汪劍峰， 康 龍

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司金華供電公司，浙江 金華 321017）

0 引言

近年來(lái)，隨著對(duì)清潔能源、綠色能源理念的深入貫徹，能源配置手段更加多樣化，其中，特高壓輸電的迅猛發(fā)展使負(fù)荷集中區(qū)域用電緊張形勢(shì)得到了有效緩解，滿足了中國(guó)大型能源基地的外送要求[1－3]，也使得電網(wǎng)特征、運(yùn)行特征發(fā)生重大變化，電網(wǎng)運(yùn)行控制難度加大。與此同時(shí)，特高壓直流系統(tǒng)的接入使得系統(tǒng)的復(fù)雜性日益凸顯，尤其當(dāng)特高壓直流系統(tǒng)發(fā)生故障后，會(huì)引起電網(wǎng)功率嚴(yán)重失衡，進(jìn)而使頻率快速下降[4－6]，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響非常大，會(huì)威脅電力系統(tǒng)的安全性，甚至造成大面積停電，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定造成嚴(yán)重危害。防止頻率下降的主要措施是進(jìn)行緊急負(fù)荷控制[7－8]，目前的負(fù)荷控制系統(tǒng)主要包括安全穩(wěn)定控制裝置、低頻低壓減載裝置、人工事故拉限電、營(yíng)銷負(fù)荷控制系統(tǒng)、負(fù)荷群控系統(tǒng)等[9－14]。安全穩(wěn)定控制裝置、低頻低壓減載裝置能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的整定值自動(dòng)切除負(fù)荷，但維護(hù)成本高、切負(fù)荷值不夠精確，一旦動(dòng)作，容易造成過(guò)度切負(fù)荷；人工事故拉限電根據(jù)事先制定的超電網(wǎng)事故限電序位表控制負(fù)荷，有較高的負(fù)荷控制精準(zhǔn)度，但需要操作人員逐個(gè)斷開(kāi)斷路器（以下簡(jiǎn)稱開(kāi)關(guān)），所需時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)切負(fù)荷策略不夠優(yōu)化，負(fù)荷控制精準(zhǔn)度不高，需要操作人員平時(shí)進(jìn)行反事故演練；營(yíng)銷負(fù)荷控制系統(tǒng)按照用戶的等級(jí)切負(fù)荷，其切負(fù)荷模式按照輪詢控制進(jìn)行，控制效率不高；負(fù)荷群控系統(tǒng)能快速切除負(fù)荷，滿足事故情況下對(duì)負(fù)荷控制時(shí)效性的要求，但負(fù)荷控制精準(zhǔn)度差，容易擴(kuò)大限電范圍，對(duì)居民生產(chǎn)、生活用電等造成不利影響[15－16]。因此，為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電的可靠性，同時(shí)做出科學(xué)、有效的防范措施，進(jìn)而保證電網(wǎng)穩(wěn)定和用戶的需求，提高負(fù)荷控制精準(zhǔn)度勢(shì)在必行。

1 負(fù)荷控制系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 原群控系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

（1）等級(jí)化控制模式。根據(jù)《特高壓賓金直流事故處置實(shí)施細(xì)則》中的電網(wǎng)拉限電負(fù)荷分配情況，分為A—H共8個(gè)等級(jí)，如表1所示。

表1 原群控系統(tǒng)劃分的拉限電等級(jí)

（2）控制對(duì)象固定。根據(jù)細(xì)則中負(fù)荷控制要求，選擇不包含重要用戶、高危用戶等負(fù)荷性質(zhì)的22個(gè)開(kāi)關(guān)作為控制對(duì)象。當(dāng)發(fā)生特高壓故障時(shí)，系統(tǒng)判定按照某一個(gè)等級(jí)切除開(kāi)關(guān)時(shí)，只能切除該等級(jí)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)，不能靈活選擇。

（3）控制順序固定。選定的22個(gè)開(kāi)關(guān)按照優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行排列，形成負(fù)荷控制序位表。當(dāng)發(fā)生特高壓故障啟動(dòng)系統(tǒng)切除負(fù)荷時(shí)，只能按照序位表的順序逐個(gè)控制切除。

