渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响.pdf

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渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响1 渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响2 渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响3 渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响4 渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响5 渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响6
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第44卷第19期2016年10月1日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControl、,01.44NO.190ct.1.2016D0I:l0.7667/PSPC160620渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响潘晓杰,张顺,文汀,奚江惠,党杰,唐卫华。(1.国家电网公司华中分部,湖北武汉430077;2.强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学)湖北武汉430074;3。中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司,湖南长沙410007)摘要:针对规划的渝鄂异交流同步互联通道改造为背靠背柔性直流异步联通道后埘华q1电网的运行特性的影响进行计算分析。比较了异步联网前后三峡近区短路电流变化情况,分析了四川I电网内部发生人扰动后对华巾电网安全稳定性的影响,以及华中系统小干扰稳定特性的变化情况。计算结果表明,渝鄂背靠背投运后,三峡近区短路电流减小,华中电网振荡模式有所变化,三峡近区的暂稳特性严重恶化,同时龙泉、恩施电存在孤网运行的风险。针对上述问题提出新建龙斗四回、宜渔双回、恩渔四回的网架补强方案,验证了该方案的有效性。研究结果对华中电网规划、运行及国内同类直流工程设计都具有一定参考价值。关键词:异步互联;背靠背柔性直流;华中电网;短路电流;小干扰稳定Operationcharacteristicanalysis0fCentralChinaPowerGridinunsynchronizedinterconnectionofChongqingandHubeiPowerGridPANXiaojie,ZHANGShun,WENTing,XIJianghui,DANGJie,TANGWeihua(1.CentralChinaBranchofStateGridCorporationofChina,Wuhan430077,China;2.StateKeyLaboratoryofAdvancedElectromagneticEngineeringandTechnology(HuazhongUniversityofScienceandTechnology),Wuhan430074,China;3.ChinaEnergyEngineeringGroupHunanElectricPowerDesignInstituteCorporationLtd.,Changsha410007,China)Abstract:ThesynchronousinterconnectionbetweenChongqingandHubeipowergridinChinaisplannedtobe—unsynchronizedbybacktobackVSCHVDC.TheoperationcharacteristicofcentralChinapowergridshouldberealized—withsuchunsynchronization.ShortcircuitcomputationandsmallsignalanalysiswithCentralChinaPowerGridaswellassimulationoflargedisturbancewithinSichuanpowergridareundertakentofindthedifferencebeforeandafterunsynchronizedinterconnectionisdone.Resultsshowthatwiththeunsynchronizedinterconnectionshortcircuitcurrentdecreasedinadjacentthreegorgeareaandlow ̄equencyoscillationmodeshavesmallvariationwhiletransientstabilitysuffersseriousdeterioration.OntheotherhandunexpectedislandingmighthappennearlongquansubstationorEnshipowergrid.ItisproposedtoaddonemorelinetotheexistingLongdoulines,YiyulineandEnyulineswhichareproofedtobeeffectiveagainstsuchstabilitydeteriorationandriskofislanding.ThisstudycouldbereferredtotheCentralChinaPowerGridplanning,powergridoperationandothersimilarHVDCtransmissionprojects.—Keywords:unsynchronousinterconnection;back-to-backHVDC;CentralChinaPowerGrid;shortcircuitcurrent;smalldisturbancestabilityO引言四川水电云集,距华中主网电气距离远,川渝电网与华中主网同步联网时,形成规模庞大的交流同步电网,发生在四川电网内部的大扰动,不仅会对华中电网的稳定性产生冲击,而且将通过区域联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击,严重时甚至可能导致联络线功率振荡解列。为解决川渝电网内部扰动对华中主网冲击,节约输电通道资源,提高输电技术水平,实现电网的可持续发展,国家电网公司规划建设渝鄂背靠背直流输电工程曲J。直流输电作为成熟、可靠的大容量、低损耗、远距离输电”技术,在我国跨省、区联网工程中发挥了重要作用17。渝鄂背靠背直流工程分为南北两个通道,南通道为思施直流,北通道为龙泉直流。渝鄂背靠背直流工程投产后,将使得川渝电网和华中主网异步联.158。电力系统保护与控制网,研究该工程对华中电网运行特性的影响,保证大容量、远距离、交直流并联华中电网的安全稳定运行具有重要现实意义。本文重点研究了渝鄂背靠背直流输电工程投产对华中电网运行特性的影响,比较了背靠背直流工程投产前后小干扰稳定特性,三峡近区短路电流变化。考虑到渝鄂背靠背柔性直流规划输送功率为5000MW,届时三峡近区汇聚电力将大幅增加,本文重点分析了渝鄂背靠背投运初期三峡近区的适应性,并针对三峡近区汇聚电力增加所带来的问题提出了相应的建议和措施。研究结果对华中电网规划、运行及国内同类直流工程的设计都具有一定的参考价值。1华中电网结构现有川渝电网和华中主网通过张家坝.恩施2回500kV和九盘.龙泉2回500kV南北两个交流通道同步互联,异步联网的一种方案是将这南北两个交流通道改建为2回背靠背柔性直流互联通道。异步联网后华中及川渝电网省间断面网架示意图如图1所示。图1华中川渝异步互联电网省间断面网架示意图Fig.1SketchofCentralChinapowergrid除此之外,四川电网通过4回直流与西北电网、华东电网联网,分别为:德阳.宝鸡+500kV直流,向家坝.上海4-800kV直流,溪洛渡左.浙西+800kV直流,锦屏一苏南 ̄800kV直流;湖北电网通过5回直流与华东电网、南方电网联网,分别为:龙泉一政平4-500kV直流,团林一枫泾 ̄500kV直流,江陵一惠y-1'[+500kV直流,葛换南桥4-500kV直流。2安全稳定研究的条件及原则2.1发电机模型以2018年为水平年,主要采用Windows7平台下中国电力科学研究院开发的电力系统综合分析程序(powersystemanalysissoftwarepackage,PSASP)。华中电网100MW及以上机组采用变化的5阶模型,并考虑调速器作用,100MW以下机组采用恒定的2阶模型【加。2.2负荷模型稳定计算采用感应电动机和恒阻抗的综合负荷模型,比例见表1所示。表1感应电动机和恒阻抗负荷的比例Table1Proportionofinductionmotorandconstantimpedance负荷类型感应电动机恒阻抗2.3运行方式考虑2018年丰水期大方式和枯水期大方式。丰水期大方式下,背靠背直流输电功率为渝送鄂5000Mw,其中换流站龙泉、恩施的输送功率均为2500MW。