大规模区外来电失去背景下电网响应机制的研究

卫　鹏，刘建坤，周　前，胡昊明，朱鑫要

（江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103）



大规模区外来电失去背景下电网响应机制的研究

卫鹏，刘建坤，周前，胡昊明，朱鑫要

（江苏省电力公司电力科学研究院，江苏南京211103）

摘要：随着江苏特高压电网的不断发展，区外来电的可靠性对保障地区供电具有重要意义。特高压直流等大规模区外来电在受端电网需要各个省级电网支撑和分担，当双极闭锁等情况损失的电量需要进行分摊，电网潮流重新分布。以实际发生的锦苏直流闭锁历史事件为背景，分析了区外来电失去后本地电源的响应特性和外省电源的支撑特性，对于应对区外来电损失后的潮流控制提供借鉴。

关键词：区外来电；特高压直流；双极闭锁；电力电量平衡；电源

至2015年，江苏电网已有13回交流500 kV省际联络线与周边省市电网相连，其中4回连接安徽、2回连接浙江、4回连接上海，3回与山西阳城电厂相连；此外，有2回跨区直流输电通道，分别是500 kV龙政直流、800 kV特高压锦苏直流，形成点对点直送、网间互供并存、交直流并供的区外来电输送模式［ 1 ］。

根据年度受电计划，最大区外受电约 13 600 MW，受电量670亿kW·h，分别占最大全社会用电负荷和用电量15.1%和13.38%。主要成分包括：皖电东送、阳城直送、秦山核电、天荒坪抽蓄、三峡水电、锦屏官地水电等，正常不调峰的核电和水电合计9280 MW，占受电计划总量的68.2%。日调峰比例约13%，比全省统调用电负荷年平均峰谷差率16.5%低3.5个百分点。

大规模区外来电对江苏电网的电力需求平衡作用日益增强，对于特高压直流等大规模区外来电失去后内外电源响应机制研究较少，文中基于历史双极闭锁事故对电网内外电源协调配合策略进行了研究。

1　区外来电现状

江苏省目前最高统调用电负荷达7800 MW，电网装机容量超过90 000 MW。大型的区外来电主要包括三峡水电、阳城直送、皖电东送。各主要区外来电规模及现状如图1所示。

图1　区外来电现状及规模

三峡水电站水电通过500 kV龙政直流送出江苏电网，落地约为1200 MW。三峡水电和锦屏官地水电合计8720 MW，占2015年江苏电网区外受电比例达到64.1%，区外受电成分以水电为主，分月受电计划受送端水电丰水期和枯水期变化呈现非常明显的季节性特征，冬季枯水期受电计划6000 MW，约为夏季丰水期受电计划的44%，比夏季最大受电少7600 MW，调峰比例也明显高于夏季。

山西阳城电厂包括6台350 MW进口燃煤发电机组，以专线、专供方式通过760 km长线路接人江苏电网输送至江苏500 kV三堡变电站［ 2 ］。

2　区外来电规划

根据目前国家电网公司“十三·五”电网发展规划，江苏电网将建设10回1000 kV特高压交流省际联络线 （淮南—南京双回线路、苏州—上海双回线路、徐州—豫北双回线路、徐州—枣庄双回线路、临沂—连云港双回线路），输电规模15 000 MW；将建设3回特高压直流（锡盟—泰州、晋北—南京、陇东—徐州），输电规模28 000 MW；预计到2020年江苏电网区外来电规模将超过56 000 MW，较2015年年度计划最大受电电力13 600 MW增加3倍以上。预计“十三·五”主要区外来电及规模如图2所示［ 3-5 ］。

图2　“十三·五”区外受电规划

3　特高压双极闭锁后电网响应

3.1电网网架

苏州南部电网主要包括苏州市区及吴江地区，主要通过梅里—木渎、华能太仓—车坊及石牌—玉山—车坊3个500 kV输电通道受电。预计2020年1000 kV特高压淮沪北半环泰州—苏州过江通道能够建成，届时苏南地区的受电能力将进一步提高。苏南地区网架如图3所示［ 6，7 ］。

图3　苏南地区电网示意图

3.2锦苏直流闭锁后潮流分布

3.2.1区外来电变化情况

以锦苏直流历史双极闭锁事故为背景，故障时刻发生在21：58，故障前锦苏直流双极功率4900 MW，从安徽方向受电451 MW，从上海方向受电1216 MW，外送浙江525 MW［ 3 ］。故障失去瞬间锦苏区外来电变化情况如图（4—6）所示。

