電網頻率控制技術的綜合應用測試

鄭寶明

（國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引 言

目前，應對直流閉鎖問題，送端電網主要采取緊急切除配套電源的方法，其影響范圍較小，而受端電網則主要采取緊急切除負荷的方法[1]。受相關規定制約，電網運行管理部門需要在確保電網安全的前提下盡量保證負荷供電。但隨著直流輸送容量的不斷提升，故障后擾動沖擊不斷加大，切負荷策略制定愈發困難[2]。因此，為避免單回特高壓直流大功率雙極失去時觸發系統低周減載動作，可以通過建設頻率緊急協調控制系統，實現電網頻率穩定控制水平的整體提升[3]。基于此，本文對電網頻率的綜合控制措施進行了相關的建模驗證測試。

1 電網頻率控制措施概述

在交直流系統受到大干擾的情況下，利用直流系統的短時過載能力快速調制直流系統注入到交流系統的功率，即為負荷中心提供額外的注入功率，以緩解受端系統內的功率缺額，提升系統頻率穩定性[4]。與傳統的電力系統緊急控制措施相比，利用直流輸電系統對交流系統進行緊急功率支援具有快速可靠、調節容量大以及對系統造成的經濟損失小等優點，因此利用直流輸電系統對交流系統進行穩定控制是一種經濟可行的手段。

抽水蓄能電站具有快速靈活的特點，隨著特高壓輸電技術的發展和應用，其在電力系統中的作用和功能將得到進一步發揮。針對直流閉鎖故障導致的大規模功率缺額情況，為有效防止受端電網頻率的大幅度下降，將抽蓄切泵納入系統頻率緊急控制可調度優化系統中，從而大幅降低系統運行成本。此外，由于精準負荷控制的控制容量大，易觸發國務院599號令所規定的電力事故等級，造成嚴重的社會影響。以華東電網為例，雖然有布置第二道防線的聯切負荷措施，但實際投入運行的不多。

2 電網頻率控制措施建模分析

為了解決特高壓直流故障引發的電網頻率不穩定問題，構建由多直流協調控制系統、抽蓄切泵控制系統以及精準負荷控制系統3大部分組成的頻率緊急協調控制系統。其中控制代價最高的是精準切負荷措施，而抽蓄切泵本身的代價很低，但是安排運行方式時需要提前確保一定的抽蓄容量。下面以錦蘇直流雙極閉鎖和林楓直流雙極閉鎖為例，分別研究3種控制措施的靈敏度[5-10]。

2.1 相同操作量對比恢復頻率/最低頻率

考慮錦蘇直流雙極閉鎖故障，賓金直流功率快速提升200 ms動作，安控切抽蓄300 ms動作，安控集中式切負荷1 s動作，操作量均為800 MW。相同操作量下，安控切抽蓄和安控集中式切負荷的作用效果基本相同，直流功率緊急提升對頻率恢復的作用效果相對較好，仿真測試結果如圖1所示。

圖1 錦蘇直流雙極閉鎖系統頻率曲線

考慮林楓直流雙極閉鎖故障，賓金直流功率快速提升200 ms動作，安控切抽蓄300 ms動作，安控集中式切負荷1 s動作，操作量都為800 MW。相同操作量下安控切抽蓄和安控集中式切負荷的作用效果基本相同，直流功率緊急提升對頻率恢復的作用效果相對較好，仿真測試結果如圖2所示。

圖2 林楓直流雙極閉鎖系統頻率曲線

由此可得，相同動作量不同措施下系統的恢復頻率情況如表1所示。

表1 相同動作量不同措施下系統的恢復頻率

2.2 相同最低頻率所需操作量關系

錦蘇直流雙極閉鎖故障，保證系統恢復頻率49.13 Hz，直流功率快速提升800 MW，安控切抽蓄920 MW，安控集中式切負荷切除量920 MW，仿真測試結果如圖3所示。

圖3 錦蘇直流雙極閉鎖系統頻率曲線

林楓雙回直流閉鎖故障，保證系統恢復頻率49.85 HZ，直流功率快速提升800 MW，安控切抽蓄920 MW，安控集中式切負荷切除量920 MW，仿真測試結果如圖4所示。

圖4 林楓直流雙極閉鎖系統頻率曲線

由此可得，相同最低頻率不同措施下動作量的對應關系如表2所示。

表2 相同最低頻率不同措施下動作量的對應關系

為在不同措施動作后得到相同的最低頻率，直流功率快速提升、安控切抽蓄以及安控集中式切負荷的動作量比例應為1:1.15:1.15。

2.3 考慮投入濾波器時直流功率快速提升與安控切抽蓄的效果對比

直流閉鎖故障其余直流功率提升后換流母線電壓略有降低，仿真測試結果如圖5所示。考慮華東電網負荷模型為60%恒阻抗+40%恒功率，負荷的電壓特性可能會造成相同動作時序和相同操作量時直流功率快速提升的效果更好。

圖5 控制措施后換流站母線電壓曲線

考慮錦蘇直流閉鎖故障，賓金和復奉直流可提升1 440 MW，直流功率快速提升后投入濾波器，對比投入濾波器后直流功率快速提升與安控切抽蓄對于系統頻率恢復的作用效果，如表3所示。對于直流閉鎖故障后系統頻率恢復而言，直流功率快速提升并投入濾波器的作用效果與安控切抽蓄作用效果基本相同。

表3 直流功率提升后投入濾波器的作用效果

此時，為在不同措施動作后得到相同的最低頻率，直流功率快速提升、安控切抽蓄以及安控集中式切負荷的動作量比例應為1:1:1。

3 結 論

直流功率緊急控制、抽蓄切泵以及精準切負荷對系統頻率的控制效果基本一致。考慮到特高壓直流閉鎖故障的控制代價，在受端電網大功率缺額的情況下為保證系統的頻率安全穩定，可以首先提升直流功率，其次切除抽蓄機組，最后實施精準切負荷的綜合控制技術。