2.4稳定判据及准则本文考虑系统的功角、电压、频率均稳定则系统稳定。赶一眼/~,\、,、潘晓杰,等渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响一159一(1)功角稳定判据:故障清除后同步系统中任意2台机组相对功角摇摆不失步且呈减幅振荡。f2)电压稳定判据:故障清除后系统中枢点母线电压能够恢复到可运行范围内,母线电压持续低于0.75D.u.时间不超过1S。f3)频率稳定判据:系统切机、切负荷措施后系统频率不发生崩溃,并能恢复到正常范围(so±0.5)Hz【12-161。3安全稳定计算分析3.1潮流计算结果分析丰大方式下,特高压北送5500Mw,渝鄂背靠背投产前,渝送鄂断面功率为2800MW,南北通道分电比为2.35:1;渝鄂背靠背投产后,背靠背直流南北通道共向湖北输送5000MW电力,三峡、水布垭、江坪河机组均满发,显然渝鄂柔直投产后,三峡汇聚电力将大幅增加,尤其是南通道输送功率增加1670MW,三峡近区水电疏散压力进一步加重,省内断面联络线功率重载。表2列出了丰大方式下华中电网省间断面潮流分布情况。表2典型潮流方式下重要断面输电功率Table2Transmissionpowerofimportantsectionunderthetypicalloadflow潮流特高压北渝送鄂/鄂送豫/鄂送湘/鄂送赣/川送渝/方式送/MWMWMWMWMWMW丰大5500500056002800300043003.2短路电流计算分析渝鄂异步联网后,三峡近区的短路电流会有所下降,本节针对三峡近区重要站点进行短路计算,比较背靠背投产前后这些站点的短路电流变化情况。表3列出了渝鄂背靠背工程投产前后三峡近区重要站点短路电流变化情况,从表3可以看出,开关遮断电流值为63kA,渝鄂同步联网时,荆门、斗笠、江陵等500kV站点的短路电流均超过开关遮断电流;渝鄂异步联网后,川渝电网向华中主网提供的短路电流消失,三峡近区各站点的短路电流均表3三峡近区短路电流水平Table3LevelofshortcircuitinThreeGorgesarea有所下降,且低于开关遮断电流。可见异步联网可以有效解决华中电网三峡近区短路电流超过断路器遮断能力的问题。3.3四川内部故障稳定分析渝鄂同步联网时,四川内部大扰动不仅会对华中电网的稳定性产生冲击,而且将通过区域联络线对其他区域电网的稳定性产生冲击,严重时甚至可能导致联络线功率振荡解列。渝鄂异步联网后,川渝电网与华中电网分离,四川内部大扰动对华中电Ⅳ网的冲击基本消除。以丰大方式下,尖山主变-1故障为例,故障发生后,区域间发电机组和特高压联络线功率曲线如图2所示。图2(a)qI功角曲线为华中电网鄂三峡左0l机组对华北电网晋王曲01机组的相对功角曲线,图2fb)中功角曲线为四川电网二滩机组对重庆电网珞璜三期机组的相对功角曲线。图2结果可以看到,渝鄂同步联网方式下,尖山近区故障引起华中华北机组失步,特高压联络线功率振荡,最终会导致华中华北系统解列;异步联网后,尖山近区发生故障,华中华北机组和特高压联络线功率几乎不受影响,但这些故障依旧存在引起川渝失步的可能,可见异步联网后川渝电网内部故障对华中电网安全稳定的影响很小。g-.百1悯1I苴_上Ⅲ鲁鲁雷蛊’1蜒嫔繁1三t/s(a)华中华北功角线t/s(b)川渝功角曲线Ⅳ图2尖山主变_1故障暂稳曲线Fig.2TransientstabilitycurveunderN-1faultofJianshanmaintransforn.1er一160-电力系统保护与控制3。4小干扰稳定特性分析在丰大方式下,分别计算得到4个区域振荡模式,振荡模式的频率和阻尼比如表4所示。表4丰大方式下系统的低频振荡模式Table4Powersysteminertialmodesbeforeoraftertheprojectputintoproduction————振荡模式墅塑墅堕堡塑兰堕童堕亘堡塑兰亘一计算结果表明,在川渝.华中断面采用新的直流联网方式下,川渝电网与华中电网区域间振荡模式消失,川渝电网相关区域低频振荡模式主要体现为四川电网西部机组群相对于四川电网南部机组群的区域间振荡模式。华中一华北振荡模式频率增大,丰大方式下阻尼比增加。由于机电振荡模式的振荡频率近似地由同步力矩系数和惯性常数的平方根所决定,式(1)给出了振荡频率的近似计算公式、/言将华中一华北互联系统等效为两机系统,渝鄂异步联网后,川I渝电网与华中电网隔离,华中电网的惯性常数减小,川渝.华中的振荡模式将消失,华中.华北振荡模式的振荡频率将增大。4三峡近区适应性研究4.1北通道稳定特性丰大方式下,若北通道龙斗三回维持现有输电能力4000Mw,则渝鄂背靠背直流北通道输送功Ⅳ率为1300Mw,此时北通道龙斗线均能通过_1、N-2暂稳校验,说明背靠背投运后,北通道能维持现有的输送能力。