交直流协控技术在大电网的应用及配置

胡济洲，奚江惠，宋军英

(1.国网湖北省电力公司，湖北武汉430077；2.国家电网华中电力调控分中心，湖北武汉430077；3.国网湖南省电力公司，湖南长沙410014)

交直流协控技术在大电网的应用及配置

胡济洲1，奚江惠2，宋军英3

(1.国网湖北省电力公司，湖北武汉430077；2.国家电网华中电力调控分中心，湖北武汉430077；3.国网湖南省电力公司，湖南长沙410014)

基于华中电网跨区交直流 “送受并存”的特点，采用交直流协控技术，当受入型直流故障后，调制送出型直流功率，以减少不平衡功率在特高压长南线、500 kV交流电网的转移量，进而保持系统稳定运行，消除大功率大范围转移可能引发的 “次生灾害”，同时避免大量切除负荷减少对民生的影响。该技术已在德宝直流、天中特高压直流工程中应用，有效提高了直流工程和长南线综合输送能力。随着特高压电网发展，交直流协控技术将得到更广泛地应用。

交直流协控；受入型直流；送出型直流；系统保护；切负荷

2015年底在电网管理上四川、重庆电网由原华中电网分出，划入新成立的西南电网管理。管理关系的变化未改变电网结构、运行特性，从便于阐述交直流协控技术的应用和配置角度，文中 “华中电网”仍指四川、重庆电网与湖北、河南、湖南、江西共同构成的交流同步电网。

交直流协控是指利用直流通道协调控制功能以解决特高压交直流通道各种故障引起的交流电网安全稳定问题的技术。交直流协控技术的实现不同于传统基于就地信号实现切机切负荷功能解决局部电网稳定问题的安全稳定控制装置，是充分利用直流输电的快速控制能力，通过远方信息传输实施跨区域协调控制，解决故障影响在跨区互联电网大范围传导造成的稳定问题，对传统的切机切负荷措施有一定替代作用，属于系统保护的广域型协调控制范畴。文献 〔1〕针对大电网相互间跨区影响逐渐显著等稳定问题特征和新型控制手段灵活快速的特点，分析了安控系统广域协调配合的控制策略发展趋势。文献 〔2〕指出随电力系统扩大和复杂化，应以数据通信网为基础，建立信息充分交换基础上的交直流混合输电安全稳定控制系统。

自2009年特高压交流试验示范工程投运以来，我国特高压电网得到快速发展，处于跨区互联枢纽的华中电网实现了跨区互联由超高压向特高压的升级。华中－华北联网的特高压交流试验示范工程扩建，特高压复奉、锦苏、宾金和天中直流投运，与灵宝背靠背直流和三峡送出直流等超高压直流联网工程共同构建了华中电网 “十一直一交”的跨区互联格局，跨区互联升级的重要特征是单一直流通道输送功率大幅提升，复奉、锦苏、宾金、天中输送功率分别为6 400 MW，7 200 MW，8 000 MW和8000 MW。跨区互联通道的交直流耦合关系也同时凸显。

目前特高压交流长南线单回线联络华中、华北电网，任一直流通道异常造成的功率不平衡均会在长南线上造成功率波动。根据长南线2009年投运以来的WAMS记录，华中电网中功率扰动反映在长南线的功率首摆转移比高达90%～110%。文献〔3—4〕以华中－华北单回交流线路联网为背景，分析了大电网功率冲击对联络线首摆功率的影响，阐释了长南线首摆功率高转移比的机理。首摆功率转移大，超过长南线静稳极限造成长南线解列风险高。仿真计算显示，若长南线解列，华中电网的稳定性将会受到威胁。因此需要采取必要的措施降低直流通道闭锁等故障后长南线的功率转移。

交直流协控技术在 “十二五”初期即已在德宝直流进行了应用，后在天中特高压直流投产时，亦应用交直流协控技术，建设了天中交直流协控系统，保证天中直流闭锁后华中－华北电网安全稳定运行。

1 大电网交直流协控技术应用的必要性

图1为大电网主要跨区交直流互联概况，该图中华中电网是跨区互联通道最多的区域电网，是观察大电网跨区互联情况的良好 “窗口”。其与周边区域电网均有联络，与华北经1 000 kV长南Ⅰ线特高压联络线交流联网；与华东通过±800 kV复奉、锦苏、宾金特高压直流和±500 kV葛南、龙政、宜华、林枫直流联网；与西北电网通过灵宝背靠背直流、±500k德宝直流和±800kV天中特高压直流联网；与南方电网通过±500 kV江城直流联网〔5〕。

图1 大电网跨区互联

跨区互联既有交流联网又有直流联网；既有超高压互联，也有特高压互联。其中仅华中－华北联络线长南线为交流通道，其余均为直流。特高压交直流故障对电网的冲击大，传统安控装置采用切除机组、负荷措施减少不平衡功率的转移，减小故障后系统加速面积，保持系统稳定。措施的实施对象基于就近原则，所切除的机组或负荷局限于局部电网。措施量特别是切负荷量需尽可能小，以减少社会影响。

