大規模區外來電失去背景下電網響應機制的研究

衛　鵬，劉建坤，周　前，胡昊明，朱鑫要

（江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103）

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大規模區外來電失去背景下電網響應機制的研究

衛鵬，劉建坤，周前，胡昊明，朱鑫要

（江蘇省電力公司電力科學研究院，江蘇南京211103）

摘要：隨著江蘇特高壓電網的不斷發展，區外來電的可靠性對保障地區供電具有重要意義。特高壓直流等大規模區外來電在受端電網需要各個省級電網支撐和分擔，當雙極閉鎖等情況損失的電量需要進行分攤，電網潮流重新分布。以實際發生的錦蘇直流閉鎖歷史事件為背景，分析了區外來電失去后本地電源的響應特性和外省電源的支撐特性，對于應對區外來電損失后的潮流控制提供借鑒。

關鍵詞：區外來電；特高壓直流；雙極閉鎖；電力電量平衡；電源

至2015年，江蘇電網已有13回交流500 kV省際聯絡線與周邊省市電網相連，其中4回連接安徽、2回連接浙江、4回連接上海，3回與山西陽城電廠相連；此外，有2回跨區直流輸電通道，分別是500 kV龍政直流、800 kV特高壓錦蘇直流，形成點對點直送、網間互供并存、交直流并供的區外來電輸送模式［ 1 ］。

根據年度受電計劃，最大區外受電約 13 600 MW，受電量670億kW·h，分別占最大全社會用電負荷和用電量15.1%和13.38%。主要成分包括：皖電東送、陽城直送、秦山核電、天荒坪抽蓄、三峽水電、錦屏官地水電等，正常不調峰的核電和水電合計9280 MW，占受電計劃總量的68.2%。日調峰比例約13%，比全省統調用電負荷年平均峰谷差率16.5%低3.5個百分點。

大規模區外來電對江蘇電網的電力需求平衡作用日益增強，對于特高壓直流等大規模區外來電失去后內外電源響應機制研究較少，文中基于歷史雙極閉鎖事故對電網內外電源協調配合策略進行了研究。

1　區外來電現狀

江蘇省目前最高統調用電負荷達7800 MW，電網裝機容量超過90 000 MW。大型的區外來電主要包括三峽水電、陽城直送、皖電東送。各主要區外來電規模及現狀如圖1所示。

圖1　區外來電現狀及規模

三峽水電站水電通過500 kV龍政直流送出江蘇電網，落地約為1200 MW。三峽水電和錦屏官地水電合計8720 MW，占2015年江蘇電網區外受電比例達到64.1%，區外受電成分以水電為主，分月受電計劃受送端水電豐水期和枯水期變化呈現非常明顯的季節性特征，冬季枯水期受電計劃6000 MW，約為夏季豐水期受電計劃的44%，比夏季最大受電少7600 MW，調峰比例也明顯高于夏季。

山西陽城電廠包括6臺350 MW進口燃煤發電機組，以專線、專供方式通過760 km長線路接人江蘇電網輸送至江蘇500 kV三堡變電站［ 2 ］。

2　區外來電規劃

根據目前國家電網公司“十三·五”電網發展規劃，江蘇電網將建設10回1000 kV特高壓交流省際聯絡線 （淮南—南京雙回線路、蘇州—上海雙回線路、徐州—豫北雙回線路、徐州—棗莊雙回線路、臨沂—連云港雙回線路），輸電規模15 000 MW；將建設3回特高壓直流（錫盟—泰州、晉北—南京、隴東—徐州），輸電規模28 000 MW；預計到2020年江蘇電網區外來電規模將超過56 000 MW，較2015年年度計劃最大受電電力13 600 MW增加3倍以上。預計“十三·五”主要區外來電及規模如圖2所示［ 3-5 ］。

圖2　“十三·五”區外受電規劃

3　特高壓雙極閉鎖后電網響應

3.1電網網架

蘇州南部電網主要包括蘇州市區及吳江地區，主要通過梅里—木瀆、華能太倉—車坊及石牌—玉山—車坊3個500 kV輸電通道受電。預計2020年1000 kV特高壓淮滬北半環泰州—蘇州過江通道能夠建成，屆時蘇南地區的受電能力將進一步提高。蘇南地區網架如圖3所示［ 6，7 ］。

