稳控切配套火电方案不同对暂稳压升的影响.pdf

第 3 9 卷第5期 2 0 1 6年 1 O月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t ric P o we r Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 9。 No ． 5 Oc t ．。 2 01 6 稳控切配套火 电方案不 同对暂稳压升的影响 李 白明 。 姚秀萍 ， 王海云 ， 王维庆 ， 常喜强 ， 王衡 1 ．新疆大学电气工程学院可再生能源发 电与并网技术教育部工程研究 中心 ， 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 4 7 ； 2 ． 新疆 电力调度控制 中心， 新疆 乌鲁木齐8 3 0 0 0 1 摘要 随着天中直流输送功率的提升， 直流 系统发生故障时对新疆电网的冲击逐步增大。结合新疆十三五电网规 划 目标， 针对天中直流工程中的双极闭锁故障和风机机端电压变化 ， 研究了天中直流稳控切配套火电方案的不同对 暂态／ 稳态压升的影响。通过 P S A S P仿真可以得出， 切机方案中多保留1台或者更多机组， 对各电压等级暂态压升影 响不大， 但对 5 0 0 k V 、 7 5 0 k V母线电压稳态压升有抑制作用； 对于2 2 0 k V母线而言， 保留火电机组较 多时， 其母线稳 态压升较 高， 风 电机组机端 电压稳 态压升也会 升 高。根 据这 一结论 ， 将 对今后 进一 步减 少双极 闭锁 故 障对新 疆电 网 的冲击， 提高电网安全稳定运行水平起积极作用。 关键词 天 中直流 ； 双极 闭锁 ； 机端电压 ； 暂态 电压 ； 稳态 电压 Ab s t r a c t Wi t h t h e i m p r o v e m e n t o f D C t r a n s mi s s i o n p o w e r f r o m H a m i t o Z h e n g z h o u ， t h e i m p a c t o n X i n j i a n g p o w e r g ri d g r a d u a l l y i n c r e a s e s w h e n a f a u l t o c c u r s i n D C s y s t e m．C o m b i n e d w i t h t h e 1 3 t h fi v ey e a r p l a n n i n g o b j e c t i v e s i n X i n j i a n g p o w e r d ， a n d a i m i n g a t b i p o l a r b l o c k f a u l t s a n d w i n d g e n e r a t o r t e r mi n a l v o l t a g e c h a n g e s i n T i a nZ h o n g H V D C p r o j e c t ， t h e i n fl u e n e e o f c u t t i n g d i f f e r e n t t h e r ma l p o we r o n t r a n s i e n t a n d s t e a d ys t a t e v o h a g e r i s e i n DC s t a b i l i t y c o n t r o l s c h e me s i s s t u d i e d ． T h r o u g h P S AS P s i mu l a t i o n，i t c a n b e o b t a i n e d t h at ，r e t a i n i n g o n e o r mo r e u n i t s i n t h e g e n e r a t o r t ri p p i n g s c h e me h a s l i t t l e i n - f l u e n c e o n t r a n s i e n t v o l t a g e ri s e w i t h d i f f e r e n t v o l t a g e l e v e l ， b u t i t s u p p r e s s e s t h e s t e a d ys t a t e v o l t a g e r i s e o f 5 0 0 k V a n d 7 5 0 k V b u s ，a n d f o r 2 2 0 k V b u s ， wh e n r e t a i n i n g mo r e t h e rm a l p o we r u n i t s ， t h e s t e a d ys t a t e v o l t a g e r i s e o f t h e b u s i s h i g h e r ， a n d t h e s t e a d ys t a t e v o l t a g e i n t h e t e r mi n a l o f wi n d p o we r u n i t w i l l a l s o r i s e ．