南方交直流混合电网调度运行控制.docx
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南方交直流混合电网调度运行控制.docx
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南方交直流混合电网调度运行控制
2006年2
月第7卷第2期
电 力 设 备ElectricalEquipment
Feb12006Vol.7No.2
南方交直流混合电网调度运行控制
杨晋柏,曾勇刚,黄 河,胡飞雄
(中国南方电网电力调度通信中心,广东省广州市510623
摘要:
南方电网是我国第一个交直流混合运行的大电网,直流落点集中,西电东送通道长期压极限运行,电网稳定问题较突出。
同时,南方电网地理气象条件复杂,雷害、污闪、台风、覆冰等问题严重威胁电网安全。
因此南方电网必然是一个结构复杂、科技含量高、运行驾驭难度大的电网。
文中系统地阐述了南方电网的技术特点,总结了中国南方电网公司为保证南方交直流混合电网的安全稳定运行在调度运行控制方面所做的工作及安全措施,如注重电网稳定特性分析、加强安全稳定控制系统的建设和管理、强化PSS运行管理、合理调控交直流功率分配等问题。
关键词:
南方电网;交直流混合;调度运行;电力系统
中图分类号:
T
M72113;TM7111 电网简介
1993年8月3日,广东、广西、云南、贵州四省(区交流联网运行,2000年12月26日,天广直流输
电工程极I投入运行,标志着国内第一个交直流混合运行的大电网———南方交直流混合电网正式形成。
目前,南方电网已形成500kV“六条交流、三条直流”的交直流混合电网,全网统调装机容量为57810MW,
500kV线路120条,长度为13392km,500kV变电容
量为58750MVA,220kV线路743条,长度为
27174km,220kV变电容量为88048MVA;2005年全
网最高统调负荷(不含海南达到52200MW,全年统调发电量预计将达到3058亿kWh。
南方电网区域内电力资源和负荷分布极不均衡,云贵两省一次能源保有量占五省(区的90.5%,而广东一个省的国民生产总值(GDP就占五省(区的
65%,占全国的11.8%,但能源储量仅占五省(区总
量的3.5%。
自联网以来,南方电网西电东送取得了明显成效,由1993年一回500kV联络线,600MW输电能力,发展到目前“六交三直”的西电东送
500kV骨干网架,11750MW的通道输电能力,年
输送电量由最初的21亿kWh增长到452亿kWh,西电占广东统调负荷的比例也由最初的3%增长到30%左右。
“十一五”期间,南方电网将重点建设贵广第二回直流工程、交流工程,满足黔电送粤的需要;建设龙滩水电站送出工程,加强西电东送交流通道中间电源支撑;500kV海南交流海底电缆联网工程等。
同时,还将建成世界上第一条±800kV电压等级的云广直流输电工程,输电距离约为1600km,规划输电容量为5000MW。
到2010年,南方交直流混合电网将形
成“八条交流、五条直流”混合运行的大电网,西电东送将再增加向广东送电11500~13500MW,达到
22380~24380MW,年输送电量1160~1260亿kWh。
2 南方电网技术特点
2.1 远距离、大容量输电,运行控制难度大
南方电网东西跨度近2000km,现有9条西电东送大通道,每条的长度都在1000km左右。
西电东送通道长期压极限运行,2005年云贵外送断面极限分别为1980、4350MW,实际输送功率长期维持在
1600、3900MW,最大达到了1850、4200MW;广东实
际受西电长期保持在10000MW,最大达11330MW,受西部电最大达7920MW。
3条直流长时间满负荷运行,输送功率达7800MW。
另外,受南方电网峰谷差大的影响,西电东送潮流变化幅度较大,速度较快,运行控制困难,夏季中午负荷调整时段,负荷变化平均幅度达到6000MW,平均每分钟需调整约120MW。
