±800 kV雁淮特高压直流送端电网安全稳定特性及控制策略

为保障山西北部电力外送的安全性，山西北部电网已配置交流稳控系统。系统厂站联系如图9所示，按照功能分为控制主站、测量子站和执行站。

根据现有交流稳控系统策略表，系统最大切机量为3 700 MW(神保一回检修、大房两回故障开断)，由大同控制主站分配。接入现有交流稳定控制系统的电厂如表5所示，其中塔山电厂与神二电厂机组同时接入直流稳控系统。

4.2 直流配套稳控系统与现有北部稳控系统耦合

雁淮直流配套稳控系统与现有山西北部稳控系统在切机机组上存在重叠：塔山电厂2×600 MW、神二电厂2×500 MW，如表3、5所示。基于两套稳控系统的动作先后顺序，分析二者的耦合特性。

若雁淮直流稳控与北部稳控动作时间差大于一个事件周期(5 s)，则分为2种场景。场景一：若雁淮直流稳控先于北部稳控动作，当直流稳控动作后切除塔山机组(2×600 MW)，此时交流稳控系统大同主站可切机总容量为4 100 MW(大同主站不切神二电厂机组)，考虑停机备用情况，不满足交流系统故障下最大切机量3 700 MW的要求;场景二：若北部稳控先于雁淮直流稳控动作，当北部稳控动作后切除塔山(2×600 MW)、神二(2×500 MW)后，直流稳控系统可切机容量为6 240 MW，考虑停机备用2 000 MW水平下，则直流闭锁后切机不平衡量为2 000 MW时才能满足直流6 400 MW运行要求。

若2套稳控系统动作时间差小于等于一个事件周期(5 s)，由于二者之间无信息交互，则可能同时发送切机命令至重叠机组，造成实际切机量的不足，严重威胁系统安全，对于上述情况，需对2套稳控系统进行协调控制。

图 10 直流稳控与交流稳控系统间协调控制流程

Fig. 10 Schedule of cooperation control of the AC and DC security and stability control system

因此，将明海湖主站设置为协调控制主站，当北部交流稳控系统判断需要采取切机措施时，向电厂发送切机命令的同时，同步将切机信息发送至明海湖站，由明海湖站稳控装置进行协调控制，协调控制方法如图10所示。具体策略如下。

(1)明海湖站稳控装置仅收到交流稳控装置发送的切机信息，明海湖站未判断出任何故障，则明海湖站不采取措施。

(2)明海湖站稳控装置收到交流稳控装置发送的切机信息之前，明海湖站已发送切机命令，则明海湖站将切机重叠机组容量反馈至交流稳控装置，进行追加补切。

(3)明海湖站稳控装置收到交流稳控装置发送的切机信息之后，判断出故障需要切机，则先将交流稳控系统已切机组排除后再在剩余机组中确定切机机组。

基于全接线方式雁淮直流安排功率6 400 MW，以同一事件周期内交流稳控系统先于直流稳控系统动作为例进行仿真验证，交流稳控系统切除重复机组后，雁淮直流发生双极闭锁故障触发直流配套稳控系统动作。若无协调控制策略，直流配套稳控系统欠切2 200 MW，直接导致省际联络线神保线功率越限，威胁系统安全运行，仿真结果如图11所示。随着直流运行功率的提升，由此将导致更多的潮流越限或电压稳定问题，而采取协调控制策略可保证山西电网运行在安全合理水平。

图 11 不同控制策略对神保线功率的影响

Fig. 11 The influence of different control strategies on the power of Shen-Bao transmission line

5 结论

(1)雁淮直流投运初期无配套电源支撑，送端交流系统对直流系统支撑较弱;长南线南送5 800 MW且送端无功电压支撑较弱运行工况下，直流输送功率6 400 MW双极闭锁故障无稳控措施将导致长南线解列。

(2)雁淮直流发生换相失败故障导致直流近区风电场机端最高暂态电压(标么值)达到1.28，超过风机现有过压保护定值;风电场与换流站电气距离越近，暂态过电压越高;建议提高距直流换流站较近风机的耐压标准或改善风机接入电网方式。

(3)制定雁淮直流送端稳控切机策略时不仅要考虑直流近区潮流及电压因素，还要考虑对神保线及神雁双回线等山西北部重要联络线影响。

(4)直流配套稳控系统与现有交流稳控系统的耦合可能会威胁系统安全，采用二者之间的协调控制策略，可应对两套稳控相继动作带来的安全风险。

作者：

潘捷 , 郑惠萍 , 张红丽 , 王超 , 薛志伟 , 刘福锁 , 吴晨曦    

参考文献

[1]刘振亚.特高压直流输电理论[M]. 北京: 中国电力出版社, 2009. (1)

[2]中国电力科学研究院.特高压直流输电技术(直流输电分册)[M]. 北京: 中国电力出版社, 2012. (0)

[3]殷树刚, 苗培青, 拜克明, 等. 利用特高压输电技术提高全球能源使用效率[J]. 中国电力, 2010, 43(2): 1-5.