图4　上海联络线功率变化曲线

锦苏直流双极闭锁后，各省按照事故预案进行功率分摊，有图可见，上海省际联络线功率事故后1 min增加了1121 MW，浙江省际联络线功率事故后1 min增加了601 MW，安徽省际联络线功率事故后1 min增加了1050 MW。全部区外来电相比故障前增加了2772 MW。

图5　浙江联络线功率变化曲线

图6　安徽联络线功率变化曲线

事故后约5 min区外来电开始进一步增大，此时上海际联络线功率事故后5 min增加了965 MW，浙江际联络线功率事故后5 min增加了558 MW，上海安徽联络线功率事故后5 min增加了952 MW。全部区外来电相比故障前增加了2475 MW。

事故后1 h，旋转备用基本已经被调出，区外来电有所降低，此时上海省际联络线功率事故后增加了1565 MW，浙江省际联络线功率事故后增加了 517 MW，安徽省际联络线功率事故后增加了68 MW。全部区外来电相比故障前增加了2150 MW。

因此，整个双极闭锁过程中，区外来电对于本省用电支撑都发挥了巨大的作用［ 10 ］。

3.2.2关键500 kV线路变化情况

过江断面主要功率变化情况如图7所示。

图7　过江断面功率变化曲线

双极闭锁后过江东通道（泰兴—斗山双线）功率受影响较大，功率增加了815.8 MW。过江断面北电南送潮流增加了927 MW，主要是江北电厂开机导致。江苏本地剩余1201 MW缺额主要由江南的机组承担。

苏南地区主要线路功率变化情况如图8所示。苏南地区受进主要通过3个通道，西电东送通道石牌—常熟、梅里—木渎和东通道省际联络线石牌—黄渡，双极闭锁后西电东送通道石牌—常熟增加了928 MW（主要是江北电厂支撑），梅里—木渎增加了1923 MW（主要是安徽省际联络线受进），苏南东通道黄渡—石牌增加了1370 MW（主要是上海省际联络线受进）。苏南地区总受进增加了4221 MW，基本平衡了锦苏直流损失的区外来电。

图8　苏南地区主要线路功率变化曲线

3.2.3苏州站送出线路功率变化情况

苏州站送出线路苏州—吴江、苏州—车坊、苏州—木渎线路有功和无功变化情况如图9所示。

图9　苏州送出线路有功功率变化曲线

可见，由于闭锁后锦苏直流功率失去，苏州站送出线路苏州—吴江、苏州—车坊、苏州—木渎线路有功分别在故障后减小了1338 MW，1247 MW，2303 MW。苏州送出线路无功功率变化情况如图10所示。

图10　苏州送出线路无功功率变化曲线

可见，由于闭锁后交流滤波器未切除导致，苏州站送出线路苏州—吴江、苏州—车坊、苏州—木渎线路无功分别在故障后增加了457 MW，277 MW，486 MW。

3.3调度负荷变化情况

苏州、无锡、常州和镇江地区调度负荷在锦苏双极闭锁前后2 h内变化情况如图11所示。

图11　苏锡常镇地区负荷变化曲线

苏州、无锡、常州和镇江地区负荷在锦苏双极闭锁后1 h后基本稳定，相比事故前，负荷正常减小了1348 MW。全省调度负荷在1 min后下降了597 MW，5 min后下降了 403 MW，1 h后基本稳定，下降了 2440 MW。

3.4机组出力变化情况

锦苏直流闭锁后，通过一次调频和自动发电控制（AGC）等措施全省旋转备用响应功率缺额，同时苏南主要电厂出力迅速增加，保障全省电力需求。苏州地区电厂在事故前后2 h出力情况如图12所示。

锦苏直流闭锁后，通过一次调频苏州地区机组功率均有提升，1 min后比故障前增加了330 MW，接着AGC动作机组开始爬坡调出旋转备用，5 min内苏州地区机组总出力增加了520 MW。事故后1 h苏州地区机组出力基本稳定，相比事故前，苏州地区机组出力增加了1003 MW。

图12　苏州地区电厂有功出力变化曲线

锡常镇地区电厂在事故前后2 h出力情况如图13所示。

图13　锡常镇地区电厂有功出力变化曲线

锦苏直流闭锁后，通过一次调频锡常镇地区机组功率均有提升，1 min后比故障前增加了240 MW，接着AGC动作机组开始爬坡调出旋转备用，5 min内锡常镇地区机组总出力增加了410 MW。事故后1 h锡常镇地区机组出力基本稳定，相比事故前，锡常镇地区机组出力增加了643 MW。

