劉 進(jìn)，郭 裊，李 童，徐冰亮，劉智洋，胡遠(yuǎn)婷

(黑龍江省電力科學(xué)研究院，哈爾濱 150030)

黑龍江電網(wǎng)分為東部網(wǎng)、中部網(wǎng)、西部網(wǎng)。東部網(wǎng)包括牡丹江、雞西、七臺(tái)河、佳木斯、鶴崗及伊春供電區(qū)[1]。黑龍江省東部煤炭資源豐富，近年來電源建設(shè)迅速，七臺(tái)河廠兩臺(tái)600 MW機(jī)組，兩臺(tái)350 MW機(jī)組已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行，相應(yīng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)滯后限制了七臺(tái)河廠四臺(tái)機(jī)組出力，形成了電網(wǎng)建設(shè)滯后機(jī)組建設(shè)進(jìn)度的局面。

隨著500 kV慶云變和前進(jìn)變陸續(xù)投產(chǎn)，將提高七臺(tái)河地區(qū)和佳木斯東部地區(qū)的供電能力。慶云變的投產(chǎn)將解決七臺(tái)河電廠不能全機(jī)組方式運(yùn)行的問題，但是慶云變500 kV外送通道發(fā)生故障斷開時(shí)，需要切除七臺(tái)河廠部分機(jī)組，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響較大。然而220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路及220 kV慶云變-新民變雙回輸電線路投運(yùn)后，增強(qiáng)了220 kV電網(wǎng)系統(tǒng)與500 kV電網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)系，解決了附近220 kV線路過載的問題。對(duì)此，為了掌握該地域電網(wǎng)運(yùn)行情況，本文對(duì)500 kV慶云變接入七臺(tái)河地區(qū)電網(wǎng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

1 模型與計(jì)算方法

電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照500 kV集賢變與慶云變投產(chǎn)后的系統(tǒng)正常運(yùn)行方式接線，電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)采用EMS-web實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中監(jiān)視電網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)，負(fù)荷利用實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，用與實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行情況相符的計(jì)算數(shù)據(jù)作為電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

對(duì)東部區(qū)域電網(wǎng)靈敏度進(jìn)行分析，確定電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)。針對(duì)東部區(qū)域不同開機(jī)方式進(jìn)行分析計(jì)算，找出電網(wǎng)薄弱區(qū)域薄弱線路。

對(duì)于裝機(jī)在100 MW及以上的發(fā)電機(jī)模型采用E″q、E″d、E'q電勢(shì)變化的5階模型，模型中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子d軸勵(lì)磁組f及阻尼繞組D的次暫態(tài)和暫態(tài)電磁過程分別以E″q和E″d電勢(shì)變化表示，q軸考慮阻尼繞組Q的次暫態(tài)和暫態(tài)電磁過程，以電勢(shì)變化表示。其中q軸阻尼繞組g的電磁暫態(tài)過程只在隱極機(jī)時(shí)才需考慮，不考慮q軸阻尼繞組g的暫態(tài)電磁過程，以描述隱極轉(zhuǎn)子等值阻尼電感和時(shí)間常數(shù)大，對(duì)應(yīng)暫態(tài)過程阻尼強(qiáng)的物理本質(zhì)。

模型方程式如下:

對(duì)于裝機(jī)在100 MW以下的發(fā)電機(jī)模型采用E'q電勢(shì)恒定的2階模型[2]。

黑龍江電網(wǎng)負(fù)荷模型采用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)模型，其中50%為恒定阻抗模型，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻取0.02(標(biāo)幺值)，轉(zhuǎn)子電抗取0.12(標(biāo)幺值)，定子開路轉(zhuǎn)子回路時(shí)間常數(shù)取0.576 s，轉(zhuǎn)子慣性時(shí)間常數(shù)取2 s，與轉(zhuǎn)速無關(guān)的阻力矩系數(shù)取0.15(標(biāo)幺值)，電動(dòng)機(jī)定子漏抗取0.18(標(biāo)幺值)[3]。

