路和2回220 kV交流线路组成,送电能力达到960万千瓦。2013年±800 kV糯扎渡直流工程 (5 000 MW)、±500 kV溪洛渡双回直流工程 (6 400 MW)将陆续投入运行,云南电网将有多回直流同时并列运行。

云南电网多回直流同时运行后,电网的稳定特性也将发生较大的改变。从宏观层面上来说,云南电网与南网主网的联网由交直流送电能力基本相当,变为 “强直弱交”的特性。这种变化出现后,交直流之间的相互影响、直流之间的相互影响问题就变得更为突出。单回直流或者多回直流故障对电网有何影响、采取何种措施更好地适应这种电网结构、直流故障后电网调度如何快速有效进行调控、直流输电系统之间如何进行协调等问题都是我们面临的巨大挑战,如图1。

图1 云南电网与南网同步联网结构

2 “两渡”直流投产后电网存在的问题

1)多回直流闭锁的风险

云南电网的三回直流均馈入珠江三角地区,逐渐形成了送端电网云南多回大容量直流外送、受端广东多直流集中馈入的电网结构特点,且西电东送输电走廊相近,存在受端500 kV交流系统故障不能及时切除引发多回直流换相失败并导致同时闭锁风险,由于电网稳控系统无法应对两回及以上直流同时闭锁故障,若发生两回及以上直流同时闭锁,将导致电网失稳,存在特大电力安全事故风险。

2)多回交直流混联电网中直流输电引起的次同步振荡风险

研究与实践表明,在直流输电整流站附近的汽轮发电机组,如果它的大部分功率通过直流输电来输送,且与交流大系统之间的联系又比较薄弱的话,就很容易引起次同步振荡。溪洛渡直流投产后,在交直流混联方式下,昭通的镇雄、威信火电厂以及溪洛渡水电站机组均存在次同步振荡风险,当发生500 kV甘顶-永丰-多乐双回线路n-2故障,该风险加大。特别是两火电厂与直流孤岛方式下,极易发生次同步振荡。

3)溪洛渡直流的 “强直弱交”问题尤其突出

三回直流中与交流电网联系最薄弱的是溪洛渡直流,对云南电网的运行安全影响也最大。2013年汛后枯期溪洛渡直流投产单极后,其送电能力为1 600 MW,而溪洛渡电站2013年预计投产的机组数量就可达到5～6台 (装机容量3 850～4 620 MW),届时滇东北装机容量将达到7 598～8 368 MW,电源送出需求大,但滇东北电网交流送出通道只有2回500 kV联络线 (500 kV多乐永丰双回线)和2回220 kV联络线 (220 kV迤者双回),电网结构性稳定问题突出的形势非常严峻,地区电网 “大机小网”稳定问题突出,交、直流混联运行特性复杂,发生重大电力安全事故的风险大。

4)连锁故障后云南电网事故可能扩大到整个南网的风险

云南复杂交直流电网直流闭锁后稳控拒动或多回直流组合故障均可导致云南电网失稳,而故障后的不可控大规模潮流大范围转移以及功率振荡问题,又会通过云南与南网相联的多回交流线路传导至整个南方电网,最终导致整个南网失稳的风险。去年发生的印度电网大停电事故就是由于两个局部电网联络线的故障,最终扩大到整个印度电网,从而导致了史上最大停电事故。

3 目前采取的措施及存在的问题

针对 “两渡”直流投产后云南电网存在的问题,我们已经采取的措施主要有以下几个方面：

1)针对直流双极闭锁故障,采取稳控切机措施

针对楚穗直流、溪洛渡直流以及糯扎渡直流的双极闭锁故障,均采取了响应的稳定控制措施,有效地提高系统抵御严重故障的能力。但是仍然存在下列问题：

a.两回及以上云南外送直流同时直流单极闭锁故障,稳控系统无针对性的稳控控制策略,存在系统失稳的风险;

b.云南外送大容量直流双极闭锁故障,若稳控系统拒动,系统存在失稳的风险;

c.受端交流故障若不能及时切除,将造成多回直流同时闭锁可能,虽然稳控系统正确动作,也同样存在系统失稳的风险;

虽然目前针对直流双极闭锁故障,采取了相应的稳控措施,但复杂的稳控策略降低了稳控系统可靠性 (目前云南电网已有近160套稳控装置),且在极端情况下严重故障仍然可能导致系统失稳。

2)加装次同步振荡阻尼控制器以及机组扭应力保护装置,降低次同步振荡风险

针对溪洛渡直流投产后,可能发生次同步振荡的风险,采取了以下措施：

a.在溪洛渡直流整流侧采用次同步振荡阻尼控制器 (SSDC)对其进行抑制;

b.在镇雄和威信电厂采取加装机组扭应力保护装置 (TSR)的措施,当系统扰动激发次同步振荡无法有效抑制的情况下,TSR装置迅速切除相关机组,保证机组安全;