由于潮流调整涉及送受电各方,同时又受断面控制极限的限制,对调度运行控制提出了很高要求。
2.2 交直流混合运行,多条直流馈入广东电网,直
流落点集中
天广、贵广直流与天广四回500kV交流通道、贵广两回500kV交流通道并联运行,同时又与三广直流一起馈入广东500kV电网,且三回直流落点之间电气距离较短(天广与贵广直流落点距离为133km,天广与三广直流落点距离为174km,贵广与三广直流落点距离为280km。
当广东电网内部500kV网络发生故障时,一般都会同时影响到3条直流;严重故障情况下,由于直流之间、直流与交流之间的相互影响,有可能导致多回直流同时闭锁,造成系统稳定破坏。
新成果与技术应用杨晋柏等:
南方交直流混合电网调度运行控制37
2.3 电网稳定问题突出
(1功角稳定问题。
当西电东送交流通道发生故障或直流双极闭锁时,会导致大范围的功率转移,可能引起系统功角失稳。
另外,交流系统故障期间,直流系统可能会发生换相失败而无法输送功率,直流功率强制转移到并联交流系统,加大了对交流系统的冲击;而且,交流故障切除后,随着交流系统特别是直流换流母线电压的波动,直流输送功率也会相应产生波动,可能加剧交流系统电压、功角的摆动,恶化系统稳定。
(2动态稳定问题。
南方电网为长距离链式结构,东西跨度长,输送功率大,区域振荡模式阻尼较弱,先后发生过多次低频振荡。
如2003年2月23日、3月6日、3月7日,发生了500kV罗马线低频振荡;2005年5月13日、9月1日,罗马线、安天线等多条省间联络线均出现强迫性功率振荡,因此抑制和消除低频振荡及其他形式的功率振荡是一项长期而艰巨的任务。
(3。
中部广西电网动态电压支撑能力不足,当西电东送通道发生故障时,特别是直流闭锁后引起的功率转移,会导致并联交流输电通道的电压显著下降,存在电压失稳的风险。
广东珠江三角洲地区负荷集中,主要依靠外部电力送入,由于电源建设不足和动态无功电源支撑不足,也存在发生电压崩溃的潜在危险。
(4热稳定问题。
局部电网存在“卡脖子”现象,部分线路、变压器负荷很重,长期接近热稳定极限运行。
如广东电网500kV沙鹏甲线功率达2000MW,接近热稳极限,500kV博罗站主变压器的容载比达到1.11,500kV增城站、东莞站、深圳站主变压器容载比只有1.3左右,广州、佛山、东莞、深圳、惠州、江门、中山、珠海以及广西南宁、云南玉溪等地区主要220kV变电站主变压器的容载比都低于1.6。
2.4 自然灾害频繁,严重威胁电网安全
南方电网地理气象条件复杂,雷害、污闪、台风、覆冰等问题严重威胁着电网安全。
2005年初,贵州省境内多次出现大雾和雨雪天气,线路覆冰导致省内多条线路跳闸,高肇直流线路降压运行达10次之多。
1月底广东境内发生罕见的大面积污闪,造成500kV线路跳闸63条次,220kV线路跳闸11条次,特别是1月29日凌晨,2h内5条500kV线路连续跳闸23次。
4月24日贵州安顺地区强烈暴雨,导致3条500kV线路在3min内相继跳闸;6月25日傍晚,天生桥附近500kV罗百线、纳安二线等7条线路在2h内相继跳闸8次。
另外,热带强台风也给广东、海南电网的安全运行构成了巨大威胁。
2003年9月初的“杜鹃”台风,正面袭击珠江三角洲地区,造成广东电网500kV及220kV线路跳闸120条次,110kV线路跳闸124条次,35kV和10.5kV线路跳闸1102条次,共计损失负荷5687MW;2005年9月26日的“达维”强台风,是海南电网自1960年以来遭受的最强台风,最大风力达到16级,在海南肆虐了48h,直接导致海南电网瓦解。
2.5 新技术应用广泛
南方电网集中了当今国际上先进的输电技术,一次方面如直流输电、电触发和光触发可控硅阀、可控串补、固定串补、高海拔紧凑型线路、超导电缆等,二次方面拥有国内规模最大、技术最先进的安全稳定控制系统,以及基本覆盖主网的广域测量系统。
3 电网调度运行控制