對(duì)220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路投運(yùn)，220 kV慶云變-新民變雙回輸電線路投運(yùn)的過渡過程進(jìn)行仿真計(jì)算。計(jì)算包括正常運(yùn)行方式潮流計(jì)算和N-1方式潮流計(jì)算。潮流計(jì)算在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為求解非線性方程組，其數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)寫為非線性方程組:

式中:F=(f1，f2，…，fn)T為節(jié)點(diǎn)平衡方程式;X=(x1，x2，…，xn)為待求的各節(jié)點(diǎn)電壓。

采用的潮流計(jì)算方法為牛頓法(功率式)。該方法的數(shù)學(xué)模型是基于節(jié)點(diǎn)功率平衡方程式，運(yùn)用牛頓法形成修正方程，再求每次迭代的修正量。該方法通常收斂性很好[4]。

計(jì)算負(fù)荷為東北電網(wǎng)冬大負(fù)荷，采用中國(guó)電科院PSASP6.28版程序。

2 仿真分析

2.1 潮流分析

對(duì)目前電網(wǎng)運(yùn)行方式開展靜態(tài)安全分析，通過全網(wǎng)的正常運(yùn)行方式和N-1方式進(jìn)行潮流計(jì)算，分析電網(wǎng)潮流運(yùn)行情況[5]。

1)考慮目前電網(wǎng)運(yùn)行情況，對(duì)不同開機(jī)情況下正常運(yùn)行方式和N-1方式進(jìn)行潮流計(jì)算。

東部電網(wǎng)是電源外送地區(qū)及風(fēng)電匯集地區(qū)，而東部網(wǎng)局部地區(qū)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，主變?nèi)萘康停瑢?dǎo)線線徑較細(xì)，如220 kV蘆家變220 kV側(cè)和110 kV側(cè)接入的風(fēng)電容量均較大，低壓側(cè)風(fēng)電大發(fā)時(shí)，兩條220 kV潮流送出線蘆民線和佳蘆線均為L(zhǎng)GJ-185導(dǎo)線，線路承載能力低，均易出現(xiàn)過載現(xiàn)象。

方式1:平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運(yùn)，北架、驛馬山風(fēng)電場(chǎng)滿發(fā)，薄弱線路容量利用情況如圖1所示。

圖1 方式1情況下薄弱線路容量利用情況

從圖1中可以看出，方式一情況下滴聯(lián)線、平虎線、方林線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)蘆民線過載。

方式2:平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運(yùn)，北架、驛馬山風(fēng)電場(chǎng)80%出力，薄弱線路容量利用情況如圖2所示。

圖2 方式2情況下薄弱線路容量利用情況

從圖2中可以看出，方式2情況下滴聯(lián)線、方林線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)蘆民線線路過載。

方式2情況下正常運(yùn)行時(shí)，蘆民線潮流較大，當(dāng)?shù)温?lián)線、平虎線、方林線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，潮流從佳木斯地區(qū)向七臺(tái)河地區(qū)輸送通道蘆民線潮流增大，線路過載。

2)考慮電網(wǎng)建設(shè)過渡過程，220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線運(yùn)行情況下，對(duì)不同開機(jī)情況下正常運(yùn)行方式和N-1方式進(jìn)行計(jì)算。

方式3:220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線運(yùn)行，北架、驛馬山風(fēng)電場(chǎng)滿發(fā)，薄弱線路容量利用情況如圖3所示。

圖3 方式3情況下薄弱線路容量利用情況

從圖3中可以看出，方式3情況下北河線、滴聯(lián)線、平虎線、方林線、慶方甲線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，蘆民線線路過載;七河線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，雞勃線過載。

方式4:220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線運(yùn)行，北架、驛馬山風(fēng)電場(chǎng)80%出力，薄弱線路容量利用情況如圖4所示。

圖4 方式4情況下薄弱線路容量利用情況

從圖4中可以看出，方式四情況下北河線、滴聯(lián)線、平虎線、方林線、慶方甲線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，蘆民線過載;七河線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，雞勃線過載。

