500 kV庆云变接入七台河地区电网稳定分析研究

刘 进，郭 袅，李 童，徐冰亮，刘智洋，胡远婷

(黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨 150030)

黑龙江电网分为东部网、中部网、西部网。东部网包括牡丹江、鸡西、七台河、佳木斯、鹤岗及伊春供电区[1]。黑龙江省东部煤炭资源丰富，近年来电源建设迅速，七台河厂两台600 MW机组，两台350 MW机组已经投产运行，相应的电网结构建设滞后限制了七台河厂四台机组出力，形成了电网建设滞后机组建设进度的局面。

随着500 kV庆云变和前进变陆续投产，将提高七台河地区和佳木斯东部地区的供电能力。庆云变的投产将解决七台河电厂不能全机组方式运行的问题，但是庆云变500 kV外送通道发生故障断开时，需要切除七台河厂部分机组，对电网运行影响较大。然而220 kV芦家变-庆云变双回输电线路及220 kV庆云变-新民变双回输电线路投运后，增强了220 kV电网系统与500 kV电网系统联系，解决了附近220 kV线路过载的问题。对此，为了掌握该地域电网运行情况，本文对500 kV庆云变接入七台河地区电网的稳定性进行分析。

1 模型与计算方法

电网网络结构按照500 kV集贤变与庆云变投产后的系统正常运行方式接线，电网运行数据采用EMS-web实时监测系统中监视电网设备数据，负荷利用实时采集数据，用与实际电网运行情况相符的计算数据作为电网基础数据。

对东部区域电网灵敏度进行分析，确定电网薄弱环节。针对东部区域不同开机方式进行分析计算，找出电网薄弱区域薄弱线路。

对于装机在100 MW及以上的发电机模型采用E″q、E″d、E'q电势变化的5阶模型，模型中发电机转子d轴励磁组f及阻尼绕组D的次暂态和暂态电磁过程分别以E″q和E″d电势变化表示，q轴考虑阻尼绕组Q的次暂态和暂态电磁过程，以电势变化表示。其中q轴阻尼绕组g的电磁暂态过程只在隐极机时才需考虑，不考虑q轴阻尼绕组g的暂态电磁过程，以描述隐极转子等值阻尼电感和时间常数大，对应暂态过程阻尼强的物理本质。

模型方程式如下:

对于装机在100 MW以下的发电机模型采用E'q电势恒定的2阶模型[2]。

黑龙江电网负荷模型采用感应电动机模型，其中50%为恒定阻抗模型，电动机转子电阻取0.02(标幺值)，转子电抗取0.12(标幺值)，定子开路转子回路时间常数取0.576 s，转子惯性时间常数取2 s，与转速无关的阻力矩系数取0.15(标幺值)，电动机定子漏抗取0.18(标幺值)[3]。

对220 kV芦家变-庆云变双回输电线路投运，220 kV庆云变-新民变双回输电线路投运的过渡过程进行仿真计算。计算包括正常运行方式潮流计算和N-1方式潮流计算。潮流计算在数学上可归结为求解非线性方程组，其数学模型简写为非线性方程组:

式中:F=(f1，f2，…，fn)T为节点平衡方程式;X=(x1，x2，…，xn)为待求的各节点电压。

采用的潮流计算方法为牛顿法(功率式)。该方法的数学模型是基于节点功率平衡方程式，运用牛顿法形成修正方程，再求每次迭代的修正量。该方法通常收敛性很好[4]。

计算负荷为东北电网冬大负荷，采用中国电科院PSASP6.28版程序。

2 仿真分析

2.1 潮流分析

对目前电网运行方式开展静态安全分析，通过全网的正常运行方式和N-1方式进行潮流计算，分析电网潮流运行情况[5]。

1)考虑目前电网运行情况，对不同开机情况下正常运行方式和N-1方式进行潮流计算。

东部电网是电源外送地区及风电汇集地区，而东部网局部地区网架结构相对薄弱，主变容量低，导线线径较细，如220 kV芦家变220 kV侧和110 kV侧接入的风电容量均较大，低压侧风电大发时，两条220 kV潮流送出线芦民线和佳芦线均为LGJ-185导线，线路承载能力低，均易出现过载现象。

