浙江多饋入交直流混聯電網電壓穩定性分析

鄧 暉，黃弘揚，樓伯良，華 文，趙一琰

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

輸配電技術

浙江多饋入交直流混聯電網電壓穩定性分析

鄧 暉，黃弘揚，樓伯良，華 文，趙一琰

（國網浙江省電力公司電力科學研究院，杭州 310014）

特高壓靈紹直流投運后，浙江電網運行特性發生重要轉變，省內主要受電斷面由錢塘江斷面轉變為寧紹臺溫“十線斷面”，系統電壓穩定存在薄弱環節。基于上述原因，首先分析了2016年靈紹直流饋入后，浙江交直流混聯電網主要運行特征，并開展靜態電壓穩定裕度和暫態電壓穩定特性分析，得出關系到浙江電網電壓穩定的薄弱環節和關鍵機組。相關研究成果為浙江交直流混聯電網的優化運行和調度提供了參考。

浙江電網；交直流混聯電網；電壓穩定；薄弱環節；關鍵機組

0 引言

2016年6月，靈州—紹興±800 kV特高壓直流工程投入運行，浙江電網正式形成兩回直流饋入受電格局，區外特高壓直流靈紹、賓金總容量達到15 000 MW。隨著直流饋入功率的提升，受端電網電力供應緊張的問題得到解決。但是，隨著受電水平的進一步提高，電網無功儲備減少、電壓調節特性減弱[1-3]，在新時期新形勢下，將給浙江電網的安全穩定運行帶來新的挑戰[4-5]。

電力系統電壓穩定問題長期以來一直是電力工作者和學者關心的熱點問題，也是國內外多起大停電事故的重要原因[6]。多直流饋入下，受端電網“強直弱交”特性進一步顯現，“大受電、小開機”運行方式問題突出，電網的運行特性發生重要變化，威脅系統電壓安全穩定[7-8]。區外來電置換了大量本地機組，導致靜態電壓穩定裕度下降，故障下暫態電壓恢復能力減弱，極端嚴重方式下存在電壓崩潰的風險[9-10]。

基于上述原因，首先分析靈紹直流接入后浙江交直流混聯電網的運行特性，然后開展靜態電壓及暫態電壓穩定性分析，并在此基礎上總結得到浙江電網電壓穩定薄弱斷面及關鍵機組。

1 靈紹直流接入后浙江電網運行特性

靈紹直流投運前，錢塘江“過江斷面”為浙江南部電網重要受電通道之一，由1 000 kV安吉—蘭江雙線、500 kV紹興—涌潮雙線、500 kV蘭江—昇光雙線共計6回線路構成。“過江斷面”是浙江南北電網間主要電力交換通道，也是淮滬特高壓交流受入電力疏散通道，高峰時期由北至南潮流較大[11]。

靈紹直流饋入浙江中南部地區并大功率送電后，浙江電網潮流特性發生重要轉變，錢塘江“過江斷面”潮流壓力得到有效緩解，浙江南部重要受電通道由“過江斷面”轉變為“寧紹臺溫受電斷面”，由500 kV紹興—舜江雙線、500 kV紹興—蘭亭雙線、500 kV蘭江—鳳儀雙線、500 kV金華—永康雙線、500 kV蓮都—甌海雙線共計10回線路共同構成（以下10線的500 kV均略去），即所謂“十線斷面”，受電特征如圖1所示。

圖1 浙江交直流混聯電網受電特征

由圖1可知，“十線斷面”中， 北通道紹興—舜江雙線、紹興—蘭亭雙線作為靈紹直流一級送出斷面，同時也承擔了北部淮滬特高壓交流受電向中部和東南部轉供的穿越功率；中通道蘭江—鳳儀雙線是交流特高壓蘭江站下送功率重要走廊；南通道金華—永康雙線、蓮都—甌海雙線作為浙西南地區與寧紹臺溫地區的電力交換通道，是賓金直流和浙福特高壓交流來電的主要疏散通道。總體而言，浙江特高壓混聯電網受電特征顯著、運行特性復雜，整體受電能力主要受制于寧紹臺溫“十線斷面”。

2 浙江電網電壓穩定性分析

2.1 計算方式及邊界條件

靜態電壓穩定和暫態電壓穩定均與電網負荷水平密切相關：當全網負荷水平較大時，關鍵斷面潮流較重，此時進一步增加電網受電水平，將快速逼近靜態穩定限額；此外，當發生交流線路故障時，母線電壓恢復速率也較為緩慢。基于上述原因，采用華東電網2017年度運行方式計算中的夏季高峰數據，校核負荷嚴重情況下的電壓穩定情況。

靜態電壓穩定性計算方法：采用PSSE軟件，在夏季高峰方式下增加浙江電網負荷水平，并通過發電機出力進行平衡，逐步逼近浙江省內關鍵斷面的穩定極限，靜態電壓穩定裕度Kpa計算公式為：