220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，500 kV線路潮流一部分通過220 kV蘆家變-慶云變輸電線送入七臺(tái)河及雞西、牡丹江地區(qū)。正常運(yùn)行方式時(shí)，蘆民線潮流過大。當(dāng)?shù)温?lián)線、北河線、平虎線、方林線、慶方甲線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，潮流從佳木斯地區(qū)向七臺(tái)河地區(qū)輸送通道蘆民線潮流過大，線路過載。

3)考慮電網(wǎng)建設(shè)過渡過程，220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線停運(yùn)情況下，對(duì)不同開機(jī)情況下正常運(yùn)行方式和N-1方式進(jìn)行計(jì)算。

方式5:220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線停運(yùn)，薄弱線路容量利用情況如圖5所示。

圖5 方式5情況下薄弱線路容量利用情況

從圖5中可以看出，方式5情況下慶方甲線N-1方式計(jì)算時(shí)蘆民線線路過載。

由于蘆民線斷開，佳木斯地區(qū)向雞西、牡丹江地區(qū)潮流輸送通道被切斷，七臺(tái)河及雞西、牡丹江地區(qū)正常運(yùn)行方式下基本滿足本地區(qū)負(fù)荷需求。

4)考慮電網(wǎng)建設(shè)過渡過程，220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路投運(yùn)，220 kV慶云變-新民變一回輸電線路投運(yùn)情況下，對(duì)不同開機(jī)情況下正常運(yùn)行方式和N-1方式進(jìn)行計(jì)算。

方式6:220 kV蘆家變-慶云變雙回輸電線路投運(yùn)，220 kV慶云變-新民變一回輸電線路投運(yùn)，薄弱線路容量利用情況如圖6所示。

圖6 方式6情況下薄弱線路容量利用情況

從圖6中可以看出，方式6情況下七河線、河杏線、方林線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)雞勃線過載。

220 kV慶云變-新民變一回輸電線路投運(yùn)，500 kV電網(wǎng)潮流一部分通過220 kV慶云變-新民變輸電線路送入七臺(tái)河地區(qū)。當(dāng)七河線、河杏線、方林線進(jìn)行N-1計(jì)算時(shí)，潮流從七臺(tái)河地區(qū)向雞西地區(qū)輸送通道雞勃線過載。

2.2 檢修方式

方式7:大負(fù)荷情況下，平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運(yùn)，220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線停運(yùn)。

1)220 kV河杏線停電方式。平虎線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，雞勃線潮流達(dá)到183 MW，線路過載;滴聯(lián)線潮流達(dá)到253 MW，線路過載。滴聯(lián)線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，雞勃線流達(dá)到183 MW，線路過載。

2)220 kV滴聯(lián)線停電方式。河杏線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，雞勃線潮流達(dá)到183 MW，線路過載。

3)220 kV平虎線停電方式。河杏線進(jìn)行N-1方式計(jì)算時(shí)，雞勃線潮流達(dá)到183 MW，線路過載;滴聯(lián)線潮流達(dá)到253 MW，線路過載。

方式8:大負(fù)荷情況下，平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運(yùn)，220 kV蘆家變-慶云變投運(yùn)，蘆民線停運(yùn)，通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺(tái)七臺(tái)河廠350 MW機(jī)組停運(yùn)，雞西地區(qū)的機(jī)組小開機(jī)方式。

220 kV平虎線停電方式。通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺(tái)七臺(tái)河廠350 MW機(jī)組停運(yùn)時(shí)，雙北線潮流達(dá)到443 MW，線路過載。

方式9:大負(fù)荷情況下，平虎線合環(huán)，前進(jìn)變投運(yùn)，220 kV蘆家變-慶云變投運(yùn)，蘆民線停運(yùn)，通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺(tái)七臺(tái)河廠350 MW機(jī)組停運(yùn)，雞西地區(qū)的機(jī)組小開機(jī)方式，牡丹江地區(qū)的機(jī)組小開機(jī)方式。

1)220 kV平虎線停電方式。通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺(tái)七臺(tái)河廠350 MW機(jī)組停運(yùn)時(shí)，雙北線潮流達(dá)到505 MW，線路過載。

2)220 kV滴聯(lián)線停電方式。通過七河線、七民線并網(wǎng)的一臺(tái)七臺(tái)河廠350 MW機(jī)組停運(yùn)時(shí)，雙北線潮流達(dá)到405 MW，線路過載。