但是随着互联电网发展，特高压直流通道数量快速增加，单一通道输送功率远远大于超高压直流输送容量，同时交流电网发展相对滞后于特高压直流发展，直流闭锁后不平衡能量在交流电网穿越，大范围转移，可能带来暂稳、热稳、频率稳定等问题，对特高压交流断面造成巨大冲击，导致系统稳定破坏，靠传统安控需要大量切机、切负荷。通过在局部范围内采取措施的传统稳控措施已不适应这类全局性稳定问题。

通过直流的紧急功率控制来避免或减少切机、切负荷量成为保证大电网安全和提高跨区通道输送能力的必然选择。

2 大电网交直流协控技术应用的可行性及其优势

交直流协控需要一定数量的交、直流通道作为相互协调控制的网架结构基础。华中电网因其跨区互联结构、电力流向特征使应用交直流协控技术解决全局性稳定问题具有先天优势，故而在突破传统安控系统配置，采用交直流协控技术方面起步较早。

“十一五” 以来，特高压交流工程、德宝直流、复奉、锦苏特高压直流等跨区输电工程陆续投产，强化了华中电网在跨区互联电网中的枢纽地位，也为跨区输电通道故障后其余通道紧急调整相互支援提供了条件，相应配置了大范围内实施交直流协调控制的安全稳定控制系统〔6〕。

从华中电网电力送受角度看，除德宝直流丰水期送出、枯水期受电外，直流通道中三峡近区的葛南、龙政、宜华、林枫、江城直流和四川的复奉、锦苏、宾金特高压直流均是水电送出通道，对于华中电网而言是送出型直流。灵宝直流和天中特高压直流则将西北风电、火电送入华中，是华中电网的受入型直流。

长南线大功率向华中送电时跳闸，华中电网将面临较大功率缺额，可能造成低频减负荷装置动作，可以紧急回降送出型直流的送出功率，降低频率下降幅度。受入型直流如德宝直流 (枯水期向华中送电)、天中特高压直流闭锁，大量功率转移至长南线可能造成长南线解列，使华中电网面临更大功率缺额，同样可以紧急回降送出型直流的送出功率，减少功率向长南线转移使其不因突破静稳极限而解列，从而避免扩大故障影响。采取这样的紧急直流调制措施可减少甚至避免切除负荷，相应减少或消除了大范围配置切负荷装置带来的管理和可靠性方面的隐患，也降低了由于稳定措施不利而带来的社会影响。

大电网多通道互联、送受并存为交直流协控技术的应用提供了网架条件。

3 应用实例

大电网交直流耦合的特性及送受并存的特点是交直流协控技术在华中电网应用的重要原因。为实现大电网交直流协控功能，构建了跨省关联的安控系统，随工程投运的有长南线、德宝直流、天中特高压直流的交直流协控系统。三大协控系统均利用直流紧急调制功能，可在300 ms内完成，三大协控系统总调制量约6 000 MW。

3.1 特高压交直流协控系统

特高压交流试验示范工程扩建后，长南线输送能力大幅提升。长南线大功率向华中送电时跳闸，华中电网功率缺额较大，频率将大幅下降，甚至造成第三道防线低频减负荷装置动作。为避免切除华中电网大量负荷，配置了特高压交流长南线与三峡送出直流协调控制系统，若长南线跳闸且跳闸前输送功率大于定值，则可在300 ms内完成三峡送出直流功率紧急回降，最大调制量2 000 MW。

该系统通过交流线路故障后紧急调制送出型直流，避免了长南线大功率向华中送电时跳闸可能造成华中电网损失大量负荷的问题，既保证了特高压交流扩建工程投运调试期间大负荷输送试验的顺利进行，也有效保证了长南线大功率送电方式下华中－华北电网安全。

3.2 德宝直流协控系统

枯水期德宝直流向华中送电时，如果华中－华北特高压交流联络线长南线同时向华中送电，一旦德宝直流闭锁，可能出现大量功率向长南线转移造成系统静稳破坏的情况，安控系统用于解决华中经德宝直流、长南Ⅰ线同时受电方式下这2个通道输送功率存在耦合关系的问题。如发生德宝直流闭锁，且德宝直流损失功率达到定值时，德阳安控将远传功率回降信号至湖北三峡送出直流的龙泉站、宜都站、江陵站、葛洲坝站和四川－华东复奉特高压直流复龙站，相应回降龙政直流、宜华直流、江城直流、葛南直流、复奉直流输送功率，必要时向谭家湾站安控装置发送联切四川负荷的命令，系统配置见图2。

图2 德宝直流德阳稳控系统配置

该系统建设利用了其他工程既有安控系统。德阳安控的各执行站既是德阳安控的子站，同时还属于其各自的用以实现其他功能的安控系统，如复龙站安控装置同属复龙侧安控系统，龙泉站、宜都站、江陵站、葛洲坝站安控装置同属三峡安控系统。德阳安控通过跨省通信通道在大范围内组织华中多个送出型直流的安控系统，通过协控多个直流解决对特高压交流通道的潮流转移冲击，使华中经特高压交流和德宝直流同时受电能力不再受限，并保证了电网安全稳定运行，对于解决丰枯转换特性鲜明的华中电网在枯水期的受电问题发挥了巨大作用〔6〕。

