网架结构对受端电网暂态电压稳定性的影响分析

付聪，张俊峰

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

网架结构对受端电网暂态电压稳定性的影响分析

付聪，张俊峰

(广东电网有限责任公司电力科学研究院，广东 广州 510080)

八交八直的受电格局下，交直流系统相互影响加剧，作为受端电网的广东电网暂态电压稳定问题更加突出，所面临的安全运行局势更加严峻。从交直流联网方式、线路出串、断线和通道电源等四个方面仿真分析网架结构对受端电网暂态电压稳定性的影响。结果表明：上述四个因素对系统暂态电压稳定性有着重要的影响，需要在电网规划阶段加以考虑，在系统运行阶段合理安排输变电设备和机组的检修，以确保系统的安全稳定运行。

网架结构；暂态电压稳定；交直流联网；线路出串；断线；通道电源

0 引 言

南方电网远距离大容量电力通过多回直流与并联交流线路集中馈入珠三角地区，直流落点间电气距离较近，交直流相互作用问题突出，广东电网多数500 kV厂站发生故障后引发换流站电压跌落，将导致多个直流输电系统发生换相失败，持续换相失败可能导致直流闭锁，大功率转移，造成受端交直流落点地区电压大面积下降，面临电压稳定问题[1-2]。特别是，普侨直流和牛从直流投产形成八交八直的受电格局，西电东送方式复杂多变，楚穗、普侨、牛从三大直流长期满负荷运行，交直流相互影响加剧，作为受端电网的广东电网其电压稳定问题也变得更加突出，所面临的安全运行局势更加严峻。研究者主要从直流馈入[3-4]、风电并网[5-7]、负荷模型[8-9]和重合闸时间[10]等方面分析了对暂态电压稳定性的影响，从网架结构角度分析对暂态电压稳定性的影响还鲜有报道。

为此，本文仿真分析了交直流联网方式、线路出串、断线和通道电源等网架结构因素对南方电网受端系统电压稳定性的影响。

1 交直流联网方式的影响

南方电网是典型的交直流混联电网，区域之间的联网方式对系统稳定性有至关重要的影响。同步互联虽然可实现区域之间的实时支援，但将导致故障在互联系统中传播。当直流系统故障时，直流传输功率将转移至交流通道，对系统功角稳定性不利。相反，异步互联不仅能隔离故障，在直流故障时不会造成功率转移，还有利于提高系统稳定性和输送能力。为此，南方电网计划通过两回直流通道和直流背靠背工程将云南电网与主网异步互联，计划于2016年4月完成异步互联。下面分析云南与主网架在同步互联和异步互联二种方式下，系统暂态电压稳定特性的差异。

以南方电网2015年高峰负荷日数据为基础，搭建云南与主网同步互联模型，广东电网西电断面功率列于表1。根据2016年云南电网异步互联计划，修改云南电网与广西、贵州电网的边界，形成相应的异步互联模型。

表1 西电交直流断面功率(单位：MW)

0.2秒时刻，500 kV北花甲线在北郊站侧发生三相短路故障，故障持续0.1秒后切除故障线路，造成楚穗直流双极闭锁。同步联网与异步联网方式下，两广交流断面交流线路的功率分别如图1(a)和图1(b)所示。从图1可知：同步联网方式下，由于楚穗直流的功率大量转移至两广交流断面，造成功率大幅度波动。异步联网方式下，两广交流断面功率波动的幅度明显变小，波动峰峰值约为同步方式下的0.4～0.8倍之间，且以更快的速度衰减。二种方式下，西电交流落点的贤令山站和罗洞站500 kV母线电压曲线分别如图2(a)和图2(b)所示。从图2可见：同步互联方式下，两广交流断面落点电压恢复更加缓慢，且发生长时间振荡，且在振荡平息后稳态电压值更低。这是因为同步方式下，直流闭锁造成的功率缺额转移至交流通道，造成交流断面功率大幅上升，两广断面交流线路电压降增加，从而造成落点稳态电压更低。