T h i s c o n c l u s i o n ma k e s p o s i t i v e c o n t rib u t i o n t o r e d u c e t h e i m p a c t o f b i p o l a r b l o c k i n g f a u l t s o n X i n j i a n g p o w e r g ri d a n d i m p r o v e t h e s a f e a n d s t a b l e o p e r a t i o n l e v e l of t h e d i n t h ef u t u r e ． Ke y w o r d s T i a n Z h o n g H V D C p r o j e c t ；b i p o l a r b l o c k i n g ； t e r m i n al v o l t a g e ； t r a n s i e n t v o l t a g e ； s t e a d y s t a t e v o h a g e 中图分类号 T M7 1 文献标志码 A文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 1 6 0 5 0 0 0 1 0 4 0 引 言 新疆电网通过西北新疆 1 、 2通道、 8 0 0 k V天 中直流将风 、 光 、 火 、 水 富裕 电力采用打捆交直流混 合外送的方式送至西北 ， 实现 了大规模传统能源和 可再生能源基地外送的国家战略要求。同时天中直 流作为目前世界上电压等级最高、 额定传输功率最 大， 首条以送清洁能源为主的直流输电工程， 无论从 理论研究方面还是运行控制方面国内外可供借鉴的 经验和成果较少 。并且随着天 中直流输送功率的增 加 ， 在天中直流闭锁后 ， 潮 流转移至交流系统 ， 对送 端交流电网的影响越大， 对新疆电网的安全稳定运 基金项 目 国家 自然科学基金项 目 5 1 2 6 7 0 1 7 ； 国家 8 6 3计划 2 0 1 3 A A 0 5 0 6 0 4 行造成了很大的影响 J 。 在天中直流闭锁后 ， 潮流转移至交流系统 ， 需保 证疆内的切机量在 2 5 0 0 MW 以上 ， 新疆 电网作 为 送端电网， 其内部 电源包括水 电、 火电常规 能源 ， 又 包括风电、 光伏等新能源 ， 且新能源 占比已占疆 内总 装机容量的 2 5 ％。可以看出， 新疆 电网内部 电源构 成复杂， 从而导致疆 内电网潮流 多变 ， 运行方式 复 杂 ， 天中直流闭锁故障情况下 ， 新疆 内部可切机组构 成成分多变， 给天中直流安全稳定控制措施的制定 带来 了较大的困难。通过对天中直流工程中的双极 闭锁故障和风机机端 电压变化进行分析 ， 研究天 中 直流在故障和机端电压变化时暂态以及稳态过程电 气量变化特点， 分析天 中直流稳控切配套火 电方案 不同对直流运行的影响。 第3 9 卷第 5 期 2 0 1 6年 1 O月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n El e c t ric P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 9， No ． 5 Oc t ． ． 2 0 1 6 1 直流送出系统的运行方式 2 稳控切机方案 随 着 新 疆 电 网 7 5 0 k V交 流 1、 2通 道 以 及 8 0 0 k V天 中特高压直 流工程投运 ， 新疆 电网形 成 了与西北 电网、 华 中电网的跨省 、 跨 区域 的“ 交 直流混联”电网。新疆 电网具 有 的高 电压等级 以 及交 、 直流混 联 电 网的特点势 必造成 新疆 电网 区 域稳控系统的 日趋复杂， 电网运行的安全风险压 力也与 日俱增 。 哈密一郑州 8 0 0 k V直 流输 电工程是疆 电外 送第 l条特高压直流输电工程 ， 也是中国第 1个风 火打捆 、 直 流 送 出工 程。工 程额 定 功 率 为 8 0 0 0 M W， 额定 电压为 4 - 8 0 0 k V， 额定电流为 5 0 0 0 A。工 程西起新疆维吾尔 自治区哈密地 区天 山换流站 ， 东 至河南省郑州市 中州换流站 ， 输电距离约 2 l 1 0 k m， 直流导线截面采用 61 0 0 0 mm 。该工程 2 0 1 3年 实现双极低端投运 ， 2 0 1 4年年 中双极投运。西北 电 网的天山换流站通常为整流站运行 ， 华 中电网的中 州换流站通常为逆变站运行。