电网实时运行风险分析与预控措施研究

2023-08-31罗阳百韩建伟陶旋旋高善平

东北电力技术 2023年8期

罗阳百,张海,韩建伟,陶旋旋,高善平

(国网济宁供电公司,山东济宁 272008)

0 引言

近年来,随着负荷的不断攀升及电网结构的日益复杂,管控电网实时运行风险的难度也在不断增加[1-3]。文献[4-6]从不同角度论述了开展电网实时运行风险分析的必要性。文献[7]针对台风天气等极端气象提出了面向台风气象的电网运行风险态势感知方法,建立了台风下电网实时运行风险指标体系。文献[8]提出了电网实时运行风险的在线计算方法,并对风险水平进行评估。

电网实时运行风险的研究集中于如何识别风险和评估风险,对于如何处置风险的研究较少,本文结合多年调度领域工作经验,提出外部开源、内部挖潜、强迫潮流分布来预控电网实时运行风险措施,并以济宁电网夏季负荷高峰时的运行风险为例验证措施的有效性,对预控电网实时运行风险具有参考作用。

1 概述

电网实时运行风险是指运行中的电网执行N-1及同塔线路N-2开断后,线路、变压器等电气设备的重过载风险[9]。

对所辖电网开展实时运行风险分析是相关调控机构的核心业务之一,其主要通过在线量测装置获取电网实时潮流数据并依托调度自动化系统对电网进行N-1及同塔线路N-2开断潮流计算[10-12],调度自动化系统根据潮流计算结果反馈重过载线路、变压器等信息。调控人员对重过载设备进行分析,明确电网的薄弱环节并提前制定预控措施。

2 电网实时运行风险预控措施

大多数情况下,调控人员会通过转移负荷、调整发电机出力来降低设备重过载程度。对实际执行效果分析,转移负荷、调整发电机出力主要适用于线路、变压器过载15%以内的情况,对于过载30%甚至超过40%的情况,仅靠转移负荷、调整发电机出力等常规手段难以快速消除设备过载,使电网在一段时间内不能正常运行,严重威胁电网的安全稳定。

本文结合多年电网调度领域工作经验,提出外部开源、内部挖潜、强迫潮流分布来预控电网实时运行风险措施。

a.外部开源

将相邻供电区域的开环线路、母联或分段开关转环路运行,减轻或消除设备过流。

b.内部挖潜

调整发电机出力,将部分负荷调整为本供电区域其他站供电,优化调整潮流分布。

c.强迫潮流分布

将供电区域内的线路解合环、分合分段或母联隔离开关,改变电网结构进而强迫潮流分布。

3 案例分析

2022年夏季,受高温天气影响,济宁电网负荷不断攀升,多次创出历史新高。在持续高温、高负荷形势下,该地区东部电网N-1/N-2开断后部分设备出现严重过流风险。取6月20日21:00潮流断面,N-1/N-2计算扫描结果如表1所示。

表1 N-1/N-2计算扫描结果

由表1可知,邹县电厂220 kV1号母线或邹宿Ⅰ线掉闸,邹宿Ⅱ线严重过流;邹县电厂220 kV 2号母线或邹宿Ⅱ线掉闸,邹宿Ⅰ线严重过流;邹宿双线掉闸,邹接Ⅰ线、邹陵线同时过流。

邹宿Ⅱ线最高过流达47%,邹宿Ⅰ线最高过流达40.71%,邹接Ⅰ线最高过流达47.1%。

为了应对负荷高峰情况下N-1/N-2开断后部分设备严重过流风险,依据本文介绍的外部开源、内部挖潜、强迫潮流分布来预控电网实时运行风险。

3.1 电网运行方式

济宁电网以马青站、接庄站220 kV母联隔离开关为分界点分为东、西两部分,该地区电网分布如图1所示。

图1 济宁电网分布

济宁东部电网运行方式如下。

a.通过500 kV儒林站1台容量为1000 MVA主变压器和邹县电厂2台容量为500 MVA联变接入500 kV电网。

b.220 kV系统通过220 kV圣仓线与泰安电网相连,正常方式开环运行,紧急情况下可以转环路运行接带负荷。

c.电网具有负荷重、电源点集中、潮流穿越明显等特点。

3.2 潮流断面数据

6月20日21:00,济宁东部电网潮流断面数据:济宁东部电网负荷为1640 MW,其中220 kV北宿站负荷为310 MW、八里站负荷为300 MW;邹县电厂2台联变下送有功为575 MW;220 kV系统1号、2号机运行,总出力为550 MW;500 kV儒林站1号主变压器下送有功为330 MW;里彦电厂4号、5号、6号机组故障停机,仅3号机开机运行,实际出力为88 MW,最大可达120 MW;兖煤热电厂暂无机组投运。