图1 二种联网方式下两广交流断面功率曲线图

图2 500 kV母线电压曲线

对比图2(a)和图2(b)还可知：贤令山站的电压跌落量大于罗洞站。这是由于金中直流的投产，两广交流断面北通道(桂山甲乙线)的潮流显著加重，且桂山甲乙线长达306 km，长于250 km的贺罗甲乙线，以及204 km的梧罗甲乙线，使桂山甲乙线上的电压降更大，导致贤令山站的电压跌落量更大。

异步互联方式可以避免直流闭锁时功率大量转移至交流通道，能提高交流落点，尤其是长距离、重负荷交流落点的暂态电压稳定性。

2 线路出串的影响

为控制日益增长的短路电流，采取线路出串增加电气距离，以削弱电网结构。暂态电压稳定常发生在负荷重、输电线路长的地区，珠三角地区负荷密集、线路往往也较短，因此线路出串给暂态电压稳定带来的影响并不显著。为更有效地揭示问题，人为地增大送入线路的阻抗。以佛山地区的500 kV罗洞站与西江站片区为研究对象，断开江西甲乙线；罗西甲乙线，以及罗北甲乙线的阻抗在原来的基础上放大5倍，而西电送入的梧罗甲乙线，以及贺罗甲乙线的阻抗则放大1倍，其余线路的阻抗均保持不变。罗西乙线与砚西乙线在西江站出串如图3所示。

图3 500 kV网架

图4 出串前后西江站500 kV母线电压

0.2秒时刻，500 kV砚西甲线在西江站侧发生三相短路故障，故障持续0.1秒后切除故障线路，出串前后西江站500 kV母线电压对比如图4所示。

从图4可见：故障切除后出串时西江站500 kV母线的电压更低，恢复得更慢。这是因为原本通过低阻抗的砚西甲线送至西江站的功率，改经出串线路，以及高阻抗的罗西甲线送至西江站，西江站与系统的电气距离更大，从而在故障切除后，母线电压更低，且恢复更慢。

罗洞-西江片的220 kV网架如图5所示。

图5 220 kV网架

定义“持续1秒电压低于0.75 pu”为暂态电压失稳的判据。出串前暂态电压失稳的站点数为0，出串后则上升至8个。相关220 kV站点的最低电压，以及低于0.75秒的持续时间如表2所示。出串前后，代表性220 kV站点母线电压曲线分别如图6(a)和图6(b)所示。

表2 相关220 kV站点母线最低电压及低于0.75持续时间

图6 出串前后220 kV站母线电压曲线

对比图6(a)和图6(b)可知：出串方式削弱了主网的结构，增大了负荷站点与主网的电气距离，给负荷站点的暂态电压稳定带来负面的影响。

3 断线的影响

线路检修不可避免需要断开线路，削弱网架结构联系的同时，还影响暂态电压稳定性。因清远地区面积大，500 kV站点比较少，220 kV阳山站、旗胜站、康乐站以及三水站呈链式结构，且220 kV线路比较长，山阳甲乙线、阳旗甲乙线，以及旗康甲乙线的长度分别达39、77和93 km。

若康乐至三水的双回线路N-2，则康乐与旗胜站的416 MW负荷全部经由阳旗双回线供给。假定0.2 s时刻，康三甲线在康乐站侧发生三相短路故障，故障持续0.12 s后保护切除康三甲乙线。三个场景下康乐站220 kV母线电压曲线如图7所示。

场景1：阳旗双回线运行；

场景2：阳旗单回线检修；

场景3：阳旗单回线检修，康乐站增加30 MW负荷。

图7 康乐站220 kV母线电压曲线

由图7所示：当阳旗双回线运行时，故障线路切除，康乐站的电压能够迅速恢复；当阳旗单回线检修时，由于线路较长，供电通道的阻抗大大增加，加上负荷较重，康乐站的电压恢复较慢，且稳态电压跌至0.9 pu；若康乐站负荷再增加30 MW，康乐站的电压恢复更加缓慢，发生暂态电压失稳，稳态电压更低。