天中直流系统简图如 图 1 所示。 天中特高压直流投运后 ， 当 7 5 0 k V交流 1 、 2通 道故障跳闸或天中特高压直流故障闭锁_4 一 后， 系 统阻抗增大、 潮流加 重， 电压跌落较大 ， 需要切除新 疆 电网网内大量机组 ， 保持 系统 电压稳定 J 。当天 中特高压直流外送功率较大时， 南疆电网或将成为 送端电网， 组织大量电力进行上送 。若此 时南疆大 机组如库车 3期 电厂、 盛源电厂、 喀发 3期电厂机组 跳闸， 则南疆部分地区如台远 、 金鹿 、 喀什或将 出现 低 电压 问题 ， 需要切除南疆地 区部分负荷。 目前天 中直流双极闭锁后 ， 稳控切机原则是切 机总量为扣除 1 2 0 0 MW 不平衡量后 的直流传输功 率 。 。 ， 直流配套火电每个电厂保留 1台机组， 其 余依次切除哈密 、 吐鲁番 、 达坂城地 区风 光 电 ， 不 足则切除乌昌电网火 电。也就是说 国投南湖双机、 国网花园 4机 ， 共 2个 电厂 6台配套火电投运后 ， 直 流传输功率 5 0 0 0 M W 时发生闭锁后， 实际切机是 切除国投南湖单机、 国网花园3 机， 其余依次切除哈 密、 吐鲁番 、 达坂城地区风 光 电， 不足则切 除乌 昌 电网火 电。为分析直流配套电源对天中直流运行的 影响 ， 根据切除配套火 电机组 台数的不 同采取两种 稳控切机方案进行暂态电压 - 12 ] 与稳态电压的敏 感性分析。 方 案 1 6台配套 火 电投 运 后 ， 直 流传 输 功率 5 0 0 0 MW 时发生直流双极闭锁后 ， 实际切机是切除 国投南湖单机、 国网花园 3 机， 其余依次切除哈密、 吐鲁番 、 达坂城地 区风 光 电， 不足则切 除乌 昌电 网火电。 方 案2 6台配套 火 电投 运 后 ， 直 流传 输 功率 5 0 0 0 M W时发生直流双极闭锁后， 实际切机是切除 国投南湖单机、 国网花园双机， 其余依次切除哈密、 吐鲁番、 达坂城地 区风 光 电， 不足则切除乌 昌电 网火电。 其 基础潮流如图2 所示 ， 其 中配套6 机 出力 2 9 0 0 MW， 直流 5 0 0 0 MW， 吐哈 5 2 0 M W， 联变 2 1 0 0 M W ， 哈密风电2 1 0 0 M W， 疆电外送5 3 0 M W， 敦鱼 3 8 0 0 MW 。 图 1 哈郑直流送受端出线方案 第 3 9卷第5 期 2 0 1 6年 1 0月 四 川 I电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y Vo 1 ． 3 9。 No ． 5 Oc t ．， 2 01 6 图 2 基础 潮流 2 ． 1 双极闭锁故障 稳控切机方案 1 0 ． 3 s 切除直流滤波器 1 0组 和 3 8 0 0 MW 机组 其 中直流配套机 组 4台 1 9 0 0 MW， 哈密地区风电 1 9 0 0 MW 。 稳控切机方案 2 0 ． 3 s 切除直流滤波器 1 O组 和 3 0 0 0 MW 机组 其 中直流配套机组 3台 1 4 5 0 MW， 哈密地区风电 1 5 5 0 MW 。 2 ． 1 ． 1 7 5 0 k V 电压 比较 曲蛙 一新天山换流站7 lp ． u ． s t 一 1 2 l f _ 1 2 6 机大风电； 备， 双极闭镄，切3 o 0 J J 其中 配套四 机，不平 衡| [ 1 2 0 万 一 新天山换流站7 l 0 u ． s I 一 1 4 1 f _ I 2 l2 基础上少 野 一台 电，多切风电 l ⋯ ． 、 ⋯． ． 1 st| z 舯 t 研 ≯ Cl u擐 ，I k P． u． 1 ．㈣ q I s t 1 4 ． S O t新天山换流站7 1D ． u ． 1 ． 0 1 5 2 ， w ’ ≈ 一 专 ㈨ 5 0 0 1 0 0 0 时 间1 5 ． 0 0 2 0 0 0 ∞ 图 3天 山换 流站 7 5 0 k V母线 电压 比较 1 暂态压升 2种切机方案对 7 5 0 k V母线暂态 压升没有影响。 2 稳态压升 保留3台机组的切机比保留2台 机组时 ， 7 5 0 k V母线稳态压升少 3 k V。 2 ． 1 ． 2 5 0 0 k V 电压 变化 1 暂态压升 2种切机方案对 5 0 0 k V母线暂态 图 5 麻黄沟西 2 2 0 k V母线电压比较 压升没有影响 。 2 稳态压升 保 留 3台机组 的切机 比保 留 2台 机组时， 5 0 0 k V母线稳态压升少 2 k V。 2 ． 1 ． 3 2 2 0 k V 电压 变化 1 暂态压升 2种切机方案对 2 2 0 k V母线暂态 压升影响不大。 一 ． 一 一 一 一 4 一 ■～ 一 一 图 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 辱 ； 毒 ； 喜 ； 眦 第 3 9卷第 5期 2 0 1 6年 l O月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c tr i c Po we r Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 9。 