在加装次同步振荡阻尼控制器以及机组扭应力保护装置后可有效抑制威信电厂和镇雄电厂发生次同步振荡风险,保障威信电厂和镇雄电厂机组安全。

3)采取综合措施,解决溪洛渡直流的 “强直弱交”问题

为解决溪洛渡直流投产后,昭通地区 “强直弱交”问题,我们从网架规划建设、稳控措施制定、运行方式安排以及实时运行控制等多个方面采取了措施：

a.目前云南已经启动了改善滇东北网架结构的500 kV威信-镇雄-多乐线路工程,预计最快在2015年底投产。

b.在溪洛渡直流投产前,升级改造了昭通地区稳控系统,优化了昭通地区电网稳控措施,严重故障下优先切除两火电厂机组,提高了直流投产后该地区电网抵御严重故障的能力,有效地提高了该地区电网的送电能力;

c.安排500/220 kV永丰-多乐、甘顶-永丰电磁环网合环方式运行,尽可能防范昭通市重大电力事故风险;

d.实时运行中控制溪洛渡单机出力不超过500 MW,保障滇东北电网500 kV双回交流送出通道n-2严重故障下采取稳控措施后,电网安全稳定。

然后,受限于该地区交流送出网络过于薄弱(2回220 kV线路,2回500 kV线路),在采取上述措施后仍然需要严格控制交流断面送出潮流,才能确保系统稳定运行。

4)完善第三道防线,防止事故进一步扩大,增加孤网稳定运行概率

针对多回直流闭锁等严重故障,目前安全稳控控制系统无相应对策,只能依靠电力系统第三道防线进行防御：

a.目前在云南省内主要电力送出断面,以及云南与南网联网的500 kV交流断面均装设了失步振荡解列装置,能有效解列失步电网,确保主网安全。

b.滇西大理、德宏、迪庆、怒江以及保山地区装设了广域振荡解列系统,当这些地区发生功率振荡时,能及时找到振荡源并解列,确保不向主网传播。

c.每年滚动更新云南电网主网和地区电网高周方案,提高孤网稳定运行概率。

然而,第三道防线的动作策略是依据一些典型方式下的离线仿真计算结果,不可能全面考虑实际运行中各种方式,其在事故中的处置能力有效性尚未得到充分检验。

5)采取直流孤岛运行模式,减小直流系统对交流系统影响

直流孤岛运行可以提高电网稳定水平,提高云南交流通道输送能力,有效减小电网对稳控系统的依赖。但实际运行下来,主要存在以下几个问题：

a.不利于全流域水电资源的综合利用。以楚穗直流为例,当楚穗直流孤岛运行时,小湾电厂和金安桥电厂以机组大发的方式匹配直流功率。作为下级电站的漫湾、大朝山等电站也必须保持机组大发,而云南的交流通道容量有限,这就会造成部分弃水情况出现;

b.直流孤岛运行方式下,双极闭锁后过电压水平高,设备运行风险大;

c.孤岛运行限制了直流相继闭锁后闭锁极再启动功能,加大了直流双极闭锁的风险;

此外,虽然直流孤岛方式虽然能彻底解决直流对交流的影响,但孤岛运行复杂,目前运行经验不足,出现故障时会随时转为联网运行方式,因此问题并未根本解决。

[1] 金小明,周保荣,管霖,等.多馈入直流交互影响强度的评估指标 [J].电力系统自动化,2009(15).

[2] 杨卫东,徐政,韩祯祥.多馈入交直流电力系统研究中的相关问题 [J].电网技术,2000(8).

[3] 林伟芳,汤涌,广全.多馈入交直流系统电压稳定性研究[J].电网技术,2008,11.

[4] 邵瑶,汤涌.多馈入交直流混合电力系统研究综述 [J].电网技术,2009(17).

[5] 程道卫,刘天琪,张金,等.多落点直流输电系统换相失败影响因素的仿真分析 [J].电网技术,2010(11).

Impact Analysis and Recommended Measures on Commissioning of“Liang Du”HVDC Project in Yunnan Power Grid

LIANG Hongbo,WANG Bangyi,YAN Wenlin,HUANG Wei
(Yunnan Electric Power Dispatching and Control Center,Kunming 650011)

With the rapid development of Yunnan power grid,the continuing construction of passage for“West Power Transmission to the East”and commissioning of large power sources,especially the commissioning of“Liang Du”HVDC project,the operation mode with multi-HVDC in Yunnan power grid has been formed,the characteristics of“strong connection in HVDC system and weak connection in AC system”in power grid is increasingly obvious,The stability characteristics of power grid will change greatly. This paper focuses on the analysis of impact on power grid after multi-HVDC fault,the measures to adapt the grid structure,the rapid and effective control and adjust measures for dispatchers after HVDC fault,and the coordination between HVDC and AC system in Yunnan power grid.

“Liang Du”HVDC project;Yunnan power grid;Asynchronous interconnection;Measures

TM73

B

1006-7345(2014)01-0032-03

2013-09-30

梁洪波 (1976),男,工程师,云南电力调度控制中心,主要从事云南电网运行策划工作 (e-mail)51xy@163.com。

王邦一 (1980),男,工程师,云南电力调度控制中心,主要从事云南电网运行策划工作 (e-mail)18993361@qq.com。

剡文林 (1981),男,工程师,云南电力调度控制中心,主要从事云南电网运行策划工作 (e-mail)398184237@qq.com。