西藏中部電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)規(guī)劃建設的幾點思考

王鄭鋒，董衛(wèi)國，吳 沖

(1.西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000；2.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

西藏中部電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)規(guī)劃建設的幾點思考

王鄭鋒1，董衛(wèi)國1，吳 沖2

(1.西藏電力有限公司，西藏 拉薩 850000；2.中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021)

近年來，西藏電網(wǎng)快速發(fā)展，特別是青藏直流聯(lián)網(wǎng)等工程的投產(chǎn)，一方面緩解了西藏電網(wǎng)缺電的狀況，另一方面則給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來了更大的挑戰(zhàn)。實踐經(jīng)驗表明，西藏電網(wǎng)發(fā)生嚴重故障時，必須依靠安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)正確動作，才能夠保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行。安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)是一套復雜系統(tǒng)，涉及到從規(guī)劃設計、設備采購、安裝調(diào)試、策略制定、運行維護等多個環(huán)節(jié)。從規(guī)劃設計、系統(tǒng)可靠性和大容量光伏電站帶來的挑戰(zhàn)等幾個方面展開討論。

藏中電網(wǎng)；安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)；切負荷執(zhí)行站；光伏電站；并列運行

0 引 言

西藏中部電網(wǎng)由最初的以羊湖電站為源頭、通過鏈式網(wǎng)架向拉薩地區(qū)供電的110 kV電網(wǎng)，歷經(jīng)林芝與拉薩聯(lián)網(wǎng)工程、西藏中部220 kV環(huán)網(wǎng)工程、青藏直流聯(lián)網(wǎng)工程、旁多電站和藏木電站送出工程，已經(jīng)發(fā)展成為連接藏中4地市、以拉薩220 kV環(huán)網(wǎng)為核心的堅強網(wǎng)架。藏中電網(wǎng)裝機容量盡管較小，但其作為“強直弱交”的典型，以及近年來光伏發(fā)電的快速發(fā)展，其電網(wǎng)特性發(fā)生深刻變化。

林芝與拉薩聯(lián)網(wǎng)后，由于聯(lián)網(wǎng)線路較長且林芝地區(qū)水電送出較多，對其可能帶來的弱阻尼問題進行了相關研究[1]。青藏直流投運后，直流輸電與藏中電網(wǎng)的交互影響也得到了較多的研究[2-4]，藏中電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)也發(fā)生了較大變化[5]。

隨著西南地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的需要和西部水電開發(fā)的深入發(fā)展，國家電網(wǎng)公司提出了西南電網(wǎng)的構想。其中，西藏電網(wǎng)是重要的一環(huán)，藏中電網(wǎng)與內(nèi)地電網(wǎng)的互聯(lián)也是指日可待。藏中電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)如何適應電網(wǎng)發(fā)展的需要是值得思考的重要問題。受自然條件等因素影響，藏中電網(wǎng)枯期缺電而豐期電力基本平衡或者略有富余，在今后一段時間內(nèi)仍將維持這一特點，因此，對現(xiàn)有系統(tǒng)的完善是首要任務。

1 110 kV切負荷執(zhí)行站的布局

藏中電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的架構是隨著一次網(wǎng)架的發(fā)展而不斷完善的，從初期的逐級切負荷鏈式結構，發(fā)展到現(xiàn)在以切負荷為主要功能、分層分區(qū)的控制系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 穩(wěn)定控制系統(tǒng)架構圖

藏中電網(wǎng)切負荷執(zhí)行站的布點主要在110 kV變電站，部分在220 kV用戶變電站，如驅(qū)龍多金屬礦專用變電站；切負荷執(zhí)行站的控制對象是站內(nèi)的35 kV和10 kV饋線。隨著西藏地區(qū)用電負荷的增加，尤其是藏區(qū)農(nóng)網(wǎng)的延伸，未來將新增大量的110 kV變電站。如果在所有的新建110 kV變電站都配置遠方切負荷執(zhí)行裝置，將使得切負荷執(zhí)行站的規(guī)模過于龐大，設備管理愈加復雜，從工程經(jīng)濟性的角度來看也是不太合理的。

對于農(nóng)網(wǎng)延伸工程而言，110 kV網(wǎng)架普遍采用單射線鏈路結構。以藏北地區(qū)的當雄—納木措—青龍—班戈110 kV線路為例，當雄變電站已經(jīng)配置有1套安全自動裝置，目前的控制策略是接收、執(zhí)行和轉發(fā)遠方切負荷指令。新建的納木措、青龍、班戈110 kV變電站，每個變電站的初期負荷都只有數(shù)百kW到數(shù)MW之間，與整個藏中電網(wǎng)數(shù)百MW的負荷量相比是非常少的。在這些站點全部都配置遠方切負荷執(zhí)行裝置的性價比是很低的，并且3個站都距離城鎮(zhèn)較遠，交通不便，運行維護比較困難。當電網(wǎng)故障時，在當雄變電站采取直接切除當雄—納木措110 kV線路的措施，可以直接甩掉該鏈路全部負荷。在當雄變電站現(xiàn)有安全自動裝置增加這一控制策略是比較容易的。同時，該鏈路結構簡單，故障后的恢復供電也比較方便。