1.2 原群控系統(tǒng)負(fù)荷控制誤差大的原因

表2為某夏季高峰時(shí)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的模擬演練結(jié)果。

表2 夏季高峰期現(xiàn)有系統(tǒng)模擬演練結(jié)果

當(dāng)發(fā)生特高壓直流故障時(shí)，該等級(jí)內(nèi)對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)將全部切除。由于原系統(tǒng)采用等級(jí)設(shè)定、開(kāi)關(guān)固定、順序固定的控制模式，從方案設(shè)計(jì)方面就可以看出在負(fù)荷控制方面會(huì)存在較大誤差，主要表現(xiàn)在：

（1）由于每個(gè)等級(jí)內(nèi)控制開(kāi)關(guān)固定，而開(kāi)關(guān)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷卻實(shí)時(shí)變化，因此，當(dāng)執(zhí)行某等級(jí)事故拉限電時(shí)，實(shí)際負(fù)荷與目標(biāo)值之間必然存在較大誤差。另外，當(dāng)某等級(jí)內(nèi)某開(kāi)關(guān)因異常故障，或者檢修工作時(shí)系統(tǒng)不能過(guò)濾該開(kāi)關(guān)，則負(fù)荷控制誤差將會(huì)更大。

（2）當(dāng)執(zhí)行某等級(jí)事故拉限電后，實(shí)際切除負(fù)荷未達(dá)到目標(biāo)要求時(shí)，將根據(jù)固定順序執(zhí)行下一等級(jí)的拉限電。如：執(zhí)行C等級(jí)事故拉限電后，實(shí)際切除負(fù)荷為111.68 MW，未達(dá)到C級(jí)限電目標(biāo)141 MW，那么將執(zhí)行D級(jí)事故拉限電，最終切除負(fù)荷163.12 MW，負(fù)荷誤差率為15.7%。

為更準(zhǔn)確反應(yīng)實(shí)際情況，對(duì)2015年7—8月若干天的直流運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行抽樣分析，共得到32組數(shù)據(jù)，結(jié)果如表3所示。

表3 夏季高峰期監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)反應(yīng)的誤差結(jié)果%

由表3可知，當(dāng)前系統(tǒng)負(fù)荷控制誤差率大致分布在5%～18%。而由于實(shí)際開(kāi)關(guān)負(fù)荷變化無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)計(jì)，當(dāng)實(shí)際開(kāi)關(guān)所帶負(fù)荷與目標(biāo)值誤差很大時(shí)，負(fù)荷控制誤差率將進(jìn)一步增大。另外，隨著拉限電等級(jí)的遞增，負(fù)荷控制誤差呈減小趨勢(shì)，這由負(fù)荷誤差率計(jì)算公式不難得出。圖1為抽樣數(shù)據(jù)計(jì)算分析結(jié)果與演習(xí)結(jié)果的比對(duì)情況。

圖1 抽樣數(shù)據(jù)與演練數(shù)據(jù)誤差率對(duì)比

由圖1可知，抽樣數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與演習(xí)結(jié)果基本保持一致，說(shuō)明當(dāng)前系統(tǒng)在負(fù)荷精度控制方面確實(shí)存在較大誤差。

通過(guò)對(duì)原系統(tǒng)負(fù)荷控制誤差大的原因進(jìn)行分析，總結(jié)歸納得出2個(gè)因素：等級(jí)限電模式下控制開(kāi)關(guān)固定；選擇拉限電開(kāi)關(guān)不夠精細(xì)。

2 負(fù)荷控制精準(zhǔn)度

針對(duì)原系統(tǒng)負(fù)荷控制誤差大的原因提出2項(xiàng)對(duì)策：對(duì)策一為重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制程序；對(duì)策二為選擇10 kV線路開(kāi)關(guān)作為主要受控對(duì)象，并通過(guò)賓金直流故障進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 采用直接負(fù)荷限電模式

根據(jù)特高壓直流閉鎖調(diào)度處置方案重新修訂特高壓直流事故調(diào)度處置實(shí)施細(xì)則，將等級(jí)限電指令模式更改為直接負(fù)荷限電模式，即將調(diào)度指令更改為“執(zhí)行賓金直流事故限電X萬(wàn)kW”。

