宾金直流单极闭锁事故再现仿真分析

华文，黄晓明，楼伯良，张静，毛雪雁，黄弘扬

（1．国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；

2．国网浙江省电力公司，杭州310007）

宾金直流单极闭锁事故再现仿真分析

华文1，黄晓明1，楼伯良1，张静2，毛雪雁1，黄弘扬1

（1．国网浙江省电力公司电力科学研究院，杭州310014；

2．国网浙江省电力公司，杭州310007）

针对某次宾金直流单极闭锁事故，详细介绍了事故前后浙江电网运行状态以及宾金直流单极闭锁后金华换流站重要事件顺序。在BPA程序中搭建了与实际系统一致的发电机、励磁以及特高压直流模型，发电机调速器采用典型参数。参照事故后电网实际动作逻辑，利用BPA开展了事故再现分析，并将仿真结果与PMU实测曲线进行对比，结果表明仿真曲线与PMU曲线较为吻合，验证了仿真方法与仿真模型的有效性。

特高压直流；单极闭锁；事故再现

0 引言

随着华东电网特高压交直流电网的建设，电网稳定特性发生了较大变化，特高压直流闭锁成为威胁华东电网安全运行的重要故障方式。特高压直流闭锁将导致大范围的潮流转移，从而造成线路过载、母线电压跌落、频率大幅偏差甚至发生失步解列。

目前针对交直流电网的安全稳定分析主要是通过仿真得到的，文献[1-6]通过仿真计算分析了相关交直流电网安全稳定状况，但是未与实际电网响应做对比分析；文献[7-8]对直流闭锁原因进行了详细分析，但是未说明直流故障对交流电网的影响；文献[9-11]分析了龙政直流单极闭锁后的华东电网频率响应变化，但是随着华东电网特高压交直流电网的初步形成，华东电网的动态特性已发生较大变化，需要继续开展研究。

针对某次宾金直流闭锁事故，介绍了宾金直流闭锁时的电网运行状态以及宾金单极闭锁后的重要事件顺序，基于PSD-BPA程序详细模拟了事故过程，并将仿真结果与现场PMU（同步相量测量单元）录波结果进行对比，验证了仿真模型以及方法的可靠性。

1 事故过程分析

1.1 事故前电网潮流

如图1所示，浙江电网分为浙南与浙北2部分，浙南浙北联络线包括1 000 kV安吉—兰江双线、500 kV乔司—涌潮双线以及富阳—萧浦双线，浙南电网又通过1 000 kV莲都—榕城双线以及500 kV金华—宁德双线与福建电网相连。

图1 浙江电网重要通道示意

事故前华东电网全网负荷164 830 MW，发电140 570 MW，区外受电24 330 MW，系统频率50.01 Hz。事故前浙江电网潮流总体平稳，宾金直流逆变侧金华站落地功率7 559 MW，特高压安吉—兰江双线南送约200 MW，乔司—涌潮双线南送约2 700 MW，富阳—萧浦双线北送约280 MW，榕城—莲都双线北送480 MW，宁德—金华双线功率近似为零。浙江电网在运600 MW以上机组平均负荷率为70.5%，水电机组全部停运，5台燃气机组顶峰运行。

1.2 金华站单极闭锁过程

2015年7月13日19∶38∶30，金华换流站（简称金华站）极Ⅱ高端阀组高压穿墙套管故障，宾金直流极母差保护Ⅰ段动作，极Ⅱ单极闭锁，送端被切除7台机组共4 020 MW。故障后，极Ⅰ立即启动秒级1.2倍过负荷能力，持续时间3 s，然后启动小时级1.05倍过负荷能力。宾金直流在极Ⅱ单极闭锁后，金华站经过3.6 s由无功功率控制切除1小组滤波器，此后每隔10 s切除1小组滤波器，共切除了8小组滤波器。

事故过程中全网最低频率降至49.80 Hz，稳态频率降至49.90 Hz，事故后浙江电网紧急提升全网机组出力。

2 事故在线仿真

2.1 计算程序及计算模型

采用PSD-BPA程序进行仿真，浙江电网的潮流边界条件由SmartPower程序根据故障前实时潮流导入。由于缺乏华东其余各省市电网对应的边界条件，基于2015年夏大方式，调整各省市的发电机及负荷水平，使得浙江电网省际联络线功率与事故前保持基本一致。

发电机采用六绕组模型，模型参数均保持与现场一致。发电机模型由BPA程序中的M卡与MF卡组成，发电机模型不考虑发电机本身的阻尼，即阻尼系数D取零，励磁及PSS系统采用实测模型，励磁模型由BPA中的FV卡、FM卡、FN卡等模拟，PSS由BPA中的PSS2B模型等模拟。