誠然，這種粗線條的控制手段也可能帶來一些問題。比如，在鏈路上有某些重要負荷也會一并被甩掉。針對這樣的情況，應該要求重要負荷配備柴油發(fā)電設備或者在有重要負荷的站點配置遠方切負荷執(zhí)行裝置，有選擇地切除負荷。另一種情況是，該鏈路以前是某環(huán)網(wǎng)的一部分，后來該環(huán)網(wǎng)打開并且在某個110 kV變電站配置有備自投裝置。一旦該變電站失壓，備自投裝置將立即投入另一回備用電源，從而導致預想的切負荷控制失效。這些可能出現(xiàn)的問題，都需要結合具體情況進行具體分析。

總的來說，對于單射線式的負荷支路，建議只在起點變電站和有特殊供電要求的變電站(如有事關安全生產(chǎn)的保安負荷)配置遠方切負荷執(zhí)行裝置。執(zhí)行切負荷控制時，在起點變電站切除110 kV射線鏈路的出線開關。

2 安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)運行可靠性

電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制裝置一般都考慮雙套配置。一般安控系統(tǒng)的控制措施針對的不是單一元件，例如同時控制同一電廠的多臺機組，為防止一些情況下雙套裝置決策差異導致實際控制效果失當，必須考慮同一廠站雙套裝置決策優(yōu)先權問題[6]。雙套裝置主輔運行就是基于上述考慮的結果，在一套裝置動作后閉鎖另一套裝置，主輔運模式的主要問題是裝置拒動的風險。

西藏電網(wǎng)安全自動裝置的配置有以下幾種模式：

1)切負荷控制系統(tǒng)中，220 kV控制主站是雙套配置，主要是負責切負荷控制的決策，包括接收上一級主站發(fā)來的切負荷量和下一級執(zhí)行站發(fā)來的可切負荷量，按照優(yōu)先級順序?qū)汕胸摵蛇M行排序，當電網(wǎng)故障時，按照既定的負荷排序?qū)⑶胸摵芍噶畎l(fā)給執(zhí)行站。(部分控制主站有切本地電抗器和本地饋線的功能)；

2)110 kV切負荷執(zhí)行站是單套裝置、雙通道配置，雙通道分別與上一級主站的A套裝置和B套裝置通信；

3)個別承載大工業(yè)負荷的220 kV切負荷執(zhí)行站是雙重化配置；

4)切機執(zhí)行站都是雙套配置。

目前西藏電網(wǎng)雙重化配置的安全自動裝置，大部分采用主輔運模式，即一套裝置為主運，另一套裝置為輔運，當主運裝置動作后，發(fā)一副接點閉鎖輔運裝置，實際上，只有一套裝置動作出口。

在主站采用主輔運模式，如果實際出口的裝置因為通信接口等原因拒動，造成措施量不夠，極端情況下甚至造成整套穩(wěn)控系統(tǒng)拒動，給系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來風險，因此，建議主站采用雙主并列運行方式，即，兩套裝置各自獨立運行、獨立決策、獨立出口。雙主并列運行需要解決的問題是，由于測量誤差等因素帶來的問題，兩套裝置的策略表可能不同，故障時的控制決策也不同，可能造成過切。解決方案之一是，兩套裝置統(tǒng)一出口策略，即，兩套裝置通過光纖直連，當裝置動作出口時，兩套裝置交互控制策略，并按控制措施更嚴重的策略表來執(zhí)行。

當切機執(zhí)行站采用主、輔運相互閉鎖模式，將可能造成雙套穩(wěn)控裝置相互閉鎖，從而導致雙套穩(wěn)控裝置均無法出口。在輔運裝置設置40～50 ms延時后，兩套裝置相互閉鎖可能性很小。

3 大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)的應對策略

西藏地區(qū)太陽能資源非常豐富，大容量兆瓦級并網(wǎng)太陽能光伏電站呈現(xiàn)快速發(fā)展的態(tài)勢，截至2012年年底，西藏中部電網(wǎng)接入的太陽能光伏發(fā)電規(guī)模為80 MW，占電網(wǎng)總裝機的8.7%。目前藏中電網(wǎng)峰值負荷約為500 MW，谷值負荷約為250 MW。從藏中電網(wǎng)的負荷特性來看，光伏電站出力的峰值時間大致對應電網(wǎng)腰值負荷出現(xiàn)的時間，此時光伏電站出力大概占到全網(wǎng)負荷的15%～20%，光伏的運行狀態(tài)對藏中電網(wǎng)有較大影響，主要原因有以下兩點：