对于双电源长链式、远距离、重负荷的供电系统，如果通道上的长线路检修，将大幅度增加供电通道的阻抗。若系统发生故障，双向电源供电结构变为单向电源供电结构，则可能造成末端站点发生电压失稳。若末端站点的负荷加重，暂态电压失稳的风险将进一步增加。

4 通道电源的影响

广东电网处于沿海地带，台风、龙卷风等自然灾害频发，自然灾害可能给电网带来变电站全失、多回线路同时跳闸等严重故障，使得原来多向电源供电的结构变为单向电源供电的结构，极大地削弱了电网的结构，可能带来电压稳定的问题。在此背景下，链式通道上的电源开机情况对通道的电压稳定有着重要的影响。

500 kV罗洞站和西江站通过220 kV坑田、三水、恒益厂、洲边，以及光孝等长链式结构握手运行。福能电厂尚未经省发改委核准，正常情况下无法开机。0.2秒时刻，西江站两条220 kV母线发生三相短路故障，故障持续0.12秒后切除母线所有出线。以通道上的红星站作为研究对象，在恒益厂分别开机一台，以及二台的情况下，红星站220 kV母线的电压曲线如图8所示。

图8 红星站220 kV母线电压曲线

从图8可知：在西江站两条220 kV母线全失的严重故障下，供电通道上站点的电压恢复比较缓慢。尤其是在恒益厂只开一台机的情况下，红星站的电压无法恢复。恒益厂开二台机的情况下，电压恢复情况有大幅度的好转。说明单向长链式供电通道上的支撑电源，对末端站点的电压稳定性有显著的改善作用。

将研究对象推广到通道上的其他站点，并在以下四种场景下进行分析，相关站点的电压曲线如图9所示。

图9 通道220 kV站点的电压曲线

场景1：恒益厂开一台，福能厂全停；

场景2：恒益厂开二台，福能厂全停；

场景3：恒益厂开二台，福能厂开一台；

场景4：恒益厂开二台，福能厂开二台。

分析9可知：随着链式通道上支撑电源的增加，各站点在故障后的电压恢复特性明显好转。因此单向长链式供电通道上的电源对站点的暂态电压稳定特性有明显的改善作用。

5 结束语

本文从交直流联网方式、线路出串、断线，以及通道电源等四个方面仿真分析网架结构对受端电网暂态电压稳定性的影响。结果表明：上述四个因素对系统暂态电压稳定性有着重要的影响，需要在电网规划阶段加以考虑，在系统运行阶段合理安排输变电设备和机组的检修，以确保系统的安全稳定运行。

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An Analysis on the Affection of Grid Structure upon Transient Voltage Stability of Receiving-end Grid

Fu Cong, Zhang Junfeng

(Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Corporation, Guangzhou Guangdong 510080, China)

In the 8 AC/8 DC receiving mode, the AC/DC systems have aggravated interaction. Guangdong power grid, as a receiving-end grid, has even more difficulty in maintaining stable transient voltage and is faced with severe situation with regards to safe operation. In the four respects of AC/DC interconnection mode, line crossing, line disconnection and power source in the channel, this paper analyzes the affection of grid structure upon the stability of transient voltage at the receiving-end grid. The result shows that the above-mentioned four factors have great influence on the stability of transient voltage of the system, which must be taken into account at the grid planning stage. Furthermore, reasonable arrangement of inspection of electric transmission and transformation equipment and machine sets is required at the stage of system operation so as to ensure safe and steady operation of the system.

grid structure;transient voltage stability; AC/DC interconnection; line crossing; line disconnection; power source in the channel

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.023

TM712

A

1000-3886(2016)06-0073-04

付聪(1988-)，男，湖北仙桃人，硕士，工程师，主要研究方向为电力系统稳定分析与控制、大电网可靠性。 张俊峰(1978-)，男，湖北襄樊人，硕士，高级工程师，主要研究方向为发电机励磁系统及电力系统稳定器控制技术。

定稿日期: 2016-07-05