含大量風(fēng)電場的末端電網(wǎng)750kV外送通道故障后的孤網(wǎng)控制策略分析

鄧梅 李長福 張燕 胡仁祥

摘 ?要：針對含大量風(fēng)電場的末端地區(qū)電網(wǎng)外送通道由220千伏上升為750千伏網(wǎng)架后，研究外送750千伏通道發(fā)生故障后，地區(qū)電網(wǎng)電壓、頻率問題的動態(tài)過程，運用電力系統(tǒng)綜合分析程序（power system analysis software package， PSASP）程序仿真分析，不同的切機組合策略，對孤網(wǎng)快速穩(wěn)定的效果。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);孤網(wǎng);風(fēng)電場;切機

中圖分類號：TM727 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）18-0134-03

Abstract： After the external transmission channel of the terminal regional power network with a large number of wind farms rises from 220kV to 750kV grid， the dynamic process of voltage and frequency problems in the regional power network after the failure of 750kV transmission channel is studied. Using the power system analysis software package（PSASP） program simulation analysis， this paper studies different cutting combination strategiesand the effect of fast and stable isolated network.

Keywords： power system; isolated network; wind farm; cutting machine

前言

電力系統(tǒng)穩(wěn)定指正常運行時，系統(tǒng)經(jīng)受干擾（如短路、切成故障、切除線路、切機等），電網(wǎng)保持同步運行、不發(fā)生頻率和電壓崩潰的一種能力。這種抗干擾的能力就是電力系統(tǒng)能保證正常運行所必須具備的能力。通常用暫態(tài)穩(wěn)定來判據(jù)電力系統(tǒng)每一次遭受大擾動后，電網(wǎng)中各發(fā)電機之間的相對功角開始大幅震蕩，然后快速恢復(fù)至另一個穩(wěn)定狀態(tài)，電網(wǎng)中各變電站電壓也恢復(fù)到一個合理的范圍。

在風(fēng)電資源豐富的新疆阿勒泰和塔城地區(qū)，由于地區(qū)經(jīng)濟主要以養(yǎng)殖和旅游為主，電網(wǎng)負荷較輕。大量的風(fēng)電場接入后，改變了原有的地區(qū)潮流，以外送為主。2018年底，750kV塔城變投運后，750kV塔五雙線成為阿勒泰和塔城電網(wǎng)與新疆電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的主通道，原220kV下野地變和夾河子變分列運行。送出通道電壓等級的提升，直接帶來了外送的增加，有利于降低風(fēng)電的棄風(fēng)率。但風(fēng)電出力的有功增加，改變線路傳輸功率與新疆主電網(wǎng)系統(tǒng)的慣量，使得地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性發(fā)生了變化。

本文選取新疆北部末端阿勒泰和塔城電網(wǎng)作為研究對象，該地區(qū)為大電源（風(fēng)電裝機規(guī)模大，常規(guī)水電和火電裝機規(guī)模小）、小負荷地區(qū)，風(fēng)電發(fā)展快。地區(qū)電網(wǎng)通過750kV塔五雙線外送有功680MW，極端情況下發(fā)生750kV雙回線路跳閘，造成新疆阿勒泰和塔城地區(qū)孤網(wǎng)運行。網(wǎng)內(nèi)的多余的發(fā)電出去必須通過穩(wěn)控裝置快速切除，避免發(fā)生機組功角和頻率失穩(wěn)。但如何在風(fēng)電送出地區(qū)分配切除方案，是關(guān)系電網(wǎng)能否快速恢復(fù)穩(wěn)定的關(guān)鍵。本文通過PSASP軟件仿真分析多種切機方案，找到最優(yōu)。

1 風(fēng)電出力與電網(wǎng)頻率之間的關(guān)系

風(fēng)電場裝機規(guī)模占地區(qū)電網(wǎng)比例越大，對地區(qū)電網(wǎng)頻率影響越大。風(fēng)電因其自身的隨機波動性和間隙性，決定了風(fēng)電場出力的功率波動，將對電網(wǎng)的頻率產(chǎn)生影響，這種影響隨著出力越大，影響越顯著。對電網(wǎng)中一些對頻率敏感負荷將產(chǎn)生一定影響，甚至影響正常工作。出于此種情況考慮，地區(qū)電網(wǎng)中配備的其他常規(guī)機組，就必須具備快速的頻率響應(yīng)能力，能進行頻率跟蹤調(diào)節(jié)，抑制頻率的波動。

2 風(fēng)電出力與電網(wǎng)電壓之間的關(guān)系

3 某末端電網(wǎng)情況

新疆阿勒泰和塔城電網(wǎng)處于新疆電網(wǎng)的最北端，2018年底，750kV塔城變、750kV塔五雙線將該地區(qū)豐富的風(fēng)電出力送入新疆主網(wǎng)、送往內(nèi)地省份，同時也大幅度降低片區(qū)棄風(fēng)率（圖1）。