1)光伏發(fā)電作為無旋轉慣量的電源方式，在其并網(wǎng)規(guī)模達到一定程度后，使得電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度減少。電網(wǎng)從自身安全運行的角度出發(fā)，要求并網(wǎng)光伏電站具備一定的電源特性，如規(guī)程規(guī)定光伏電站近區(qū)發(fā)生短路故障時，若其母線電壓低于其低電壓穿越能力的限值(規(guī)程規(guī)定為0.2 p.u.)，光伏電站將會閉鎖退出運行。目前，很多逆變產(chǎn)品都聲稱具備低電壓穿越功能，但實際的光伏電站往往為保證逆變器安全而采取低電壓切機。

2)作為典型的可再生能源，由于受到環(huán)境溫度、太陽光照強度以及天氣條件的影響，太陽能光伏發(fā)電最大的特點就是隨機波動性。西藏羊八井光伏電站在實際運行中有3 s內(nèi)，出力降低50%～70%的記錄。

因此，大容量光伏電站的接入帶來的頻率穩(wěn)定問題是必須要考慮的。西藏電網(wǎng)光伏電站接入電網(wǎng)一般是光伏電池組件所發(fā)電力經(jīng)匯流箱、直流配電柜接至逆變器，再經(jīng)箱式變電站升壓至35 kV后，經(jīng)過集電線路接入光伏項目35 kV匯集站。35 kV匯集站通過35 kV線路接入系統(tǒng)內(nèi)35 kV變電站或是110 kV變電站的35 kV側。對于太陽光照條件好且場地條件較好的項目，會有多個光伏匯集站接入同一個110 kV變電站，如山南地區(qū)的赤康110 kV變電站。近區(qū)電網(wǎng)發(fā)生短路故障可能導致幾個光伏電站同時閉鎖，或者是太陽光照條件發(fā)生變化導致該地區(qū)的幾個光伏電站的出力同時發(fā)生快速降低，將可能導致藏中電網(wǎng)頻率跌落至49 Hz以下，觸發(fā)第三道防線低頻切負荷動作，此時應該由第二道防線的安全自動裝置自動檢測出故障后采取就近切負荷措施。

檢測光伏電站的出力降低有兩種方式，一種是在每個35 kV光伏匯集站配置裝置，裝置檢測電源出線的功率變化，將功率降低量發(fā)送給系統(tǒng)內(nèi)的安全自動裝置。當光伏出力的變化量達到動作值時，系統(tǒng)內(nèi)的裝置動作于切負荷。另一種是直接在匯集多個光伏電站的系統(tǒng)內(nèi)110 kV變電站設置一套安全自動裝置，該裝置接入光伏進線的二次電流電壓，計算得到功率，并通過功率間接判別光伏電站的出力變化，并采取相應的控制措施。

上述兩種配置方案均能滿足調(diào)度控制的需求，從簡化安全自動裝置管理運行和降低工程造價的角度出發(fā)，方案2只在匯集多個光伏電站的系統(tǒng)內(nèi)變電站設置安全自動裝置，更加實用和簡化管理。

4 結論和建議

1)西藏電網(wǎng)規(guī)模不斷增大使得安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)的規(guī)模也在不斷擴大。為了確保安控系統(tǒng)的可靠性，一方面需要對現(xiàn)有系統(tǒng)進行完善，在已有的重要廠站考慮雙重化配置、雙主并列運行；另一方面，要考慮控制安控系統(tǒng)的規(guī)模，優(yōu)化布點。

2)光伏電站出力對電網(wǎng)擾動引起的電壓波動高度敏感，藏中電網(wǎng)進一步接納光伏電站接入的同時，需要常規(guī)機組增加旋轉備用容量以加強協(xié)作靈活性。

3)隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，西藏電網(wǎng)的運行和管理要求將更高。需要研究和制定適合于西藏電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)管理體系，對規(guī)劃、設計和管理進行規(guī)范。

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In recent years, the rapid development of Tibet power grid, especially the DC interconnection project from Qinghai to Tibet being put into operation, on one hand, to ease the power shortage in Tibet, but on the other hand, to bring the greater challenges to the safe and stable operation of the grid. The practical experiences show that during the catastrophic failure in Tibet power grid, it must rely on the correct operation of security and stability control system to ensure the stable operation of the grid. Security and stability control system is a complex system, involving the planning and design, equipment procurement, installation and commissioning, strategic planning, operation and maintenance etc. So the challenges brought by the planning and design, the system reliability and the photovoltaic power stations with high capacity are discussed.

power grid in central Tibet; security and stability control system; load-shedding station; photovoltaic power station; parallel operation

TM76

A

1003-6954(2015)03-0055-03

2015-02-28)

王鄭鋒(1982)，工程師，主要研究領域為電網(wǎng)規(guī)劃設計。