直流输电运行对云南电网的影响研究

彭俊春，钱卫华，赵庆丽，方豪

(云南省电力设计院，昆明 650051)

直流输电运行对云南电网的影响研究

彭俊春，钱卫华，赵庆丽，方豪

(云南省电力设计院，昆明 650051)

结合云南直流输电工程均是以大型水电站为依托的实际，研究了直流并网、孤岛运行方式对云南电网的供需形势、潮流分布及安全稳定水平的影响，并进一步模拟分析了直流紧急功率支援等新技术在云南电网运用的效果。研究发现直流孤岛加剧了云南 “丰余枯缺”的用电矛盾，但可基本消除多回直流故障导致主网失稳的风险，提高系统稳定性。

交直流并列运行；供需形势；电网安全稳定；直流紧急功率支援

0 前言

随着交流同步大电网的快速发展，电网面临的稳定问题、短路电流问题越来越突出，受输电距离的限制，交流电网难以在大范围内实现资源的优化配置。直流输电方式以其运行经济性好、输电距离长、可实现非同步联网等方面的优势，成为区域间电网互联以及远距离输电的主要输电方式。

云南作为南网范围内水电资源最丰富的省份，无论从近期还是远期来看都将作为送端，规划有多个直流输变电工程送电至省外，云南将成为全国范围内直流落点最多、运行方式最复杂、安全稳定问题较突出的电网之一。

云南省内已有和规划的直流输电工程均是以大型水电站为依托，根据直流系统是否与交流系统联系，可以将直流运行方式分为并网运行、孤岛运行。不同的运行方式对云南电网的供需形势、潮流分布及安全稳定水平有重大影响。主要表现在以下方面：

1)影响云南电力供需形势。云南长期面临“丰余枯缺”的用电矛盾，而直流依托电站较好的调节性能可起到将丰期电能挪至枯期的作用，若直流孤岛运行，失去电站的调节后，云南将面临丰期弃水增加、枯期出现缺额的问题。

2)影响云南电网的安全稳定运行。此外，随着国内外柔性直流输电技术、多直流紧急功率支援与电压稳定控制、HVDC与SVC协调控制等新技术的不断发展，为多直流的安全稳定水平的提高提供了技术支撑。

3)直流的运行方式关系到云南的整体供需，更关系到云南主网架的安全稳定，在此大背景下，开展直流运行方式对云南电网的影响研究，可以为调度部门提供参考，为云南电网的规划建设提供依据。

1 对云南供需形势的影响

1.1 电站出力与外送特性对比

2015年，云南将形成 “三直四交”的西电东送大通道，三条直流外送均有1～2座大型水电站作为依托，网架结构具备直流并网运行或孤岛运行的条件。三大直流所依托的小湾电站、糯扎渡电站具备年调节能力，溪洛渡电站具备季调节能力，是2015年云南省三江干流大水电中调节性能最好的三座电站。2015年三大直流外送按协议外送情况下，依托电站发电量与外送电量对比如图1所示。

图1 直流外送与依托电站丰枯期电量对比

可以看出：丰期小湾、金安桥电站有约50亿kWh电量要送至云南主网，而溪洛渡、糯扎渡直流分别可吸纳主网盈余电量约9、27亿kWh；枯期在满足外送协议的情况下三直流分别还可留存云南电量约38、8、40亿kWh。若直流采取孤岛运行，则全年直流多送电量101亿kWh，外送最多的楚穗直流外送利用小时达到6 260 h；丰期减少向主网输送电量仅15亿kWh，而枯期减少留存云南电量86亿kWh。

1.2 对云南供需形势影响

分别对直流并网运行与孤岛运行情况下云南的供需形势进行对比分析，结果如图2所示。

图2 2015年直流不同运行方式下云南供需形势 (枯水年)