南方交直流混合电网特性复杂、运行控制难度大。
为了确保南方电网安全稳定运行,提高驾驭现代化大电网的能力,近年来,积极开展了以下几个方面的工作。
3.1 注重电网稳定特性分析
深入开展系统稳定分析。
按照稳定导则的要求,在做好N-1故障分析的基础上,还全面分析了500kV主网第Ⅱ类大扰动(单一严重故障,如直流双极闭锁等下的稳定特性,提出了相应的切机、切负荷措施,同时还重点研究了部分第Ⅲ类大扰动(多重严重故障,如开关失灵对系统稳定的影响,进一步了解了电网稳定存在的薄弱环节。
重视电网事故模拟分析。
每次严重故障、低频振荡以及其他形式的功率振荡发生后,都及时组织力量对事故过程进行仿真分析,认真对比仿真结果曲线与相量测量装置(PMU实时记录数据的差异,在此基础上优化计算数据的相关参数和模型设置,先后调整了天广直流、高肇直流的电压测量环节的时间常数,由0.09s变为9s;修改了BPA程序发电机模型阻尼系数D的取值(即稳定数据中的FF卡第64列填4、MF卡的D=0.0,尽可能使分析数据及参数真实反映电网特性,更好地指导电网运行。
积极利用BPA、NETOMAC、EMTDC等分析工具研究电网特性。
南方电网交直流并联运行,交直流系统相互影响较严重,由于目前还没有既能准确模拟直流系统电磁暂态过程,又能准确模拟交流系统机电暂态过程的实用仿真程序,因此在实际工作中还必须针对所研究的问题选取合适的分析工具,或同时利用多种分析工具进行计算分析。
在深入分析的基础上,得出了2005年当发生单回直流故障时不会引起其他直流换相失败或闭锁;当发生交流系统单一严重故障时在采取切机、
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切负荷措施后不会导致多回直流同时闭锁等主要结论,加深了对交直流相互影响的认识,简化了安全稳定控制系统的动作策略。
3.2 加强安全稳定控制系统的建设和运行管理
为应对电网存在的稳定问题,2005年南方电网进一步完善了安全稳定控制系统。
目前,该系统已与广东安全稳定系统、云南安全稳定系统、贵州安全稳定系统相连,形成了一个覆盖500kV主网,包括18个主站、13个子站、53个执行站的规模庞大的安全稳定防御系统。
该系统最大可切除贵州水、火电机组超过3000MW,天生桥地区水电机组2260MW,云南水、火电机组超过1600MW,以及广东负荷超过3500MW。
该系统的建成投产,确保了主网在直流双极闭锁故障、交流双回线跳闸故障、线路或联变过载、机组高周等情况下的安全稳定,有效提高了电网的安全稳定水平。
针对安全稳定装置管理关系不顺,安全稳定工程流程不畅,工期偏紧等问题,及时制定并颁发了《中国南方电网安全自动装置管理规定》,进一步界定了安全自动装置的管理界面,明确了相关部门的管理职责,加强了安全自动装置的动作分析和统计考核工作。
另外,还针对安全稳定装置可靠性差,抗通道干扰能力弱,装置本身缺陷难于检测等问题,制定了《中国南方电网安全稳定控制系统入网管理和试验规定》,强化了安全稳定装置入网的质量管理,明确了必须采取的防拒动、误动的技术措施,规范了安全稳定装置的试验技术手段。
随着电网规模的不断扩大,南方电网公司还启动了“在线稳定分析和决策支持系统”重点科研项目,计划建立一个工程实用的在线稳定分析平台,实时刷新安全稳定装置策略表,并在此基础上,进一步简化、标准化厂站端安全稳定装置,提高了安全稳定控制系统的可靠性。
3.3 强化PSS运行管理防止发生低频振荡
针对电网动态稳定问题突出的特点,南方电网对已投运的电力系统稳定器(PSS实行了严格管理。
在运行方式安排时,每天明确各省区电网峰、谷时段应投入PSS的最低要求;在实时运行中,实时监视所有机组PSS的投运状态;一旦PSS投运状况不满足要求时,总调调度员将及时采取调整联络线功率等措施,防止电网发生低频振荡。