若北通道直流满送2500MW,则龙斗三回潮Ⅳ流达5160Mw,此时龙斗线斗侧三永l故障,三峡左一对华中主网失步,湖北内部发电机功角图如图3所示。4.2南通道稳定特性丰大方式下,三峡、水布垭、江坪河机组满发,恩施上网1000MW,若控制恩渔三回不超过其2200MW控制限额,渝鄂背靠背柔直输送功率为1200ⅣMW。对南通道近区交流线路进行_1暂稳校验,车;_田]f/sⅣ图3龙斗.1功角曲线Fig.3TransientstabilitycurveunderN-1faultofLong--quantoDou--lilineⅣ此时宜渔线_l故障会引起三峡右二、水布垭、江坪河对华中主网失步,说明背靠背柔直投运后,若不采取其他措施,南通道无法维持现有的输送能力。若南通道柔直满送2500MW,则恩渔三回潮流达3500MW,在水布垭、江坪河满发的情况下,渔兴三回潮流达4800Mw,南通道暂稳特性进一Ⅳ步恶化;宜渔线、渔兴线、兴咸线.1故障均会引起三峡右二、水布垭、江坪河机组失稳,湖北内部发电机功角如图4所示,图4(a)中功角曲线为三峡右#26对三峡左#01机组的相对功角曲线,图4(b1中功角曲线为华中电网鄂三峡左01机组对华北电网晋王曲01机组的相对功角曲线。t/sfa湖北内部发电机功角tis(b)华中华北发电机功角图4南通道近区暂稳曲线Fig.4Transientstabilitycurveoftbenearsouthernroute一。),县_【0枯_9潘晓杰,等渝鄂异步互联对华中电网运行特性的影响—一1614.3孤岛风险通过研究背靠背南北近区网架结构并结合实际运行经验,在龙斗一回检修方式下,当发生龙斗剩余两回线路双回同跳时,渝鄂直流、龙政直流。三峡左一及龙泉馈供区形成孤岛;同样在恩渔一回检修方式下,当发生剩余两回线路双回同跳时,渝鄂直流将与恩施电网形成孤网。检修方式下,龙斗双回同跳后龙泉孤网频率大幅上升,频率升至60Hz;恩渔双回同跳后恩施电网频率大幅上升。仿真结果如图5、图6所示,结果表明,检修方式下,背靠背南北通道近区存在孤网运行风险,且孤网形成后在不采取相关安控措施的情况下,孤网无法维持稳定运行。图5龙泉孤网运行频率曲线Fig.5FrequencycurveofLong-quanislandingoperation图6恩施孤网运行频率曲线—Fig.6FrequencyCHileofEnshiislandingoperation4.4建议及措施若渝鄂背靠背柔直满送5000Mw,龙斗线、Ⅳ宜渔线、渔兴线、兴隆线均无法通过_1暂稳校验,且南北通道存在孤岛运行风险,需要采取相关网架补强措施,提出新建龙斗四回、恩渔四回以及宜渔双回网架补强方案。网架补强后,渝鄂背靠背南北送出通道均为4回交流线路,解除了南北通道孤岛运行的风险;同Ⅳ时对龙斗线、渔兴线、兴咸线、宜渔线分别进行-1暂稳校验,仿真结果如图7所示,结果表明网架补Ⅳ强后,南北通道均能通过.1暂稳校验。看图7网架补强后三峡近区暂稳曲线Fig.7TransientstabilitycurveofthenearThreeGorgesaftergridreinforcement5结论本文对渝鄂背靠背直流投产后华中电网的安全稳定特性进行了计算和分析,得出以下结论:(1)渝鄂背靠背规划输送功率5000MW,投产后,渝送鄂功率大幅增加,三峡近区潮流疏散压力进一步加重。(2)渝鄂异步联网后,川渝电网向华中主网提供的短路电流消失,三峡近区各站点的短路电流均有所下降,且低于开关遮断电流,无须采取短路电流的限制措施。(3)渝鄂异步联网后,尖山近区故障对华中电网安全稳定的影响很小,缓解了同步联网时尖山近区故障对华中电网安全稳定的冲击。(4)渝鄂异步联网后,华中对华北振荡模式频率增大,丰大方式下衰减阻尼比有所增大;川渝.华中振荡模式消失;南通道恩施近区对华中主网振荡模式阻尼比减小,由强阻尼模式变为中等阻尼模式。(5)背靠背柔直南北通道均满送时,三峡近区潮流疏散压力大,龙斗线、宜渔线、渔兴线及兴隆线Ⅳ均不满足_1暂稳校验,且检修方式运行时,龙泉、恩施电网存在孤网运行的风险。提出新建龙斗四回、恩渔四回、宜渔双回网架补强方案可有效解决上述问题。参考文献[1]刘振亚.落实科学发展观加快建设坚强的国家电网]中国电力报.2005.02.24(1).[2]舒印彪.我国特高压输电的发展与实施[J1.中国电力,2005,38(11):1-8.SHUYinbiao.DevelopmentandexecutionofUHVpowertransmissioninChina[J].ElectricPower,2005,38(11、:1-8.∞弱如们∞∞鲫加如如如.162一电力系统保护与控制[3][4][5][6][7][8][9]张文亮,周孝信,郭建波,等. 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