4 仿真分析

故障設(shè)置：750kV塔五雙線在1s時，五側(cè)發(fā)生三相短路接地，1.2s兩側(cè)斷路器跳閘，新疆主網(wǎng)與阿勒泰和塔城電網(wǎng)解網(wǎng)。

4.1 方案1：僅切除孤網(wǎng)地區(qū)風(fēng)電680MW風(fēng)電出力。切機分配方案（風(fēng)電：火電：水電=100%：0：0）

從圖2、圖3可以看出，在切除同等風(fēng)電的發(fā)電出力下，電網(wǎng)能夠快速得到穩(wěn)定。750kV塔城變的220kV母線電壓下降幅度較大，且恢復(fù)較慢，最后穩(wěn)定在216kV左右。其他變電站母線電壓均能恢復(fù)到故障前水平。孤網(wǎng)瞬間電網(wǎng)頻率飆升至50.72Hz，逐步成下降趨勢，在故障后的第13S時，電網(wǎng)頻率下降至50.3Hz。

4.2 方案2：切除孤網(wǎng)地區(qū)風(fēng)電480MW和水電200MW出力。切機分配方案（風(fēng)電：火電：水電=70%：0：30%）

從圖4、圖5可以看出，在切除70%的風(fēng)電和30%的水電發(fā)電出力下，電網(wǎng)也能夠快速得到穩(wěn)定。750kV塔城變的220kV母線電壓下降幅度較大，且恢復(fù)較慢，最后穩(wěn)定在214kV左右，較方案1，電壓下降了2kV。其他變電站母線電壓均能恢復(fù)到故障前水平。孤網(wǎng)瞬間電網(wǎng)頻率飆升至50.68Hz，逐步成下降趨勢，在故障后的第13S時，電網(wǎng)頻率下降至50.4Hz，電網(wǎng)頻率恢復(fù)較慢。

4.3 方案3：切除孤網(wǎng)地區(qū)風(fēng)電350MW和火電300MW出力。切機分配方案（風(fēng)電：火電：水電=55%：45%：0）

從圖6、圖7可以看出，此種方案，電壓在160kV以下，頻率在51.5Hz，電壓和頻率均未能恢復(fù)，孤網(wǎng)失去穩(wěn)定。

4.4 方案4：切除孤網(wǎng)地區(qū)水電350MW和火電300MW出力。切機分配方案（風(fēng)電：火電：水電=0：45%：55%）

因孤網(wǎng)內(nèi)僅有兩座火電廠，一座出力300MW（油田電廠），另一座150MW（賽爾電廠），當(dāng)考慮此種方案，切除了孤網(wǎng)中的主力火電廠和大部分水電機組，電網(wǎng)失去了快速響應(yīng)的常規(guī)機組，剩下的風(fēng)電機組，因自身特性，不具備調(diào)頻和調(diào)壓能力，造成電網(wǎng)失去穩(wěn)定。

4.5 小結(jié)

從圖8、圖9中可以看出，方案1和方案2兩種切機方式，孤網(wǎng)的電壓和頻率均能滿足穩(wěn)定。從電壓和頻率波動幅度以及快速恢復(fù)上看，方案1優(yōu)于方案2。

5 結(jié)論

（1）大規(guī)模風(fēng)電通過750kV電網(wǎng)網(wǎng)架送出的末端電網(wǎng)，在孤網(wǎng)后的電網(wǎng)電壓和頻率與風(fēng)電出力大小息息相關(guān)。孤網(wǎng)前的風(fēng)電出力越大，孤網(wǎng)后電網(wǎng)的電壓和頻率越不容易控制。

（2）孤網(wǎng)后的電網(wǎng)能否快速穩(wěn)定，與自動裝置的可靠性和快速性密切相關(guān)，從而避免發(fā)生系統(tǒng)崩潰。

（3）孤網(wǎng)中的風(fēng)電場，不僅要考慮風(fēng)機的低電壓穿越的能力。特別是在送出電網(wǎng)，還應(yīng)提高風(fēng)機的高頻能力，在電網(wǎng)發(fā)生高頻時，在規(guī)定的時間內(nèi)不能發(fā)生風(fēng)電機組自動脫網(wǎng)，否則會造成孤網(wǎng)內(nèi)的頻率高低來回波動，最后導(dǎo)致孤網(wǎng)系統(tǒng)崩潰。

（4）末端送出電網(wǎng)，在發(fā)生故障后，要充分保留具有調(diào)節(jié)功能的水電和火電機組，在切機方案制定時，優(yōu)先選擇切除風(fēng)電機組，以提高常規(guī)機組對孤網(wǎng)系統(tǒng)的頻率控制能力。

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