全省发电机组能够迅速响应，一次调频和AGC及时作用，全省调度发电在1 min后增加了1504 MW，5 min后达到了全省调度发电最大值，比故障前增加了2109 MW，一次调频动作和AGC作用旋转备用被调出对保障大规模区外来电失去后省内电力需求起到了重要作用。随着负荷同时降低以及频率的恢复，全省电厂出力1h后基本稳定，增加了438 MW。

4　结束语

综上所述，锦苏直流双极闭锁后损失4900 MW后，1 min左右省际联络线上区外来电增加了 2772 MW，全省统调机组通过一次调频出力增加了1504 MW；1 min后AGC启动开始调出全省的旋转备用，5 min左右达到了全省通调机组出力达到最大值，全省统调机组通过一次调频和 AGC出力增加了 2109 MW，此外由于频率负荷特性导致负荷也降低了403 MW；双极闭锁后1 h后频率基本恢复正常，省际联络线上区外来电增加了2150 MW，全省统调机组基本恢复到故障前水平。可见，依靠本省机组一次调频和AGC可以短时支撑大规模区外来电损失的电量，但是考虑若此时相邻省份机组备用不足或者难以及时响应，势必影响本省的安全用电。因此，建议加强相邻省市电网备用共享和事故支援机制，使省内外电源互为备用以提高全网的旋转备用水平；加快建立省内和省外电源的调节义务分摊机制，调动省内、省外电源参与电网调节的主动性、积极性，保障江苏电网安全、优质、经济运行。

参考文献：

［1］ 刘盛松，秦旭东，汪志成，等. 计及潮流断面稳定限额的分区电网最大供电能力研究［J］. 江苏电机工程，2015，34（5）：5-9.

［2］ 胡 伟，刘金官，刘华伟. 区外来电对江苏电网的影响及对策［J］. 华东电力，2006，34（1）：52-56.

［3］ 叶 斌，葛 斐. 安徽电网电源规划及调峰能力平衡研究［J］. 安徽电力，2011，28（3）：81-84.

［4］ 何建虎，王峰华，张 帆. 浙江电网区外来电状况浅析［J］. 浙江电力，2013（3）：26-28.

［5］ 吴雪花. 应用于月度用电量预测的小波分析法［J］. 江苏电机工程，2014，33（2）：8-11.

［6］ 丁 楠，陈 中，胡吕龙. 基于源网协同的风电并网系统双层优化调度［J］. 江苏电机工程，2014，33（5）：6-10.

［7］ 张文婷，范立新，顾 文. 考虑风电预测误差的电力系统有功实时调度［J］. 江苏电机工程，2016，35（1）：11-15.

卫鹏（1988），男，陕西宝鸡人，工程师，从事电力系统运行仿真分析和稳定研究工作；

刘建坤（1980），男，山东潍坊人，高级工程师，从事电力系统运行分析和规划研究工作；

周前（1978），男，江苏无锡人，高级工程师，从事电力系统运行分析和规划研究工作；

胡昊明（1987），男，江苏南京人，工程师，从事电力系统分析和稳定控制研究工作；

朱鑫要（1987），男，河南郑州人，工程师，从事电力系统稳定分析与控制工作。

Study on Grid Response Mechanism to Large-scale Outer Power Loss

WEI Peng， LIU Jiankun， ZHOU Qian， HU Haoming， ZHU Xingyao
（Jiangsu Electric Power Company Electric Power Research Institute， Nanjing 211103， China）

Abstract：With the development of Jiangsu UHV power grid， reliable outer power is important for regional power supply. Supports from provincial power grids are needed at the receiving end of UHVDC which brings large amount power into the grids. The loss of power caused by bipolar blocking needs to be allocated and the power flow among the power grid has to be redistributed. Tanking a historical UHVDC blocking event in Jiangsu power grid as an example， responding characteristic of local power sources and supporting characteristic of outer power sources are analyzed for the case of outside power loss. The research provides some references to the power flow control for outside power loss.

Key words：outer power； UHVDC； bipolar blocking； electricity and power balance； power sources

中图分类号：TM732

文献标志码：A

文章编号：1009-0665（2016）03-0013-04

作者简介：

收稿日期：2016-03-02；修回日期：2016-03-31