黑龙江省东部电网外送极限分析

2023-09-16王文博李文希刘志鹏张美伦胡远婷

黑龙江电力 2023年4期

张睿,王文博,李文希,刘志鹏,张美伦,胡远婷,刘进

(1.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院,哈尔滨 150030; 2.哈尔滨汽轮机厂有限责任公司,哈尔滨 150036;3.国网黑龙江省电力有限公司物资公司,哈尔滨 150001)

0 引言

东部电网是黑龙江省主要的电源基地,火电、风电装机容量均较大,东部电网通过 500 kV 群方甲线、群方乙线、云方甲线、云方乙线、牡方线、群兴1号线和 220 kV浩达线、宏木甲线、木兴乙线、牡亚线、横兴线与中部电网相连,通过 500 kV林平线与吉林电网相连。东部电网包括牡丹江、鸡西、鹤岗、伊春、双鸭山、七台河和佳木斯7个地区电网。

黑龙江省东部电网风电、光伏、生物质发电等新能源持续增长,荒沟抽水蓄能机组陆续投产,东部断面送出能力亟待提升。220 kV东部外送联络线方德甲乙线单回线路的承载能力为450 MW,如不满足线路N-1运行条件运行方式极不安全,因此方德甲乙线的承载能力也成为了制约黑龙江东部外送能力的一个重要因素。该文主要在冬季小负荷与夏季腰荷两种方式下分析德善-吉兴、德善-广义断开后,东部电磁解环,消除方德甲乙线制约后,东部断面送出能力的提升情况。

1 数学模型

电力系统分析综合程序(power system analysis software package, PSASP)是一套历史长久、功能强大、使用方便的电力系统分析程序,是高度集成和开放具有中国自主知识产权的大型软件包。PSASP 为我国一些重大电力工程项目的建设和运行作出了重要贡献[1],广泛应用于全国各网省调、香港地区的电网规划设计、生产调度运行、科学研究、高等院校等,成为电力系统设计运行和试验研究的必备工具[2]。

1.1 潮流计算数学模型

潮流计算是根据给定的电网结构,参数和发电机、负荷等元件的运行条件,确定电力系统各部分稳态运行状态参数的计算。通常给定的运行条件有系统中各电源和负荷点的功率、电源机端电压、平衡点的电压和相位角等。待求的运行状态参量包括电网各母线的电压幅值和相角,以及各支路的功率分布、网络的功率损耗等[3]。

潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组,其数学模型简写如下:

F(X)=0

式中:F=(f1,f2,…,fn)T为节点平衡方程式;X=(x1,x2,…,xn)T为待求的各节点电压向量。

1.2 暂态稳定计算数学模型

暂态稳定是研究系统受到大干扰后,同步运行稳定性的问题。暂态稳定计算的数学模型包括一次电网的数学描述(网络方程)和发电机、励磁调节器、调速器、电力系统稳定器、负荷、无功补偿、直流输电、继电保护等一次设备和二次装置动态特性的数学描述(微分/差分方程),以及各种可能发生的扰动方式和稳定措施的模拟等。因此 PSASP 暂态稳定计算(ST)的数学模型可归为以下三个部分[4]。

1)电网的数学模型,即网络方程。

X=F(X,Y)

其中:

F=(f1,f2,…,fn)T

X=(x1,x2,…,xn)T

式中:X为网络方程求解的变量。

2)发电机、负荷等一次设备和二次自动装置的数学模型,即微分方程。

Y=G(X,Y)

其中:

G=(g1,g2,…,gn)T

Y=(y1,y2,…,yn)T

式中:Y为微分方程求解的变量。

3)扰动方式和稳定措施的模拟。如电网的简单故障或复杂故障及冲击负荷、快关汽门、切机、切负荷、切线路等。这些因素的作用结果是改变X,Y[5]。

2 东部电网运行方式潮流计算分析

设置2025年为计算目标年,分别按照冬季小负荷与夏季腰荷方式进行分析计算;根据地区负荷特点,设定开机情况,分析德善-吉兴、德善-广义断开前后,东部断面送出能力以及断面近区潮流以及电压情况。

2.1 冬季小负荷方式潮流极限分析

冬季小负荷具有开机多,负荷小的特点,电压偏高,冬季小负荷情况下更容易达到外送极限,极限值同样适用于冬季大负荷方式[6]。

东部火电机组全开,发电负荷率55%,风电机组发电负荷率85%。此时,方德甲乙线双回潮流之和450 MW,黑龙江东部外送额度为4 017 MW,方德甲乙线单回线路的承载能力为450 MW,此时已处于临界值。具体潮流与电压如图1所示。

图1 冬小目前黑龙江省东中部潮流图

上述开机方式下拟将德善-广义、德善-吉兴断开,此时东部断面输送容量为4 352 MW,东部网与中部网之间失去2条220 kV通道,其一部分潮流经方正变转由500 kV通道输送,方正变潮流增加明显,但仍然处在合理范围其中(479 MW),500 kV方永甲乙线、群兴1号线、林平线潮流并未出现过载风险,且线路或变压器N-1时系统仍然出入安全状态;一小部分潮流通过牡横线与牡亚线流入中部网,牡亚线、亚兴线及部分惠兴甲线导线型号为LGJ-400,输送容量要控制在289 MW,对附近线路进行N-1分析,牡亚线不存在过载问题。具体潮流图2如下所示。