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扎鲁特—青州特高压直流输电工程投运后东北电网的稳定特性及控制措施研究

北极星输配电网  来源:《电网技术》杂志    2018/7/10 13:26:04  我要投稿  

北极星输配电网讯:摘要:扎鲁特—青州特高压直流工程投运后,东北电网将成为我国又一高比例跨区直流送端电网。该文基于东北电网风电高渗透以及季节性供热需求约束的运行现状,分析了扎鲁特—青州直流工程投运对电网稳定特性的影响。针对直流闭锁故障,提出了适应东北电网实际情况的优化切机控制方案,并对比分析不同切机方案对电网稳态压升的影响。在此基础上探讨基于直流紧急支援的协调控制策略,减少安控机组切除量,降低电网稳态压升水平。该文所提安控策略可用于指导电网的实际运行,提升直流外送能力以及风电消纳能力。

关键词:高比例直流;稳定特性;风电高渗透;协调控制

0 引言

扎鲁特—青州±800 kV 特高压直流(简称扎青直流)输电工程是东北电网的第一条跨区特高压直流工程,输电电压等级为±800 kV,输电规模10000 MW,将于 2017 年底建成投产。工程投运有利于解决东北电网的窝电问题,有效提高地区火电机组利用小时数,促进清洁能源的健康发展;也可满足山东电网负荷增长的需求,为山东省持续快速的经济发展提供电力保证。

同时,作为我国首条电力汇集型直流,定位于送出东北全网清洁能源,扎青直流送端扎鲁特换流站近区并未配备任何配套电源,直流外送电力主要通过蒙东、黑龙江、吉林、辽宁三省一区汇集,考虑到东北电网规模较小,换流站近区风电装机渗透率较高,且跨区直流功率占比较大,扎青直流投运后必将对东北全网带来较大冲击,电网特性更加复杂,给电网安全稳定运行带来巨大挑战。为此,亟需深入分析东北电网稳定特性,并在此基础上详细研究电力汇集型直流投运给电网特性带来变化的作用机制。目前已有文献对东北电网运行特性进行了相关研究,但仍未有涉及扎青直流投运后电网的特性分析。其中文献[1]通过分析东北电网各种负荷模型的适应性,给出了考虑配电网的综合负荷模型的拟合参数;文献[2]研究了东北电网配电网综合负荷模型并定量分析了东北电网的暂态稳定性和电压稳定性;文献[3]研究了发电机励磁和调速系统的模型参数对东北电网人工接地试验仿真计算的影响;文献[4]对东北电网不同故障地点、故障方式、故障时运行方式和运行条件、测试方式、采取的安全稳定措施等进行了详细分析和研究;文献[5]提出了反映线路故障的短路电流特征因子并研究了当电网结构满足该特征时所应采取的电网重合闸方案;文献[6]研究了呼辽直流联网转孤岛和孤岛运行时的频率特性,通过发电机调频、直流频率控制模块以及相应的安稳措施,提出了呼辽孤岛正常和故障运行方式下的频率控制策略。

电力汇集型高比例直流外送工程的投运给电网安全稳定控制措施提出了新的挑战,已建成投运的特高压直流工程可借鉴经验较少,针对扎青直流投运后东北电网安全稳定控制措施和安控配置方案需进一步开展深入研究。为保障扎青直流投运后东北电网的安全稳定运行,提升扎青直流输送能力,促进大规模风电资源的合理消纳,针对东北电网复杂运行方式以及季节性供热需求约束,详细分析了扎青直流投运对东北电网系统稳定特性的影响,研究了相应的安全稳定控制措施以提高东北电网的稳定水平。

1 系统研究边界条件

1.1 扎青直流送端系统简介

东北电网以 500 kV 线路为骨干输电网架,以220 kV 线路为供电主体,由多个电压等级组成。东北电网 500 kV 主网架已经覆盖东北地区的绝大部分电源基地和负荷中心。辽吉、吉黑省间 500 kV联络线均达到 4 回,蒙东通过 1 回±500 kV 直流线路和 8 回 500 kV 交流线路向辽宁送电。当前东北电网通过直流背靠背与华北电网实现异步互联,俄罗斯通过直流背靠背向黑龙江送电。扎青直流工程建成投运后,东北电网将成为继西南电网和西北电网后拥有跨区直流的又一个大型送端电网,如图 1所示,电网的运行特性发生较大的变化。

扎青直流工程起点为内蒙古东部通辽扎鲁特旗南部地区,位于蒙东、吉林以及辽宁交界区域,途经内蒙古、河北、山东 3 省区,落点山东潍坊市青州地区,线路长度约 1233.8 km。扎鲁特换流站通过 10 回 500 kV 线路与东北电网相连,其中 3 回至蒙东科尔沁变电站,3 回至蒙东乌兰浩特(兴安)变电站,2 回至吉林向阳变电站,2 回至吉林通榆开关站,换流站容性无功补偿总容量 6665 Mvar。

距离扎鲁特换流站 400 km 范围内的常规发电机组较少,如表 1 所示,且换流站周围 100 km 范围内无常规电源。

本文仿真工具采用 PSASP 电力系统分析综合程序,计算数据采用东北电网规划数据,数据中电力元件模型与调度系统数据一致,即发电机采用考虑阻尼绕组的次暂态电势变化的详细模型,并计及励磁、PSS 和调速系统,且绝大部分机组的励磁和PSS 为实测模型参数;直流模型采用准稳态模型;电网负荷采用恒阻抗加马达的模型。

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