另外,在系统稳定分析时还引入了阻尼比判据,即系统内任一元件发生故障时,或系统发生小扰动后,系统摇摆过程的阻尼比必须大于0.05,否则判为系统失稳,保证了在确定的送电极限,以及安排的运行方式下系统都具有较强的阻尼;同时,还根据系统开机方式的变化,及时跟踪计算PSS不同投退组合对应的控制极限,明确相应的运行控制要求。
目前正开展综合利用振荡模式在线辨识、直流系统调制功能和PSS与直流调制的协调控制等措施抑制低频振荡的研究,相关研究成果预计在2006年付诸实施。
3.4 优化备用容量安排加强备用管理
针对目前电力供应的紧张局面,南方电网制定并颁布了《南方电网运行备用管理规定》,在全网范围内统筹备用安排,明确了当前特殊情况下的最小备用要求,确定了各省区电网备用分摊原则,允许部分具备条件的可切除负荷作为事故备用,鼓励各省区电网相互支援备用。
同时,加强对备用容量的管理,在能量管理系统(EMS上实现了发电侧和负荷侧备用的实时监视;实际运行中灵活调配全网备用资源,在保证电网安全的前提下,最大限度地增加电力供应。
另外,为保证所安排的备用落到实处,公司已将备用不足纳入事故调规的考核范畴;总调还突击安排了备用调出试验,以便及时发现存在的问题,确保事故情况下能够在规定的时间内调出规定的数量。
3.5 合理调控交直流功率分配
贵广直流输电线路建成投产后,原交流输电线路的极限有一定下降,但交直流总的输电能力会有所提高,因此,当增加送电功率时,应尽量增加直流功率以提高总的送电容量;减少送电功率时,应优先降低交流通道的输送功率,以减少当交流系统发生严重故障或直流双极发生闭锁故障时的切机、切负荷量,增强电网承受严重故障冲击的能力。
在保证安全的前提下,还要注意优化交直流功率分配,努力降低交直流系统的网损,提高电网经济效益。
另外,在功率调整过程中,要特别注意直流功率与送、受电力的协调控制,控制好相互之间的操作顺序和每次调整的幅度,密切监视并联交流系统的电压,通过在EMS上设置各重要断面、设备告警值,及时提醒值班调度员,防止因调控不当而导致设备过载、电压越限或交流系统超稳定极限运行。
3.6 缩短失灵保护动作时间,增加双套母差保护
南方电网500kV主网内发生的大部分单一故障都可能导致3个直流输电同时换相失败的严重情况。
换相失败时间的长短与交流故障的切除时间密切相关,长时间换相失败会引起直流功率转移到并联交流系统,可能导致系统失去稳定。
研究发现,当发生部分500kV开关拒动、500kV厂站220kV母差拒动时可能会导致多回直流输电功率同时大幅度下降,且无法通过切机、切负荷等安全稳定措施保持电网稳定。
为此,南方电网对全网共2961台220kV及以上开关的短路容量进行了认真核算,并采取相应措施以防止短路电流超标;同时将所有500kV厂站开关失灵保护的动作时间缩短到
新成果与技术应用杨晋柏等:
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0.2s;部分500kV厂站配置双套220kV母线,如有确实不具备条件的,则修改相关保护定值,将母差拒动时的故障切除时间缩短到0.5s。
3.7 重视直流入地电流的影响
直流输电系统双极不平衡运行或单极大地回线方式运行时会在交流系统主变压器中性点产生直流电流,并引起主变压器铁心饱和,使噪声和振动增大,严重影响主变压器的设备安全。
南方电网调度部门和设备运行维护部门密切配合,及时安排了直流入地电流的测试工作,分析受影响较严重的主变压器的耐受能力以及各主变压器中性点直流电流与直流系统不平衡功率的对应关系,并据此制定了相应的运行控制原则和处理预案,明确要求220kV春城站变压器中性点改为不接地运行,500kV西江站2台主变压器中性点同时接地运行,规定了直流单极大地回线允许运行时间,以及当金属回线方式转化不成功时的直流功率的限制值。
另外,还研制了利用小电容或小电阻接地方式消除主变压器中性点直流电流的装置样机,拟安装到相应变电站进行挂网试运行。
同时,还研究并实施了利用一回直流双极不平衡运行以补偿另一回直流双极不平衡运行对主变压器所造成的影响,积极探索二者之间的对应关系。
3.8 认真开展黑启动工作