3.3 天中特高压直流受端交直流协控系统

仿真计算表明，枯水期大负荷方式下，特高压长南线大功率南送时，天中特高压直流若发生双极闭锁，河南电网可能需要切除超过2 000 MW的负荷。配置了受端中州协控系统后，若天中直流发生单换流器或多换流器闭锁，且天中直流损失功率达到定值时，中州站安控将向龙泉站中州稳控发出回降送出直流功率的命令，回降时间不超过300 ms，必要时向菊城站中州稳控发出联切河南负荷的命令。协控系统充分利用华中电网直流通道送受并存的特点，受入型直流闭锁则优先回降送出型直流功率，将切负荷作为后备措施，降低大量切负荷风险，而且在调制直流后有效减少了受端电网功率缺额，显著降低了河南切负荷量，目前最大切负荷量为800～1 200 MW。中州协控系统配置如图3所示。

图3 天中特高压直流中州稳控系统配置

4 应用展望

目前交直流协控系统工程主要应用于提高特高压交流联络线长南线输电能力或长南线与受入型直流的综合输送能力，并减少受端电网切负荷量。

除此之外，还可拓展其应用场景，如基于多回直流的特高压联络线功率波动控制，即根据特高压长南线监测信息，快速调节直流功率，抑制特高压联络线功率波动幅度，可有效降低特高压联络线的功率首摆幅值，从而提高特高压联络线安全稳定裕度，降低电网中各种扰动对特高压联络线的功率冲击。

同时，还可利用基于多回直流的阻尼调制功能以提高交流电网阻尼，抑制交流系统低频振荡〔7－8〕。

5 结语

在特高压交流电网形成初期，特高压交流暂未能形成特高压网架，相对薄弱，输电能力不足；特高压交直流工程建设时序存在不确定性，运行方式和控制策略需动态调整；同时经济社会发展已使集中大量切负荷措施实施的难度越来越大。这些因素都使过渡期电网安全稳定运行面临新的困难。交直流混联电网迫切需要新型交直流综合协调控制技术。

跨区互联直流发展快而交流发展相对滞后造成的华中－华北交流弱联系，以及实施切除大量负荷措施的巨大困难，同时跨区通道送受并存的结构特点使华中电网应用交直流协控技术兼具了必然性和可行性。华中电网的应用实践基于大电网背景，可为当前正在华东等电网开展的多直流频率紧急控制等系统保护建设及应用提供借鉴。

〔1〕方勇杰.跨区互联电网紧急控制技术未来发展分析 〔J〕.电力系统自动化，2011，35(15):1-5.

〔2〕张徐东.长距离交直流混合输电安全稳定控制系统的配置原则〔J〕.电力系统自动化，2002，26(14):55-58.

〔3〕汤涌，孙华东，易俊，等.两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算 〔J〕.中国电机工程学报，2010，30(19): 1-6.

〔4〕刘巨，孙海顺，文劲宇，等.交流互联电网中大扰动对联络线的冲击特性分析方法 〔J〕.电力系统自动化，2013，37(21): 17-22.

〔5〕国家电网公司华中分部.二○一六国家电网运行方式 (华中－西南分册)〔R〕.2016.

〔6〕奚江惠，胡济洲，奚江丽.广域型安全稳定控制装置在华中电网的应用和发展 〔J〕.华东电力，2014，42(7):1 333-1 336.

〔7〕汤涌，何剑，孙华东，等.两区域互联系统交流联络线随机功率波动机制及幅值估计 〔J〕.中国电机工程学报，2012，32 (19):30-35.

〔8〕何剑，孙华东，郭剑波，等.直流功率调制抑制交流联络线随机功率波动的研究 〔J〕.中国电机工程学报，2013，33(25): 93-98.

Application and configuration of AC/DC coordinated control technology in bulk power system

HU Jizhou1，XI Jianghui2，SONG Junying3
(1.State Grid Hubei Electric Power Corporation，Wuhan 430077，China；2.State Grid Central China Power Dispatching and Control Branch，Wuhan 430077，China；3.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China)

Based on the characteristics of coexistent of receiving and sending，DC sending power is modulated to reduce the unbalanced power transfer in UHA Changnan line and 500 kV AC grid，remain system reliable operation，eliminate the faults caused by the transfer of large-scale high power and avoid the influence of people’s livelihood by AC/DC coordinated control technology.The AC/DC coordinated control technology has been used on Debao DC and Tianzhong UHV DC，which enhances the comprehensive transfer capability of both DC and Changnan AC line successfully.With the development of UHV，AC/DC coordinated control technology will obtain more and more application.

AC/DC coordinated control；DC accepting power；DC sending power out；interregional interconnection channels；system protection；load shedding

TM732

B

1008－0198(2016)06－0001－04

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.001

胡济洲(1972)，男，湖北利川人，博士，高级工程师，从事电网运行规划管理工作。

国家863计划第19课题 (No.2011AA05A119)

2016－07－04 改回日期:2016－09－20