方式1:平虎线合环，前进变投运，北架、驿马山风电场满发，薄弱线路容量利用情况如图1所示。

图1 方式1情况下薄弱线路容量利用情况

从图1中可以看出，方式一情况下滴联线、平虎线、方林线进行N-1方式计算时芦民线过载。

方式2:平虎线合环，前进变投运，北架、驿马山风电场80%出力，薄弱线路容量利用情况如图2所示。

图2 方式2情况下薄弱线路容量利用情况

从图2中可以看出，方式2情况下滴联线、方林线进行N-1方式计算时芦民线线路过载。

方式2情况下正常运行时，芦民线潮流较大，当滴联线、平虎线、方林线进行N-1方式计算时，潮流从佳木斯地区向七台河地区输送通道芦民线潮流增大，线路过载。

2)考虑电网建设过渡过程，220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线运行情况下，对不同开机情况下正常运行方式和N-1方式进行计算。

方式3:220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线运行，北架、驿马山风电场满发，薄弱线路容量利用情况如图3所示。

图3 方式3情况下薄弱线路容量利用情况

从图3中可以看出，方式3情况下北河线、滴联线、平虎线、方林线、庆方甲线进行N-1方式计算时，芦民线线路过载;七河线进行N-1方式计算时，鸡勃线过载。

方式4:220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线运行，北架、驿马山风电场80%出力，薄弱线路容量利用情况如图4所示。

图4 方式4情况下薄弱线路容量利用情况

从图4中可以看出，方式四情况下北河线、滴联线、平虎线、方林线、庆方甲线进行N-1方式计算时，芦民线过载;七河线进行N-1方式计算时，鸡勃线过载。

220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，500 kV线路潮流一部分通过220 kV芦家变-庆云变输电线送入七台河及鸡西、牡丹江地区。正常运行方式时，芦民线潮流过大。当滴联线、北河线、平虎线、方林线、庆方甲线进行N-1方式计算时，潮流从佳木斯地区向七台河地区输送通道芦民线潮流过大，线路过载。

3)考虑电网建设过渡过程，220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线停运情况下，对不同开机情况下正常运行方式和N-1方式进行计算。

方式5:220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线停运，薄弱线路容量利用情况如图5所示。

图5 方式5情况下薄弱线路容量利用情况

从图5中可以看出，方式5情况下庆方甲线N-1方式计算时芦民线线路过载。

由于芦民线断开，佳木斯地区向鸡西、牡丹江地区潮流输送通道被切断，七台河及鸡西、牡丹江地区正常运行方式下基本满足本地区负荷需求。

4)考虑电网建设过渡过程，220 kV芦家变-庆云变双回输电线路投运，220 kV庆云变-新民变一回输电线路投运情况下，对不同开机情况下正常运行方式和N-1方式进行计算。

方式6:220 kV芦家变-庆云变双回输电线路投运，220 kV庆云变-新民变一回输电线路投运，薄弱线路容量利用情况如图6所示。

图6 方式6情况下薄弱线路容量利用情况

从图6中可以看出，方式6情况下七河线、河杏线、方林线进行N-1方式计算时鸡勃线过载。

220 kV庆云变-新民变一回输电线路投运，500 kV电网潮流一部分通过220 kV庆云变-新民变输电线路送入七台河地区。当七河线、河杏线、方林线进行N-1计算时，潮流从七台河地区向鸡西地区输送通道鸡勃线过载。

2.2 检修方式

方式7:大负荷情况下，平虎线合环，前进变投运，220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线停运。

1)220 kV河杏线停电方式。平虎线进行N-1方式计算时，鸡勃线潮流达到183 MW，线路过载;滴联线潮流达到253 MW，线路过载。滴联线进行N-1方式计算时，鸡勃线流达到183 MW，线路过载。