圖3　蘇南地區電網示意圖

3.2錦蘇直流閉鎖后潮流分布

3.2.1區外來電變化情況

以錦蘇直流歷史雙極閉鎖事故為背景，故障時刻發生在21：58，故障前錦蘇直流雙極功率4900 MW，從安徽方向受電451 MW，從上海方向受電1216 MW，外送浙江525 MW［ 3 ］。故障失去瞬間錦蘇區外來電變化情況如圖（4—6）所示。

圖4　上海聯絡線功率變化曲線

錦蘇直流雙極閉鎖后，各省按照事故預案進行功率分攤，有圖可見，上海省際聯絡線功率事故后1 min增加了1121 MW，浙江省際聯絡線功率事故后1 min增加了601 MW，安徽省際聯絡線功率事故后1 min增加了1050 MW。全部區外來電相比故障前增加了2772 MW。

圖5　浙江聯絡線功率變化曲線

圖6　安徽聯絡線功率變化曲線

事故后約5 min區外來電開始進一步增大，此時上海際聯絡線功率事故后5 min增加了965 MW，浙江際聯絡線功率事故后5 min增加了558 MW，上海安徽聯絡線功率事故后5 min增加了952 MW。全部區外來電相比故障前增加了2475 MW。

事故后1 h，旋轉備用基本已經被調出，區外來電有所降低，此時上海省際聯絡線功率事故后增加了1565 MW，浙江省際聯絡線功率事故后增加了 517 MW，安徽省際聯絡線功率事故后增加了68 MW。全部區外來電相比故障前增加了2150 MW。

因此，整個雙極閉鎖過程中，區外來電對于本省用電支撐都發揮了巨大的作用［ 10 ］。

3.2.2關鍵500 kV線路變化情況

過江斷面主要功率變化情況如圖7所示。

圖7　過江斷面功率變化曲線

雙極閉鎖后過江東通道（泰興—斗山雙線）功率受影響較大，功率增加了815.8 MW。過江斷面北電南送潮流增加了927 MW，主要是江北電廠開機導致。江蘇本地剩余1201 MW缺額主要由江南的機組承擔。

蘇南地區主要線路功率變化情況如圖8所示。蘇南地區受進主要通過3個通道，西電東送通道石牌—常熟、梅里—木瀆和東通道省際聯絡線石牌—黃渡，雙極閉鎖后西電東送通道石牌—常熟增加了928 MW（主要是江北電廠支撐），梅里—木瀆增加了1923 MW（主要是安徽省際聯絡線受進），蘇南東通道黃渡—石牌增加了1370 MW（主要是上海省際聯絡線受進）。蘇南地區總受進增加了4221 MW，基本平衡了錦蘇直流損失的區外來電。

圖8　蘇南地區主要線路功率變化曲線

3.2.3蘇州站送出線路功率變化情況

蘇州站送出線路蘇州—吳江、蘇州—車坊、蘇州—木瀆線路有功和無功變化情況如圖9所示。

圖9　蘇州送出線路有功功率變化曲線

可見，由于閉鎖后錦蘇直流功率失去，蘇州站送出線路蘇州—吳江、蘇州—車坊、蘇州—木瀆線路有功分別在故障后減小了1338 MW，1247 MW，2303 MW。蘇州送出線路無功功率變化情況如圖10所示。

圖10　蘇州送出線路無功功率變化曲線

可見，由于閉鎖后交流濾波器未切除導致，蘇州站送出線路蘇州—吳江、蘇州—車坊、蘇州—木瀆線路無功分別在故障后增加了457 MW，277 MW，486 MW。

3.3調度負荷變化情況

蘇州、無錫、常州和鎮江地區調度負荷在錦蘇雙極閉鎖前后2 h內變化情況如圖11所示。

圖11　蘇錫常鎮地區負荷變化曲線

蘇州、無錫、常州和鎮江地區負荷在錦蘇雙極閉鎖后1 h后基本穩定，相比事故前，負荷正常減小了1348 MW。全省調度負荷在1 min后下降了597 MW，5 min后下降了 403 MW，1 h后基本穩定，下降了 2440 MW。