No ． 5 Oc t ．。 2 01 6 2 稳态压升 保 留 3台机组 的切机 比保留 2台 机组时 ， 由于切除风 电机组较 多 ， 哈密地 区 2 2 0 k V 线路传输 功率减 轻 ， 2 2 0 k V母 线稳 态压 升略高 一 些 ， 约 0 ． 5 k V。 2 ． 2 风机机端电压变化 图 6 鲁能十三间房风 电场机端 电压 比较 1 暂态压升 2种切机方案对 2 2 0 k V母线暂态 压升影响不大 。 2 稳态压升 保 留 3台机组 的切机 比保留 2台 机组时 ， 由于切除风 电机组较 多， 哈密地 区 2 2 0 k V 线路传输功率减轻， 风电机组机端电压稳态压升明 显增大。 3 结论 1 当前天中直流双极闭锁故障安全稳定控制措 施切机范围广， 切机组织措施 、 切机原则复杂。切机 方案中多保留 1台或者更多机组， 对各 电压等级暂态 压升影响不大 ， 对 5 0 0 k V、 7 5 0 k V母线电压稳态压升 略有抑制作用； 但由于少切火电， 必然多切风电， 引起 7 5 0 k V、 2 2 0 k V通道传输功率减轻 ， 2 2 0 k V母线电压、 风电机组机端电压稳态压升将会继续上升。 2 针对天 中直 流安全稳定控制措施 中存 现 的 风险 ， 通过 P S A S P仿真 的结果 ， 提 出哈密一郑 州直 流稳控切配套火 电方案 首先切除哈密地 区风 电机 组， 不足量送往乌北切除乌昌城网火电机组， 剩余量 切除西部 、 北部水 电、 火 电、 风 电机组。该方案能够 从不同方面对风险起到一定的防范作用， 从而保证 哈郑直流双极闭锁严重故障情况下的西北电网， 尤 其是新疆电网的正常、 稳定运行。 参考文献 [ 1 ] D u s o n c h e t L， Ma s s a r o F ， T e l a r e t t i E ．Wi n d T u r b i n e Me 一 4 c h a n i c a l C h a r a c t e ri s t i c s a n d G r i d P ara me t e r s I n f l u e n c e o n t h e T r a n s i e n t Vo l t a g e S t a b i l i t y o f a F i x e d S p e e d Wi n d T u r b i n e [ C] ． U n i v e r s i t i e s P o w e r E n g i n e e r i n g C o n f e r e n c e ， 4 3 r d I n t e rna t i o n a 1 ． 2 0 0 8 17 ． [ 2 ] 王鹏 ， 王清让， 任冲．天中直流工程投产后西北 电网 运行控制模式研究 [ J ] ．电网与清洁能源 ， 2 0 1 3， 2 9 1 2 7 07 4 ． [ 3 ] 魏宏芬 ， 邱晓燕，徐建，等．通过 S V C和 T C S C联合 改善异步机风电场暂态电压稳定性研究[ J ] ．可再生 能源， 2 0 1 1 ， 2 9 4 2 02 3 ． [ 4 ] 于永军 ， 杨琪 ， 侯志远，等．天 中直流工程入地 电流 对新疆哈密地区交流 电网的影响 [ J ] ．电网技术， 2 0 1 4 ， 3 8 8 2 2 9 8 2 3 0 3 ． [ 5 ] S i n g h G， B ala R．A u t o m a t i c G e n e r a t i o n＆ V o l t a g e C o n t r o l o f I n t e r c o n n e c t e d T h e r ma l P o we r S y s t e m I n c l u d i n g L o a d S c h e d u l i n g S t r a t e g y[ J ] ．I n t e rna t i o n a l J o u r n a l o f 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自动化 姚 秀萍 1 9 6 1 ， 客座教 授 、 硕 士生导 师、 高级 工程 师 ， 主 要研 究方向为电 网调度运行 、 继电保 护 ； 王海云 1 9 7 3 ， 教授 、 硕 士研 究 生导师 ， 主要研 究方 向 为可再生能源发电与并 网技术 ； 王维庆 1 9 5 9 ， 博士生导师， 主要研究方向为风力机发 电及风 电并 网技术 常喜强 1 9 7 6 ， 高级工程师， 主要研究方向为电力系统 分析与控制 ； 王衡 1 9 8 4 ， 硕 士 、 工程 师 ， 研 究方 向为 电力 系统 生 产这行 收稿 日期 2 0 1 6 0 5 2 1