电网频率控制技术的综合应用测试

郑宝明

（国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 211100）

0 引 言

目前，应对直流闭锁问题，送端电网主要采取紧急切除配套电源的方法，其影响范围较小，而受端电网则主要采取紧急切除负荷的方法[1]。受相关规定制约，电网运行管理部门需要在确保电网安全的前提下尽量保证负荷供电。但随着直流输送容量的不断提升，故障后扰动冲击不断加大，切负荷策略制定愈发困难[2]。因此，为避免单回特高压直流大功率双极失去时触发系统低周减载动作，可以通过建设频率紧急协调控制系统，实现电网频率稳定控制水平的整体提升[3]。基于此，本文对电网频率的综合控制措施进行了相关的建模验证测试。

1 电网频率控制措施概述

在交直流系统受到大干扰的情况下，利用直流系统的短时过载能力快速调制直流系统注入到交流系统的功率，即为负荷中心提供额外的注入功率，以缓解受端系统内的功率缺额，提升系统频率稳定性[4]。与传统的电力系统紧急控制措施相比，利用直流输电系统对交流系统进行紧急功率支援具有快速可靠、调节容量大以及对系统造成的经济损失小等优点，因此利用直流输电系统对交流系统进行稳定控制是一种经济可行的手段。

抽水蓄能电站具有快速灵活的特点，随着特高压输电技术的发展和应用，其在电力系统中的作用和功能将得到进一步发挥。针对直流闭锁故障导致的大规模功率缺额情况，为有效防止受端电网频率的大幅度下降，将抽蓄切泵纳入系统频率紧急控制可调度优化系统中，从而大幅降低系统运行成本。此外，由于精准负荷控制的控制容量大，易触发国务院599号令所规定的电力事故等级，造成严重的社会影响。以华东电网为例，虽然有布置第二道防线的联切负荷措施，但实际投入运行的不多。

2 电网频率控制措施建模分析

为了解决特高压直流故障引发的电网频率不稳定问题，构建由多直流协调控制系统、抽蓄切泵控制系统以及精准负荷控制系统3大部分组成的频率紧急协调控制系统。其中控制代价最高的是精准切负荷措施，而抽蓄切泵本身的代价很低，但是安排运行方式时需要提前确保一定的抽蓄容量。下面以锦苏直流双极闭锁和林枫直流双极闭锁为例，分别研究3种控制措施的灵敏度[5-10]。

2.1 相同操作量对比恢复频率/最低频率

考虑锦苏直流双极闭锁故障，宾金直流功率快速提升200 ms动作，安控切抽蓄300 ms动作，安控集中式切负荷1 s动作，操作量均为800 MW。相同操作量下，安控切抽蓄和安控集中式切负荷的作用效果基本相同，直流功率紧急提升对频率恢复的作用效果相对较好，仿真测试结果如图1所示。

图1 锦苏直流双极闭锁系统频率曲线

考虑林枫直流双极闭锁故障，宾金直流功率快速提升200 ms动作，安控切抽蓄300 ms动作，安控集中式切负荷1 s动作，操作量都为800 MW。相同操作量下安控切抽蓄和安控集中式切负荷的作用效果基本相同，直流功率紧急提升对频率恢复的作用效果相对较好，仿真测试结果如图2所示。

图2 林枫直流双极闭锁系统频率曲线

由此可得，相同动作量不同措施下系统的恢复频率情况如表1所示。

表1 相同动作量不同措施下系统的恢复频率

2.2 相同最低频率所需操作量关系

锦苏直流双极闭锁故障，保证系统恢复频率49.13 Hz，直流功率快速提升800 MW，安控切抽蓄920 MW，安控集中式切负荷切除量920 MW，仿真测试结果如图3所示。

图3 锦苏直流双极闭锁系统频率曲线

林枫双回直流闭锁故障，保证系统恢复频率49.85 HZ，直流功率快速提升800 MW，安控切抽蓄920 MW，安控集中式切负荷切除量920 MW，仿真测试结果如图4所示。

图4 林枫直流双极闭锁系统频率曲线

由此可得，相同最低频率不同措施下动作量的对应关系如表2所示。

表2 相同最低频率不同措施下动作量的对应关系

为在不同措施动作后得到相同的最低频率，直流功率快速提升、安控切抽蓄以及安控集中式切负荷的动作量比例应为1:1.15:1.15。

2.3 考虑投入滤波器时直流功率快速提升与安控切抽蓄的效果对比

直流闭锁故障其余直流功率提升后换流母线电压略有降低，仿真测试结果如图5所示。考虑华东电网负荷模型为60%恒阻抗+40%恒功率，负荷的电压特性可能会造成相同动作时序和相同操作量时直流功率快速提升的效果更好。

图5 控制措施后换流站母线电压曲线

考虑锦苏直流闭锁故障，宾金和复奉直流可提升1 440 MW，直流功率快速提升后投入滤波器，对比投入滤波器后直流功率快速提升与安控切抽蓄对于系统频率恢复的作用效果，如表3所示。对于直流闭锁故障后系统频率恢复而言，直流功率快速提升并投入滤波器的作用效果与安控切抽蓄作用效果基本相同。

表3 直流功率提升后投入滤波器的作用效果

此时，为在不同措施动作后得到相同的最低频率，直流功率快速提升、安控切抽蓄以及安控集中式切负荷的动作量比例应为1:1:1。

3 结 论

直流功率紧急控制、抽蓄切泵以及精准切负荷对系统频率的控制效果基本一致。考虑到特高压直流闭锁故障的控制代价，在受端电网大功率缺额的情况下为保证系统的频率安全稳定，可以首先提升直流功率，其次切除抽蓄机组，最后实施精准切负荷的综合控制技术。