式中：P0為基礎方式下電網負荷水平；Pj為靜態穩定達到極限時電網負荷水平。

暫態電壓穩定性計算方法：采用BPA軟件，進行三相永久性短路故障N-2仿真，保護動作時序按故障近端4.5周波切除，遠端5周波。華東電網饋入直流均采用計及動態特性的詳細模型（DA模型），整流側定功率控制，逆變側定電壓控制。發電機采用六繞組模型，負荷采用馬達模型。在上述條件下觀測故障后受擾最嚴重的母線電壓的恢復情況。

2.2 靜態電壓穩定性計算

經計算，得出2017年夏季高峰方式下靜態電壓穩定裕度及電壓穩定最弱母線如表1所示。故障包含2種方式：直流雙極閉鎖和交流電網N-2，其中交流電網N-2故障取靜態穩定裕度最低的5個故障。

表1 2017年夏季高峰方式下靜態電壓穩定計算結果

根據表1計算結果可知，當前浙江電網靜態電壓穩定裕度在正常方式下高于10%，在故障方式下仍高于5%，滿足《電力系統安全穩定導則》[12]相關要求。但是在關鍵斷面故障下，靜態穩定裕度下降嚴重，存在相對薄弱環節。

2.3 暫態電壓穩定性計算

對全網進行交流線路三相永久性短路故障N-2故障掃描，并根據故障后受擾最嚴重母線的暫態電壓低于0.8 p.u.超過1 s進行篩選，得到對浙江電網暫態電壓穩定性影響最嚴重的故障，如表2所示。

表2 2017年夏季高峰方式下暫態電壓穩定計算結果

其中最嚴重故障蓮都—甌海三相永久性短路故障N-2，溫州地區500 kV甌海站母線電壓時間響應曲線如圖2所示。

圖2 蓮都—甌海三相永久性短路故障N-2故障下甌海站母線電壓曲線

由上述計算結果可知，三相永久性短路故障N-2故障下浙江電網暫態電壓均能在10 s內恢復至0.8 p.u.，滿足《電力系統安全穩定計算基本規范》[13]相關要求。但是在局部地區關鍵斷面故障下，母線電壓恢復較慢。

2.4 薄弱環節及關鍵機組

根據浙江電網靜態及暫態電壓穩定計算結果，得到影響當前交直流混聯電網電壓穩定的主要薄弱環節和關鍵機組。在電網實際運行中，可通過調整開機方式、增開薄弱環節下關鍵機組的手段，來提高無功電壓支撐能力，預防嚴重故障下發生電壓失穩。

（1）蓮都—甌海及塘嶺—回浦受電斷面

由蓮都—甌海雙線及塘嶺—回浦雙線所供的臺溫地區，僅通過上述通道與主網相連，地區電網結構如圖3所示。

圖3 臺溫地區電網對外聯絡結構

在日常運行中，當負荷水平較大時，臺溫地區運行電壓整體偏低。若其中一個對外聯絡通道開斷，將對該地區的電壓穩定性造成較大沖擊。特別是高峰時段，蓮都—甌海雙線潮流較重，故障后大量潮流被迫轉移至另一聯絡通道塘嶺—回浦雙線，電壓穩定性影響更大。根據前文計算結果可知，該聯絡斷面同時作為靜態電壓和暫態電壓薄弱環節。此時，區內蒼南、樂清、玉環等發電廠機組將成為地區電壓穩定的重要支撐。

（2）靈紹直流

當靈紹直流雙極閉鎖后，浙江電網潮流發生大范圍轉移，為支援靈紹直流南送電力缺額，過江通道潮流重載，尤其是喬司—涌潮雙線，且靈紹直流近區缺乏500 kV大型電源支撐，靜態電壓穩定裕度嚴重下降。此時，支撐電壓穩定的關鍵機組為近區江東、曹娥江、唐紹、蕭山等220 kV燃機。

（3）紹興—舜江及紹興—蘭亭送出斷面

由前文分析可知，靈紹直流電力主要通過紹興—舜江雙線、紹興—蘭亭雙線由寧紹地區消納。當靈紹直流大功率送電時，紹興—舜江雙線和紹興—蘭亭雙線潮流均重載，若發生其中任一通道開斷時，潮流將轉移至另一通道，進一步加重雙線負擔。在此情況下，將嚴重削弱該送出斷面的靜態電壓穩定裕度。此時，支撐電壓穩定的關鍵機組為北侖、鎮海等發電廠。