直流模型采用新型DA模型，该直流模型由DA，DZ以及DA#3张卡组成，该模型具有低压限流、整流侧最小触发角控制以及换相失败预测等功能，模型参数采用华东网调下发数据。

华东各发电机组均采用典型的调速系统模型及参数，火电机组调速器模型由GA，GJ和GB 3张卡组成，水电机组调速器模型采用GH卡。考虑到华东发电机组调速系统的实际性能，计算中发挥作用的机组调速系统按照50%左右考虑[9-10]。由于目前调速器模型数据尚在建模入库过程中，本文调速器采用典型参数。

华东电网各省市中，上海、江苏、浙江、安徽选用60%恒功率，40%恒阻抗负荷模型；福建选用40%恒功率，60%恒阻抗负荷模型，有功和无功负荷频率调节效应系数分别取1.2和-2.0。

仿真过程中0.5 s模拟宾金直流极Ⅱ单极闭锁，并将极Ⅰ功率指令提升为1.05 pu；3.5 s将极Ⅰ功率指令降低至1.05 pu；3.6 s切除第一组滤波器；此后每隔10 s切除1组滤波器，共切除8组。

2.2 仿真结果与PMU曲线对比

2.2.1 重要通道潮流对比分析

仿真及PMU值得到的线路功率如表1所示，图2给出了宁德—金华线路仿真与PMU值的对比结果。由仿真曲线可以看出，由于缺乏省外电网的准确边界条件，各条线路初始功率及故障后功率的仿真值与PMU值有一定差距，但是各线路功率增量的仿真值与PMU值基本一致。

2.2.2 系统频率对比分析

以兰溪发电厂500 kV母线频率为例，系统频率变化仿真结果与实际结果如图3所示。由仿真曲线可以得到，宾金直流极Ⅱ单极闭锁后约7.1 s时系统最低频率为49.81 Hz，故障后稳态频率为49.89 Hz。由PMU曲线可得，宾金直流极Ⅱ单极闭锁后约7.6 s时系统最低频率为49.80 Hz，系统一次调频结束后的频率为49.90 Hz。仿真得到的最低频率以及稳态频率与实际测量结果偏差均在±0.01 Hz之内，准确性较好。

表1 重要单线线路有功功率变化

图2 金华—宁德有功功率仿真与PMU测量值对比

图3 系统频率仿真与PMU测量结果对比

2.2.3 金华站电压动态特性分析

金华站500 kV母线电压曲线如图4所示。受到省外电网不确定因素以及省内电网无功负荷不确定性等因素的影响，仿真曲线与PMU曲线有一定的稳态误差，但是二者的变化趋势基本一致，随着金华站滤波器的逐步切除，系统电压也呈阶梯状下降。

2.2.4 机组动态特性分析

由仿真及PMU曲线得到的部分发电机功率变化如表2所示，图5给出了兰溪发电厂仿真结果与PMU测量值的对比。金华站近区的兰溪发电厂的仿真值与PMU测量结果较为接近，其余各发电厂仿真值与PMU测量值之间均有一定的误差。由表2可知，机组功率增量整体偏差在合理范围内。

图4 金华站500 kV母线电压

表2 故障前后发电机有功功率变化

图5 兰溪发电厂2号发电机功率响应特性

3 结论

（1）宾金直流极Ⅱ单极闭锁后，各仿真曲线与PMU测量曲线变化趋势基本一致。

（2）宾金直流极Ⅱ单极闭锁后，重要通道的潮流增量仿真值与PMU值基本接近。

（3）宾金直流极Ⅱ单极闭锁后，系统频率变化仿真值与PMU值基本一致。

（4）由于省外电网以及负荷无功的不确定性，使得电网电压仿真值与PMU值之间存在一定的误差。

（5）由于本次计算中调速器采用的是典型值，使得部分发电机的有功功率仿真值与PMU值存在一定的误差，需进一步开展调速器建模工作。

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（本文编辑：方明霞）

Reconstruction and Simulation Analysis of Unipolar Block in Yibin-Jinhua UHVDC Power Transmission Project

HUA Wen1，HUANG Xiaoming1，LOU Boliang1，ZHANG Jing2，MAO Xueyan1，HUANG Hongyang1
（1.State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China；
2.State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

The operation status of Zhejiang power grid before and after unipolar block that occurred on July 13 and important event sequence of Jinhua converter station after the accident are introduced.Models of generators，excitation systems and UHVDC identical to real the real systems are established in BPA and the parameters of speed regulators are classic values.According to post-accident action logic of the power grid，accident reconstruction and analysis are presented by BPA；in addition，the simulation results and curves measured by PMU are compared，which shows that the simulation curves tally with curves measured by PMU and confirms the effectiveness of the simulation method and model.

UHVDC；unipolar block；accident reconstruction

TM732

：B

：1007-1881（2016）02-0007-04

2015-09-17

华文（1986），男，工程师，从事电力系统分析工作。