YIN Shugang, MIAO Peiqing, BAI Keming, et al. To improve utilization efficiency of global energy resources through UHV power transmission technology[J]. Electric Power, 2010, 43(2): 1-5. (0)

[4]张强, 冯艳虹, 王绍德. 特高压交流通道风火联合送电问题研究[J]. 中国电力, 2012, 45(6): 1-4.

ZHANG Qiang, FENG Yanhong, WANG Shaode. Research on UHV AC transmission of combined electricity generated from wind and thermal[J]. Electric Power, 2012, 45(6): 1-4. (1)

[5]郭小江, 马世英, 申洪, 等. 大规模风电直流外送方案与系统稳定控制策略[J]. 电力系统自动化, 2012, 36(15): 107-115.

GUO Xiaojiang, MA Shiying, SHEN Hong, et al. HVDC grid connection schemes and system stability control strategies for large-scale wind power[J]. Automation of Electric Power Systems, 2012, 36(15): 107-115. (1)

[6]屠竞哲, 张健, 刘明松, 等. 风火打捆直流外送系统直流故障引发风机脱网的问题研究[J]. 电网技术, 2015, 39(12): 3333-3338.

TU Jingzhe, ZHANG Jian, LIU Mingsong, et al. Study on wind turbine generators tripping caused by HVDC contingencies of wind-thermal-bundled HVDC transmission sytems[J]. Power System Technology, 2015, 39(12): 3333-3338. (1)

[7]陈树勇, 陈会员, 唐晓骏, 等. 风火打捆外送系统暂态稳定切机控制[J]. 电网技术, 2013, 37(2): 514-519.

CHEN Shuyong, CHEN Huiyuan, TANG Xiaojun, et al. Generator tripping control to uphold transient stability of power grid outwards transmitting thermal-generated power bundled with wind power[J]. Power System Technology, 2013, 37(2): 514-519. (1)

[8]郑惠萍, 刘新元, 曲莹. 晋北—南京直流特高压工程安全稳定性分析研究[J]. 山西电力, 2016, 10(6): 1-4.

ZHENG Huiping, LIU Xinyuan, QU Ying. Safety and stability analysis of Jinbei-Nanjing DC UHV Project[J]. Shanxi Electric Power, 2016, 10(6): 1-4. (1)

[9]李惠军, 郭颖, 蓝海波, 等. ±800 kV复奉特高压直流送端电网安全稳定控制系统[J]. 江苏科技信息, 2011, 15(9): 39-41.

LI Huijun, GUO Ying, LAN Haibo, et al. Security and stability control system of ±800 kV Fu-Feng UHVDC transmission[J]. Jiangsu Science and Technology Information, 2011, 15(9): 39-41. (1)

[10]刘天翼, 李超, 李鹏等. ±800千伏宜宾-金华特高压直流输电工程送端电网安全稳定控制系统[C]//2015年中国电机工程学会年会论文集, 2015: 1–6. (0)

[11]许爱东, 柳勇军, 吴小辰. ±800 kV云广特高压直流安全稳定控制策略研究[J]. 南方电网技术, 2008, 2(5): 14-18.

XU Aidong, LIU Yongjun, WU Xiaochen. Study on security and stability control strategy for ±800 kV Yun-Guang UHVDC transmission[J]. Southern Power System Technology, 2008, 2(5): 14-18. (0)

[12]周专, 姚秀萍, 王维庆, 等. 基于风水火打捆外送系统的稳控切机研究[J]. 华东电力, 2014, 42(2): 269-274.

ZHOU Zhuan, YAO Xiuping, WANG Weiqing, et al. Stability control generator tripping based on thermal/hydro/wind bundled power transmission system[J]. East China Electric Power, 2014, 42(2): 269-274. (0)

[13]徐式蕴, 吴萍, 赵兵, 等. 提升风火打捆哈郑特高压直流风电消纳能力的安全稳定控制措施研究[J]. 电工技术学报, 2015, 30(13): 92-99.

XU Shiyun, WU Ping, ZHAO Bing, et al. Study on the security and stability control strategy enhancing the wind power consuming ability of the wind-thermal power combining Hazheng UHVDC system[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(13): 92-99. DOI:10.3969/j.issn.1000-6753.2015.13.013 (1)

[14]李德胜, 罗剑波. 特高压直流配套安全稳定控制系统的典型设计[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(14): 151-157.

LI Desheng, LUO Jianbo. Typical design of security and stability control system for UHVDC transmission[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(14): 151-157. DOI:10.7500/AEPS20160120010 (1)

[15]李兆伟, 翟海保, 刘福锁, 等. 华东大受端电网直流接入能力评估[J]. 电力系统自动化, 2016, 40(16): 147-152.

LI Zhaowei, ZHAI Haibao, LIU Fusuo, et al. DC access capability evaluation for East China Power Grid[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(16): 147-152. (1)