基于大規模新能源接入背景下電網聯絡線的控制策略

易源士創信息科技（南京）有限公司 許泰峰 國網浙江省電力有限公司信息通信分公司 張燁華

新能源并入電網系統中面臨很大挑戰。電網建設初期是孤立電網，內有變電設備等，隨著電網的發展，通過聯絡線連接成為更大的電網。電力系統控制區是聯絡線與外部相連電力系統邊界，能源互聯網成為時代的主題，電網互聯可以提高電網供電可靠性，提高資源有效利用率。當前我國電網互聯格局實現六個同步電網。區域間聯網有助于網際能源互補，區域聯絡線控制目標是保證傳輸潮流不超過安全范圍。

1 華北電網聯絡控制策略發展及運行面臨問題

2011年前華北電網由河北南網、蒙西電網等組成。運行中以京津唐電網為核心進行聯絡線交換，采用定頻率控制策略，河北南網、蒙西電網采用FTC。控制策略具有實現簡單等優勢，但發生事故后各省網機組出現多次重復調整。2011年東北、華北電網實現交流聯網，華北電網采用新的聯絡線控制策略。山西、河北南網采用聯絡線功率控制策略，新控制策略具有顯著優點，河北南網某控制區發生功率缺額不會影響其他區域控制偏差。

隨著華北電網的發展，2005年山東電網并入華北電網，由于晉魯蒙等省網控制偏差需京津唐機組調整，導致無法達到理想控制效果。2008年1000kV 長治-南陽特高壓交流示范工程計劃投產，功率波動引起兩端1000kV 變電站大幅波動，華北電網迫切需要新聯絡線控制策略。華北電網AGC控制策略成立京津唐控制區，京津唐機組負責調整控制區功率平衡。針對特高壓聯絡線功率偏差建立防線，統一控制區方式滿足各省網控制區ACE 控制要求。使控制區內機組減小特高壓聯絡線偏差[1]。特高壓聯絡線功率偏差超過定值通過AGC調整；控制區滿足判據機組AGC掛起。新控制策略減輕京津唐機組調整壓力，滿足特高壓聯絡線控制嚴格要求。

華北交流主網形成1000kV 交流兩橫一縱格局，華北電網區外聯絡為一交五直格局，通過高嶺站背靠背直流與東北電網聯絡，通過特高壓雁淮直流與華東電網聯絡。配套電廠為京津唐電網直調機組，京津唐電網轉變為受端與潮流轉供電網，電網運行壓力增大。河北南網與山東電網存在強聯系，北電南送通道穿越潮流較重。河北南網迎峰度夏期間空調負荷增長迅速。

山西電網為華北西部電源基地，發生嚴重直流故障，與華北主網相聯9回500kV 外送線路面臨嚴峻運行風險[2]。山東電網由4回線路增加為8回，受電能力增長不足彌補負荷增長。銀東及昭沂直流落點密集，引起華北-華中特高壓聯絡線解列。華北主網出現大功率缺額，可能擴大事故范圍。華北電網3.5億千瓦總裝機容量中火電機組占70%，靈活調節電源不足7%。隨著新能源快速發展，裝機容量與華北最大負荷比值達32%。度冬供熱期與富風期重疊，增大華北電網安全運行壓力。如何保證電網安全運行，保障新能源電力足額消納成為電網運行重大問題。

隨著華北特高壓電網的發展，為電網調度運行帶來很多新問題。電網潮流分布不均，部分通道潮流重載問題嚴重，線路近區機組開機是營銷電網超越潮流關鍵因素，可以緩解重要通道潮流重載情況[3]。華北電網具有大受端特征，由于直流功率直接納入省網電力平衡，采用TBC 控制模式無法幫助電網頻率快速恢復。內蒙外送斷面長期極限運行，直流故障導致擴大事故范圍。部分省網存在較大電力缺口，難以通過日內修改聯絡計劃法支援電力缺口省網。由于固有電源結構制約，光伏裝機快速增長，部分省網調峰困難期轉移至中午平峰。

2 互聯電網聯絡功率控制策略

新能源大規模投入運營后對電網調峰調頻等產生影響，導致系統頻率與聯絡線調控難度增大，系統調峰難度加大[4]。不同類型新能源功率波動具有顯著性差異特點，風電具備反調峰特征，電網等效峰谷持續加劇，全網調峰區間增大。光伏具有正調峰特點，傳統能源要求開展深度調整，導致全網調節儲備用受到干擾。風力發電顯著特征是能量大，時空分布不穩定。風力發電廠出力快速出現明顯功率波動，導致聯絡線功率出現偏差。光伏短時功率變化導致電網有功不平衡量調整需求擴大，開展電網頻率調控難度加大。