（4）金華—永康送出斷面

由前文分析可知，金華—永康雙線同時作為賓金直流、福建來電的重要送出通道，汛期賓金直流滿送時潮流重載。若此時發生金華—永康雙線開斷，潮流將轉移至蘭江—鳳儀雙線和蓮都—甌海雙線，將對原潮流疏散區域永康、丹溪地區的電壓穩定性造成重要影響。此時，支撐電壓穩定的關鍵機組為勝龍、桐柏、仙居等發電廠。

3 結論

通過分析靈紹直流投運后浙江交直流混聯電網運行特性，并依此開展靜態及暫態電壓穩定性分析，得到結論如下：

（1）隨著靈紹直流正式投運，浙江南部電網主要受電斷面由原錢塘江過江斷面轉變為寧紹臺溫“十線斷面”，高峰方式下斷面潮流較重，是決定浙江電網受電水平的主要瓶頸。

（2）根據高峰方式下浙江電網電壓穩定計算結果：靜態穩定裕度正常方式大于10%，故障方式大于5%；三相永久性短路故障N-2故障后暫態電壓能夠在10 s內恢復至0.8 p.u.以上，均滿足相關標準要求。

（3）根據浙江電網網架結構及電壓穩定計算結果，總結得到浙江電網電壓穩定薄弱環節主要為：蓮都—甌海及塘嶺—回浦受電斷面、靈紹直流、紹興—舜江及紹興—蘭亭送出斷面、金華—永康送出斷面。需針對上述薄弱環節調整開機方式，進一步提高故障后浙江電網電壓穩定水平。

上述研究成果可用于指導運行方式安排，提高事故后電壓穩定水平。

[1]齊旭，曾德文，史大軍，等．特高壓直流輸電對系統安全穩定影響研究[J]．電網技術，2006，30（2）∶1-6．

[2]邵瑤，湯涌．多饋入交直流混合電力系統研究的綜述[J]．電網技術，2009，33（17）∶24-30．

[3]齊以濤，彭慧敏，楊瑩．三華電網特高壓交直流輸電系統交互影響及控制策略[J]．中國電力，2014，47（7）∶51-56．

[4]凌衛家，孫維真，葉琳，等．浙江交直流混聯電網特性分析及運行控制[J]．浙江電力，2016，35（9）∶8-14．

[5]馮剛，劉明康，王棟．交直流混聯電網與風電場適應性穩態分析研究[J]．浙江電力，2016，35（6）∶16-19．

[6]倫濤，韓鵬飛，賀靜波，等．近年來國外大停電事故概述及分析[J].中國能源，2012，34（2）∶41-43．

[7]毛雪雁，孫黎瀅，徐政，等．浙江特高壓交直流混合電網系統穩定性研究[J].浙江電力，2010，29（6）∶1-4．

[8]李明節．大規模特高壓交直流混聯電網特性分析與運行控制[J]．電網技術，2016，40（4）∶985-991．

[9]凌衛家，孫維真，葉琳，等．浙江交直流混聯受端電網靜態穩定分析[J].電力系統保護與控制，2016，44（15）∶164 -170．

[10]侯建蘭，劉育權，謝小榮，等．一種量化評估暫態電壓穩定性的指標與方法[J]．電力自動化設備，2015，35（10）∶151-156．

[11]高強，張小聰，施正釵，等．±800 kV賓金直流雙極閉鎖故障對浙江電網的影響[J]．電網與清潔能源，2014，30（11）∶47-51．

[12]DL/T 1234-2013電力系統安全穩定計算基本規范[S]．北京：中國電力出版社，2013．

[13]DL 755-2001電力系統安全穩定導則[S]．北京：中國電力出版社，2001．

（本文編輯：趙曉明）

Voltage Stability Analysis of Multi-infeed AC/DC Hybrid Power System in Zhejiang Province

DENG Hui，HUANG Hongyang，LOU Boliang，HUA Wen，ZHAO Yiyan
（State Grid Zhejiang Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

∶With the operation of Lingzhou-Shaoxing UHVDC，operating characteristic of Zhejiang power grid alters significantly.The major power-receiving section in Zhejiang changes from Qiantang River section to"tenline section"of Ningbo，Shaoxing，Taizhou and Wenzhou，and there are weak points in voltage stability of power system.In view of the above reasons，operating characteristic of AC/DC hybrid power system in Zhejiang is analyzed with infeed of Lingzhou-Shaoxing DC transmission lines in 2016；besides，static voltage stability margin and transient voltage stability characteristic are analyzed to conclude weak points and critical generators concerning voltage stability of Zhejiang power grid.The research findings provide reference to optimal operation and dispatching of AC/DC hybrid power system in Zhejiang.

∶Zhejiang power grid；AC/DC hybrid power system；voltage stability；weak point；criticalgenerators

.201704001

1007-1881（2017）04-0001-04

TM744+.4

A

2017-02-06

鄧 暉（1986），男，工程師，從事電力系統分析與控制方面研究工作。