3.3 电网实时运行风险预控措施探究

本文以邹县电厂220 kV 1号母线掉闸,邹宿Ⅱ线电流1764 A,过流47.0%为例,如图2所示。从外部开源、内部挖潜、强迫潮流分布三方面入手,验证预控措施的有效性。

图2 邹县电厂220 kV1号母线跳闸,邹宿Ⅱ线严重过流

a.外部开源

济宁东部电网通过联络线220 kV圣仓线与相邻供电区域泰安电网相连,正常运行方式下该线路开环运行。经计算,220 kV圣仓线转环路运行后邹宿Ⅱ线电流为1656 A,线路负载下降108 A。因该线路远离重负荷变电站北宿站,缓解作用有限,可以作为辅助措施。圣仓线合环调整措施如图3所示。

图3 圣仓线合环调整措施

济宁东部电网与西部电网通过马青站、接庄站220 kV母联隔离开关开环运行。在不考虑汶上站220 kV母线隔离短路电流超标的情况下,将接庄站220 kV母联隔离开关转环路运行,邹县电厂出力将通过邹宿Ⅱ线通道向济宁西网外送,加剧了邹宿Ⅱ线的过流程度,因此不能采用。

b.内部挖潜

紧急调整机组出力:里彦电厂4号、5号、6号机组停机,仅3号机开机运行,出力为88 MW,最大可达120 MW,没有太大裕度可调节,且发电机增出力速度较慢,因此只能作为辅助措施。

考虑邹县电厂1号、2号机组出力,但因为2台联变合环运行,500 kV机组出力通过2台联变下送功率,1号、2号机组出力后效果不明显;若同时500 kV机组和220 kV机组出力,因邹县电厂总装机容量为4640 MW,6月20日21:00潮流断面出力约3750 MW,500 kV机组和220 kV机组合计出力非常大;再加上紧靠重负荷变电站,所以在联变合环运行时调整发电机出力效果微乎其微;若采取拉开2台联变后1号、2号机组出力,拉开2台联变后,儒林站主变会过载,更关键的是济宁东部电网只有儒林站1台主变与主网相连,方式极为薄弱,所以不建议采取该措施。

部分负荷调本供电区域其他站供电,优化调整潮流分布:北宿站63 MW负荷(110 kV邹南站)可调至八里站、80 MW负荷(110 kV太宏站)可调至里彦电厂供电,负荷调整后,邹宿Ⅱ线电流为1610 A,线路负载降低至154 A,仍过流34.2%。线路过流程度稍有缓解,单靠负荷调整手段无法完全消除过流。北宿站负荷调整措施如图4所示。

图4 北宿站负荷调整措施

c.强迫潮流分布

邹县电厂220 kV 1号母线掉闸后,邹宿Ⅱ线过流主要有两方面原因:一是邹宿Ⅱ线接带北宿站、罗厂站、幸福站、接庄站东网负荷,且北宿站负荷很重;另一方面兖煤热电厂无机组投运。从强迫潮流分布进行考虑,有2种方案可供选择。第一,将北宿站220 kV母联隔离开关打开,强迫潮流分布,邹宿Ⅱ线接带北宿站2号主变压器负荷、罗厂站负荷;邹宿Ⅱ线电流为1195 A,过流消失;邹陵线电流为724 A,过流3.2%,需增加降低邹陵线电流的辅助措施。该措施能够快速缓解邹宿Ⅱ线过流程度,且方式调整后对电网结构影响不大。北宿站220 kV母联隔离开关开环调整措施如图5所示。

图5 北宿站220 kV母联隔离开关开环调整措施

第二,将220 kV福宿线解环,强迫潮流分布,邹宿Ⅱ线接带北宿站、罗厂站负荷;邹宿Ⅱ线电流1426 A,极大缓解了线路过流,但仍过流18.8%;需额外考虑增加里彦电厂出力,同时将北宿站63 MW负荷(邹南站)调八里站供电、80 MW负荷(太宏站)调里彦电厂供电,邹宿Ⅱ线电流为1197 A,过流消失。220 kV福宿线解环调整措施如图6所示。