互聯網控制模式分為區域直接調用、分散調用等，大致包括集中式與分散式。集中式對全網有功備用容量需求由調度中心計算處理，將備用容量下發至發電機組，全網選用FFC 控制策略，直接下達命令控制機組有功出力[5]。分層式運行中全網應用FFC 控制策略，依據可控資源特性對區域所出力調節量計算出力，由子區域調度中心對機組實現控制，利用等值機實現對自動發電機組調取應用。通過子區域選取控制方式獲得有功功率控制資源，采取自動發電備用容量調配，子區域可選用FTC控制形式。

功率調整時交流電網自動發電控制要求處理直流線路功率，受端電網進行直流功率調整變化量分攤形式如圖1，△PDC為直流功率變化量，△Pd為機組出力調整需求量；△PG為機組出力偏差。對直流功率變化量求出功率調節需求量，利用不同機組增減出力協助消除直流波動。電力系統中頻率控制有一二次調節，一次調解通過對頻率改變感知調控；二次調節對發電機組功率基準數值調控。頻率一次調控應用系統具備負荷頻率特性，系統頻率改變發電機轉速改變。轉速超過發電機組要求不靈敏區域，促使原有動機閥門移動。

圖1 直流功率變化分攤方式

3 各大區域電網頻率控制模式

電網自動控制功能規范提出頻率控制要求，應具有ACE 濾波功率。AGC 控制合格率，A 標準A1不小于90%。支持建立多控制區域模型，不同子控制區可有不同控制目標，區域內機組可切換不同控制目標。采取功率波動標準，規定值根據電網容量確定。承擔責任大小與雙方ACE×△P 值成正比。

華中電網2005年開始CPS 標準試運行，贛川湘豫等省依靠AGC 進行聯絡線，華中網調采取水電廠聯絡線功率AGC 控制模式，華中電網內各省采取TBC 模式。華中電網跨省聯絡線考核采取改進CPS 標準，CPS1＞100%，L15為省網的CPS2考核帶寬。L15=1.62ε √(-10B)(10Bnet)，CPS1=（2-CF）×100%。△f 為頻率控制偏差。2001年華東電網推行控制性能標準考核指標，隨著電力供需矛盾趨緩，客觀評價控制區運行備用預留恢復情況。2009年后華東電網實施動態ACE 考核標準。考慮控制區聯絡線功率控制責任轉移，動態ACE 優化備用共享。

華北電網由京津唐電網等組成，2004年與華中電網互聯，由于華北調兼任京津唐中調，華北電網其他省負責本省網聯絡線調整。子區域分散獲取資源模式，各省調采用FTC 控制，根據西北電網特點，直調風水電控制區由青海與甘肅省網調直調風電組成，應對突發事故綜合應用計劃為目標。風水控制區按FFC 方式控制系統頻率。

4 特高壓直流混聯電網聯絡線控制

新能源接入下直流混聯電網聯絡線控制應針對現有問題提出新的思路。華北電網實施動態ACE，可以在電網出現大功率區內功率富余時，使各省網承擔華北電網頻率恢復責任，華北電網短期功率變化量達到定值時，自動化程序分攤功率變化量，實現調集各省備用支援華北電網快速恢復頻率。使用軟件計算電網運行穩定限額，發現發電機組AGC 閉環控制。通道穩定限額由系統考慮極端情況得出，結合通道負載情況，自動控制發電機功率升降，可實現重要斷面自動控制，實現調度精細化管理。

互聯電網中某電網出現電力不足，其他區域提供備用支援。隨著華北交流特高壓兩橫一縱投產，網架結構呈現強聯系。存在電力缺口時合并京津冀魯控制區方法包括成立京津冀魯控制區，ACE 按河北電網控制區頻率偏差系數B 重新分配調整，取消京津唐電網、山東電網控制區，以京津冀魯為控制區計算ACE，維持控制區電力平衡。保證京津冀魯控制區備用容量由網調調度，京津唐機組平衡功率缺額導致頻繁調整等問題。ACE 由京津唐、山東電網組調整，可以緩解京津唐、山東電網電力平衡緊張問題，但導致功率缺額電網保留備用容量，仍存在優化調整空間。

5 結語

近年來我國社會經濟取得巨大發展，為確保社會經濟能源需求穩定供應，各種新能源大規模接入電網中。隨著國內調度自動化水平提高，全網集中控制可實現大范圍內AGC 資源優化配置，目前技術管理存在一定困難，按調頻任務劃分為長短周期建立控制評價方法是研究熱點方。