3.4機組出力變化情況

錦蘇直流閉鎖后，通過一次調頻和自動發電控制（AGC）等措施全省旋轉備用響應功率缺額，同時蘇南主要電廠出力迅速增加，保障全省電力需求。蘇州地區電廠在事故前后2 h出力情況如圖12所示。

錦蘇直流閉鎖后，通過一次調頻蘇州地區機組功率均有提升，1 min后比故障前增加了330 MW，接著AGC動作機組開始爬坡調出旋轉備用，5 min內蘇州地區機組總出力增加了520 MW。事故后1 h蘇州地區機組出力基本穩定，相比事故前，蘇州地區機組出力增加了1003 MW。

圖12　蘇州地區電廠有功出力變化曲線

錫常鎮地區電廠在事故前后2 h出力情況如圖13所示。

圖13　錫常鎮地區電廠有功出力變化曲線

錦蘇直流閉鎖后，通過一次調頻錫常鎮地區機組功率均有提升，1 min后比故障前增加了240 MW，接著AGC動作機組開始爬坡調出旋轉備用，5 min內錫常鎮地區機組總出力增加了410 MW。事故后1 h錫常鎮地區機組出力基本穩定，相比事故前，錫常鎮地區機組出力增加了643 MW。

全省發電機組能夠迅速響應，一次調頻和AGC及時作用，全省調度發電在1 min后增加了1504 MW，5 min后達到了全省調度發電最大值，比故障前增加了2109 MW，一次調頻動作和AGC作用旋轉備用被調出對保障大規模區外來電失去后省內電力需求起到了重要作用。隨著負荷同時降低以及頻率的恢復，全省電廠出力1h后基本穩定，增加了438 MW。

4　結束語

綜上所述，錦蘇直流雙極閉鎖后損失4900 MW后，1 min左右省際聯絡線上區外來電增加了 2772 MW，全省統調機組通過一次調頻出力增加了1504 MW；1 min后AGC啟動開始調出全省的旋轉備用，5 min左右達到了全省通調機組出力達到最大值，全省統調機組通過一次調頻和 AGC出力增加了 2109 MW，此外由于頻率負荷特性導致負荷也降低了403 MW；雙極閉鎖后1 h后頻率基本恢復正常，省際聯絡線上區外來電增加了2150 MW，全省統調機組基本恢復到故障前水平。可見，依靠本省機組一次調頻和AGC可以短時支撐大規模區外來電損失的電量，但是考慮若此時相鄰省份機組備用不足或者難以及時響應，勢必影響本省的安全用電。因此，建議加強相鄰省市電網備用共享和事故支援機制，使省內外電源互為備用以提高全網的旋轉備用水平；加快建立省內和省外電源的調節義務分攤機制，調動省內、省外電源參與電網調節的主動性、積極性，保障江蘇電網安全、優質、經濟運行。

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衛鵬（1988），男，陜西寶雞人，工程師，從事電力系統運行仿真分析和穩定研究工作；

劉建坤（1980），男，山東濰坊人，高級工程師，從事電力系統運行分析和規劃研究工作；

周前（1978），男，江蘇無錫人，高級工程師，從事電力系統運行分析和規劃研究工作；

胡昊明（1987），男，江蘇南京人，工程師，從事電力系統分析和穩定控制研究工作；

朱鑫要（1987），男，河南鄭州人，工程師，從事電力系統穩定分析與控制工作。

Study on Grid Response Mechanism to Large-scale Outer Power Loss

WEI Peng， LIU Jiankun， ZHOU Qian， HU Haoming， ZHU Xingyao
（Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute， Nanjing 211103， China）

Abstract：With the development of Jiangsu UHV power grid， reliable outer power is important for regional power supply. Supports from provincial power grids are needed at the receiving end of UHVDC which brings large amount power into the grids. The loss of power caused by bipolar blocking needs to be allocated and the power flow among the power grid has to be redistributed. Tanking a historical UHVDC blocking event in Jiangsu power grid as an example， responding characteristic of local power sources and supporting characteristic of outer power sources are analyzed for the case of outside power loss. The research provides some references to the power flow control for outside power loss.

Key words：outer power； UHVDC； bipolar blocking； electricity and power balance； power sources

中圖分類號：TM732

文獻標志碼：A

文章編號：1009-0665（2016）03-0013-04

作者簡介：

收稿日期：2016-03-02；修回日期：2016-03-31