乌东德多端直流对云南电网频率稳定影响及措施研究

陈其飘，游广增

（1.华北电力大学云南电网研究生工作站，昆明 650217；2. 云南电网有限责任公司，昆明 650217）

0 前言

随着交直流混联输电系统的逐步形成，并联运行的交流和直流线路间的相互影响更加密切，系统的动态特性更加复杂。对于送端电网来说，当直流发生闭锁故障时，将会出现功率传输的突然阻断，瞬间产生大量的过剩有功功率，从而导致送端电网的频率升高。另一方面，由于闭锁故障而产生的大量过剩有功功率将会转移到正常的交流通道上，造成交流通道过载，从而大大地影响系统的稳定性。因此，研究直流闭锁故障对电网的影响及应采取的相应措施具有重要的意义。

乌东德多端直流送出工程（即起点云南，落点广东、广西），外送规模初期5000兆瓦，远期可达8000～10000兆瓦，以保障消纳并提高云电外送的灵活性。由于乌东德多端直流输电系统的容量较大并且云南电网的网架结构十分复杂，当其发生单极闭锁或双极闭锁时，将会产生较大的过剩功率，势必会对云南电网的安全稳定性产生较大影响。

确定乌东德多端直流单极闭锁不发生高周切机情况下云南直流频率限制控制器(frequency limit controller，FLC）的上调容量，然后分析在现有直流FLC的基础上加入乌东德直流FLC对云南电网的影响，然后研究乌东德多端直流闭锁对云南电网的影响以及相应的稳控切机措施。

1 乌东德多端直流输电工程

乌东德三端直流输电工程送端起点云南，受端落点广东和广西，其中云南向广东送电5000兆瓦，云南向广西送电3000兆瓦，总送电8000兆瓦。送端云南站的接入系统方案如下：乌东德电站投产后，乌东德电站左右岸分厂接入电网，其中一岸出三回500 kV线路至昆北换流站，线路长度为3×77 km。另外一岸出两回500 kV至白邑、一回500 kV至龙海接入云南主网。2020年乌东德接入后，乌东德送端电网近区网架如图1所示。

图1 乌东德多直流送端近区网架图

2 丰大方式下FLC协调配合方案

现有直流FLC的上调量和死区设置情况，然后提出乌东德云南侧直流闭锁时FLC总上调容量的设置，在丰大运行方式下分析加入乌东德直流FLC对云南电网频率稳定的影响。

表1 现有直流FLC的上调量和死区设置情况

FLC上调容量设置方案的原则为在单极直流闭锁下要能够将频率高峰压在50.6 Hz以下，因为云南电网设置50.8 Hz高周切机，在单极直流闭锁下不应发生高周切机，并考虑一定裕度，认为FLC应将频率高峰抑制在50.6 Hz以下。

在2020年BPA数据中，投入不同的直流FLC，上调总容量分别为2680 MW，2280 MW，2040 MW，1800 MW，然后施加乌东德直流云南侧单极直流闭锁故障，观察在不同FLC上调总容量下，系统频率响应峰值的大小。

从仿真结果可以看出在FLC上调容量为2680 MW和2280 MW时，可以满足乌东德直流单极闭锁后频率峰值不超过0.6 Hz的条件；在FLC上调容量为2040 MW和1800 MW时，不能满足乌东德直流单极闭锁后频率峰值不超过0.6 Hz的条件。当乌东德发生单极直流闭锁时，若想系统频率峰值不超过50.6 Hz，FLC应当具有2280 MW以上的总上调容量。

图2（a） 方案1下乌东德云南侧单极闭锁时系统频率响应

图2（b） 方案2下乌东德云南侧单极闭锁时系统频率响应

图2（c） 方案3下乌东德云南侧单极闭锁时系统频率响应

图2（d） 方案4下乌东德云南侧单极闭锁时系统频率响应

图3 投入乌东德直流FLC时稳控切机后系统频率响应

由上面的计算结果，可得以下结论：

1）楚穗直流双极闭锁时，投入乌东德直流FLC后，可使云南电网最高频率低于高周切机门槛（50.8 Hz），不会引起高周切机，稳控切机可以减少1400 MW的切机量；

2）新东直流双极闭锁时，投入乌东德直流FLC后，稳控切机可以减少810 MW的切机量；

由此可见，在现有的直流FLC的基础上，再投入乌东德直流FLC的情况下，对云南的暂态稳定和频率稳定是有利的。

3 乌东德多端直流闭锁故障分析

考虑投入现有云南直流FLC（投入方案为：鲁西背靠背、金中、牛丛、滇西北直流）功能的前提下，本文对2020年丰大方式下乌东德多端直流单极、双极闭锁故障引起的频率稳定问题进行计算分析，经分析，会引起云南电网高周切机的故障为云南侧双极和云南到广东双极闭锁，系统频率特性（2020丰大+考虑FLC）时系统频率特性（2020丰大+考虑FLC）。

图4（a） 乌东德云南侧双极闭锁时

图4（b） 乌东德云南到广东侧双极闭锁

当云南直流FLC投入时，由计算结果可得以下结论：

1）当直流闭锁导致直流传输功率损失4000 MW以下时，不需要采取稳控切机措施，云南电网的最高频率在50.6 Hz以下；

2）乌东德直流发生云南侧8000 MW双极闭锁时，云南电网最高频率为51.504 Hz，大于火电机组OPC动作门槛值(51.5 Hz)，存在机组无序跳闸的风险，需切除乌东德5台机组，龙开口1台，共计 4610 MW，可使云南电网恢复稳定，云南电网的最高频率为50.553 Hz，小于高周切机动作门槛值（50.8 Hz）；

3）乌东德直流发生云南到广东5000 MW双极闭锁时，云南电网最高频率为50.817 Hz，大于高周切机动作门槛值(50.8 Hz)，会引起高周切机动作，需切除乌东德2台机组，共计1700 MW，云南电网的最高频率为 50.522 Hz，小于高周切机动作门槛值（50.8 Hz）。

4 结束语

通过分析发现，在现有的直流FLC的基础上，再投入乌东德直流FLC的情况下，对云南的暂态稳定和频率稳定是有利的。在加入现有云南直流FLC的情况下，通过对乌东德多端直流闭锁故障分析发现，稳控拒动时云南侧双极闭锁和云南到广东双极闭锁将会引起云南电网的最高频率超过高周切机动作门槛值（50.8 Hz）。分别对云南侧双极闭锁和云南到广东双极闭锁两种故障情况，提出稳控切机的具体措施，对乌东德多端直流投入运行后的云南电网运行具有实际的参考价值。另外，还需要分析云南电网在乌东德近区各种交流故障下潜在的风险，以提高乌东德多端直流投入运行后云南电网的暂态稳定性。