2.2 重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制程序

根據(jù)直接負(fù)荷限電指令模式對(duì)原系統(tǒng)程序進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)荷控制目標(biāo)和實(shí)際負(fù)荷情況來(lái)選擇開(kāi)關(guān)進(jìn)行切除負(fù)荷的功能。系統(tǒng)升級(jí)后控制開(kāi)關(guān)切除負(fù)荷的邏輯如表4所示。例如：指令控制負(fù)荷100 MW，程序從開(kāi)關(guān)K1，K2依次執(zhí)行，假設(shè)執(zhí)行至開(kāi)關(guān)K4，負(fù)荷總加P1+P2+P3+P4＜100 MW；執(zhí)行至開(kāi)關(guān)K5，負(fù)荷總加P1+P2+P3+P4+P5＞100 MW，則最終執(zhí)行切除5個(gè)開(kāi)關(guān)。

表4 系統(tǒng)升級(jí)后控制開(kāi)關(guān)切除負(fù)荷邏輯說(shuō)明

對(duì)策一實(shí)施后，對(duì)抽樣的數(shù)據(jù)重新計(jì)算分析，負(fù)荷目標(biāo)仍按等級(jí)目標(biāo)值，結(jié)果如表5所示。

表5 對(duì)策一實(shí)施后各等級(jí)負(fù)荷控制誤差率%

對(duì)策一實(shí)施前后抽樣數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)比如圖2所示。

圖2 對(duì)策一實(shí)施后數(shù)據(jù)誤差率對(duì)比

由圖2可知，對(duì)策一實(shí)施后負(fù)荷控制誤差率顯著降低。其中，A—F等級(jí)誤差率降低5%及以上，G和H等級(jí)誤差率降低3%～4%，平均誤差率下降接近5%。采取措施后D—H等級(jí)的誤差率可以控制在5%以下，但A—C等級(jí)的誤差率仍在5%以上。

2.3 采用負(fù)荷批量控制技術(shù)

（1）以細(xì)化控制負(fù)荷，形成小負(fù)荷、大容量的特高壓事故限電序位表為思路，在綜合分析、評(píng)估社會(huì)影響的基礎(chǔ)上，按照特高壓直流事故限電容量指標(biāo)，抽選出一定數(shù)量的10 kV線路作為主要控制對(duì)象，形成新的特高壓直流事故限電序位表。

（2）在系統(tǒng)中對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化，將新特高壓直流事故限電序位表納入系統(tǒng)中，形成負(fù)荷批量控制技術(shù)，極大地減少了負(fù)荷控制的離散性，確保特高壓直流事故后能精確切除負(fù)荷。

對(duì)策二實(shí)施后，對(duì)若干日實(shí)時(shí)負(fù)荷斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，負(fù)荷目標(biāo)仍按等級(jí)目標(biāo)值，結(jié)果如表6所示。

表6 對(duì)策二實(shí)施后系統(tǒng)各等級(jí)負(fù)荷控制誤差率%

對(duì)策二實(shí)施前后抽樣數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)比如圖3所示。

對(duì)策二實(shí)施后，通過(guò)重新修訂事故限電序位表，以負(fù)荷更加精細(xì)化的10 kV線路開(kāi)關(guān)代替主變10 kV進(jìn)行控制，形成負(fù)荷批量控制技術(shù)，負(fù)荷控制誤差率均控制在3%以下，和對(duì)策一實(shí)施后相比，負(fù)荷控制誤差率又進(jìn)一步降低。

圖3 對(duì)策二實(shí)施后數(shù)據(jù)誤差率對(duì)比

3 結(jié)語(yǔ)

文中所提基于重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)控制程序和重新修訂特高壓直流事故限電序位表的負(fù)荷控制方法，與現(xiàn)有的控制方式相比，其負(fù)荷控制精度高，平均誤差率大幅度提高，并已在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)用。電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行對(duì)于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生命財(cái)產(chǎn)有著重要的意義，尤其特高壓交直流混聯(lián)后的電網(wǎng)對(duì)安全性要求更高。由于目前系統(tǒng)中負(fù)荷控制的不夠精確，極有可能對(duì)電網(wǎng)及用戶造成很大的影響。因此，針對(duì)目前電網(wǎng)的特殊性、復(fù)雜性，應(yīng)不斷提高負(fù)荷控制精度，深入開(kāi)展研究工作，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷控制精準(zhǔn)度大幅提高，積極推進(jìn)電網(wǎng)安全運(yùn)行。

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