2)220 kV滴联线停电方式。河杏线进行N-1方式计算时，鸡勃线潮流达到183 MW，线路过载。

3)220 kV平虎线停电方式。河杏线进行N-1方式计算时，鸡勃线潮流达到183 MW，线路过载;滴联线潮流达到253 MW，线路过载。

方式8:大负荷情况下，平虎线合环，前进变投运，220 kV芦家变-庆云变投运，芦民线停运，通过七河线、七民线并网的一台七台河厂350 MW机组停运，鸡西地区的机组小开机方式。

220 kV平虎线停电方式。通过七河线、七民线并网的一台七台河厂350 MW机组停运时，双北线潮流达到443 MW，线路过载。

方式9:大负荷情况下，平虎线合环，前进变投运，220 kV芦家变-庆云变投运，芦民线停运，通过七河线、七民线并网的一台七台河厂350 MW机组停运，鸡西地区的机组小开机方式，牡丹江地区的机组小开机方式。

1)220 kV平虎线停电方式。通过七河线、七民线并网的一台七台河厂350 MW机组停运时，双北线潮流达到505 MW，线路过载。

2)220 kV滴联线停电方式。通过七河线、七民线并网的一台七台河厂350 MW机组停运时，双北线潮流达到405 MW，线路过载。

2.3 检修方式控制策略

2.3.1 220 kV七河线停电方式

1)七台河厂四台机组运行时，须采取分裂方式，即一台350 MW机组通过220 kV七民线，七河线并网，且出力不大于250 MW，其余机组通过500 kV七云甲线和七云乙线并网。

2)鸡西厂与鸡西二热厂机组运行容量之和不小于425 MW，不大于550 MW。

3)控制鸡杏线鸡西变侧有功功率不大于280 MW。

2.3.2 220 kV河杏线停电方式

1)七台河厂四台机组运行时，须采取分裂方式，即一台350 MW机组通过220 kV七民线，七河线并网，且出力不大于250 MW，其余机组通过500 kV七云甲乙线并网。

2)鸡西厂与鸡西二热厂机组运行容量之和不小于425 MW，不大于550 MW。

2.3.3 220 kV滴联线停电方式

1)七台河厂四台机组运行时，须采取分裂方式，即一台350 MW机组通过220 kV七民线，七河线并网，且出力不大于250 MW，其余机组通过500 kV七云甲乙线并网。

2)鸡西二热厂最多一台机组运行。

3)鸡西二热厂一台机组运行时，牡二A、B厂机组运行容量之和不大于920 MW。

3 结论

1)正常运行时，佳木斯地区向七台河地区潮流输送通道芦民线潮流过大，线路易过载，限制北架、驿马山风电场出力。220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，500 kV线路潮流进入七台河及鸡西、牡丹江地区，芦民线潮流过大，线路承载低，易过载。220 kV芦家变-庆云变一回输电线路投运，芦民线停运后，七台河及鸡西、牡丹江地区与500 kV电网无联络，本地区发电能满足负荷需求，芦民线退出运行不影响电网稳定运行。

2)500 kV庆云变下级电压整理工程投产后，七台河电厂具备两台600 MW机组与两台350 MW机组同时运行条件，即两台600 MW机组与一台350 MW机组通过七方甲线并网;一台350 MW机组通过七河线、七民线并网，且机组出力不大于250 MW。

3)如果鸡西厂125 MW机组停运一台及以上时，鸡西地区无功电源支撑不足，电压水平降低。鸡西厂和鸡西二热厂机组运行容量之和不小于250 MW。

4)七台河联络变并列运行较七台河分裂运行时鸡西、牡丹江地区薄弱线路N-1问题更严重，建议七台河变分裂运行。

[1]杨兴华，才洪全.双B厂3台600 MW机组接入系统电网稳定控制策略[J].黑龙江电力，2009，31(6):446-449.

[2]李木一，邓丽敏，郭袅，等.基于PSASP的黑龙江电网稳定性分析[J].黑龙江电力，2010，32(3):185-187.

[3]陈衍.电力系统稳态分析[M].第二版.北京:中国电力出版社，1995.

[4]吴竟昌.中国电力百科全书-电力系统卷[M].北京:中国电力出版社，1995.

[5]王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术[M].北京:中国电力出版社，2001.