南方电网联网省区长距离、大容量送电,稳定问题较突出,有可能因发生严重故障而引起电网解列,导致局部电网或者全网全黑;海南电网孤网运行,大机小网,网架十分薄弱,电网全黑的可能性也比较大。
因此,南方电网高度重视黑启动的有关工作,组织各省(区电网制定了黑启动方案,安排了机组、电网的黑启动试验,积极研究黑启动成功后网架重建和负荷恢复的方案。
由于事前黑启动方案准备充分,多次演练,9月26日,海南电网因“达维”台风(风速达55m/s,远大于电网设计标准35m/s袭击,导致电网全面瓦解,在此情况下仅用了85min就成功地实现了国内首次“黑启动”,及时为海口火电厂送去厂用电源,实现了电网的快速恢复。
灾后第一天,全省供电恢复了80%,第二天便恢复至90%。
灾后第三天凌晨,全省18个县市区全部恢复主网送电,主网架重新实现环网运行,系统供电负荷接近灾前的系统平均负荷,统调电厂全部正常发电。
4 结束语
南方电网是一个结构复杂、科技含量高、运行驾驭难度大的电网。
近年来中国南方电网有限责任公司在各方面的支持下,积极开展了各项工作,通过采取各种技术措施和管理措施,成功地保证了南方交直流混合大电网的安全稳定运行。
确保电网安全、增加电力供应是南网公司的工作重点,也是一项长期而艰巨的任务。
目前,南方电网调度运行工作中尚存在许多亟待解决的问题,希望得到各方面一如既往的支持和帮助,共同做好南方交直流混合电网的调度运行控制工作。
收稿日期:
20051102
作者简介:
杨晋柏(1973,男,高级工程师,主要从事电力系统调度运行控制及管理工作;
曾勇刚(1963,男,高级工程师,主要从事电力系统调度运行控制及管理工作;
黄 河(1972,男,高级工程师,主要从事安全稳定分析工作。
(责任编辑 赵杨
DispatchingandOperatingControlforHybridAC/DCSouthernPowerGrid
YANGJinbai,ZENGYonggang,HUANGHe,HUFeixiong
(ElectricPowerDispatching&CommunicationCenter,ChinaSouthernPowerGrid,Guangzhou510623,China
Abstract:
SouthernPowerGridisthefirstlargerhybridAC/DCoperationpowernetworkinChina,whichisapowergridwithcomplexstructure,highertechnologycontentanddifficultytooperateandcontrol.ThispaperelaboratedthetechnicalcharacteristicsofSouthernPowerGrid,summarizedtheworksandsafetymeasuresofdispatchingandoperatingcontroldonebyChinaSouthernPowerGridCorp.toguaranteethesafeandstableoperationofhybridAC/DCSouthernPowerGrid,suchasemphasizingpowersystemstabilityanalysis,strengtheningconstructionandmanagementofsafeandstablecontrolsystem,reinforcingPSSoperationmanagement,reasonableadjus2tingandcontrolthedistributionofAC/DCpower.
Keywords:
SouthernPowerGrid;hybridAC/DC;dispatchingandoperating;powersystem
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