2.3 檢修方式控制策略

2.3.1 220 kV七河線停電方式

1)七臺(tái)河廠四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，須采取分裂方式，即一臺(tái)350 MW機(jī)組通過220 kV七民線，七河線并網(wǎng)，且出力不大于250 MW，其余機(jī)組通過500 kV七云甲線和七云乙線并網(wǎng)。

2)雞西廠與雞西二熱廠機(jī)組運(yùn)行容量之和不小于425 MW，不大于550 MW。

3)控制雞杏線雞西變側(cè)有功功率不大于280 MW。

2.3.2 220 kV河杏線停電方式

1)七臺(tái)河廠四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，須采取分裂方式，即一臺(tái)350 MW機(jī)組通過220 kV七民線，七河線并網(wǎng)，且出力不大于250 MW，其余機(jī)組通過500 kV七云甲乙線并網(wǎng)。

2)雞西廠與雞西二熱廠機(jī)組運(yùn)行容量之和不小于425 MW，不大于550 MW。

2.3.3 220 kV滴聯(lián)線停電方式

1)七臺(tái)河廠四臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，須采取分裂方式，即一臺(tái)350 MW機(jī)組通過220 kV七民線，七河線并網(wǎng)，且出力不大于250 MW，其余機(jī)組通過500 kV七云甲乙線并網(wǎng)。

2)雞西二熱廠最多一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行。

3)雞西二熱廠一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，牡二A、B廠機(jī)組運(yùn)行容量之和不大于920 MW。

3 結(jié)論

1)正常運(yùn)行時(shí)，佳木斯地區(qū)向七臺(tái)河地區(qū)潮流輸送通道蘆民線潮流過大，線路易過載，限制北架、驛馬山風(fēng)電場(chǎng)出力。220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，500 kV線路潮流進(jìn)入七臺(tái)河及雞西、牡丹江地區(qū)，蘆民線潮流過大，線路承載低，易過載。220 kV蘆家變-慶云變一回輸電線路投運(yùn)，蘆民線停運(yùn)后，七臺(tái)河及雞西、牡丹江地區(qū)與500 kV電網(wǎng)無聯(lián)絡(luò)，本地區(qū)發(fā)電能滿足負(fù)荷需求，蘆民線退出運(yùn)行不影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

2)500 kV慶云變下級(jí)電壓整理工程投產(chǎn)后，七臺(tái)河電廠具備兩臺(tái)600 MW機(jī)組與兩臺(tái)350 MW機(jī)組同時(shí)運(yùn)行條件，即兩臺(tái)600 MW機(jī)組與一臺(tái)350 MW機(jī)組通過七方甲線并網(wǎng);一臺(tái)350 MW機(jī)組通過七河線、七民線并網(wǎng)，且機(jī)組出力不大于250 MW。

3)如果雞西廠125 MW機(jī)組停運(yùn)一臺(tái)及以上時(shí)，雞西地區(qū)無功電源支撐不足，電壓水平降低。雞西廠和雞西二熱廠機(jī)組運(yùn)行容量之和不小于250 MW。

4)七臺(tái)河聯(lián)絡(luò)變并列運(yùn)行較七臺(tái)河分裂運(yùn)行時(shí)雞西、牡丹江地區(qū)薄弱線路N-1問題更嚴(yán)重，建議七臺(tái)河變分裂運(yùn)行。

[1]楊興華，才洪全.雙B廠3臺(tái)600 MW機(jī)組接入系統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定控制策略[J].黑龍江電力，2009，31(6):446-449.

[2]李木一，鄧麗敏，郭裊，等.基于PSASP的黑龍江電網(wǎng)穩(wěn)定性分析[J].黑龍江電力，2010，32(3):185-187.

[3]陳衍.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].第二版.北京:中國(guó)電力出版社，1995.

[4]吳竟昌.中國(guó)電力百科全書-電力系統(tǒng)卷[M].北京:中國(guó)電力出版社，1995.

[5]王梅義，吳竟昌，蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社，2001.