可以看出，直流并网运行方式下，由于有了直流依托电站的年调节性，可实现丰期送出云南主网盈余电量，枯期电量留存云南消纳，这种情况下云南丰期弃水47亿kWh，全年水电利用小时3 302 h，火电利用小时4 500 h，季节性电力盈余350万kW。若直流采取孤岛运行方式，由于直流依托电站调节性能较好，外送曲线可由受端自由调节，云南失去小湾、糯扎渡等调节性能较好电站后，“丰余枯缺”用电矛盾严重，全年弃水增加至95亿kWh，水电大量弃水后利用小时降低至2 911 h，火电利用小时为4 650 h情况下，枯期电量缺额达到26亿kWh，同时季节性电力盈余增加至400万kW。

2 对云南电网安全稳定影响

2.1 电网的安全稳定风险

直流并网情况下，由于目前的安稳控制策略是针对单回直流故障制定的，在系统发生多回直流组合性故障的情况下，即使现有安稳策略动作，也不能使电网保持稳定。在直流孤岛情况下，由于直流系统不与云南交流系统发生联系，直流故障后不会有大量的潮流转移冲击云南主网，因此云南主网可保持稳定，在多回直流N-2情况下，由于电源损失过多，需广东采取切负荷措施才能保持电网稳定。

综上所述，直流并网运行方式下，单回直流双极闭锁，目前的安稳措施正确动作，可以保持系统稳定；但是针对多回直流组合闭锁故障，目前的稳控系统无法实现多回直流稳控系统之间的通信和协调控制，无法建立各类组合中切机切负荷量与故障前直流功率之间的函数关系，因此无法找到稳控策略防范多直流组合故障。直流孤岛运行方式下，多回直流组合闭锁故障导致主网失稳风险基本消除。

2.2 主要断面送电极限

2015年，直流孤岛运行与并网运行相比，云南送出断面受限因素由直流闭锁后交流出口动稳转变为厂口～七甸线路热稳，交流输电能力明显提高，但是由于溪洛渡电站丰期出力受阻，孤岛后直流输电能力减少，交直流输电能力基本不变。

此外，还对直流不同运行方式下省内主要断面的送电能力进行分析研究，发现直流孤岛运行后，云南电网规模变小，电压支持能力下降，滇西北主要断面外送输电能力有较大程度下降。

表1 直流不同运行方式下云电外送断面极限

3 直流技术运用效果

云南电网是一个典型的多直流送出系统，这样的系统为直流功率紧急支援技术在云南的运用创造了有利条件。直流功率紧急支援包括功率的紧急提升与回降。当受端或送端电网发生严重故障时，要求直流系统迅速改变输送功率，支援送端或受端电网，以便使其尽快恢复正常运行。利用直流输电系统对交流系统进行紧急功率支援具有以下优点：

1)快速可靠；

2)调节的容量可以很大：

3)对系统造成的经济损失小。

上述优点使得利用直流输电系统对交流系统进行紧急功率支援成为一种经济可行的控制手段。

目前的直流输电系统一般具备1.3倍的暂时(3～10 s)过负荷能力和1.1倍的短时 (2 h)过负荷能力。根据以上原则，对楚穗直流双回极闭锁后溪洛渡和糯扎渡直流采取紧急功率支援进行仿真分析，并与切机措施进行对比，如下图所示。

图3 楚穗直流双极闭锁后另两回直流紧急升功率仿真结果

可以看出，两种措施均能使系统保持稳定，但是采取紧急升功率后换流站母线频率、小湾功角波动、交流通道功率波动幅值更小，收敛性更好。若仅考虑切机，则需切除小湾4台机280万kW，切机量较大，若考虑直流紧急功率支援，则可减少小湾切机量，减少受端备用电源的投入量，充分利用水电资源，提高经济性。

与此同时，由于直流功率的提升导致换流站消耗无功增多，母线电压明显降低。此外，直流功率的回降相当于给交流系统带来了第二次扰动，对系统电压的影响较为明显，对系统频率的影响较小。

4 结束语

云南电网是整个南方电网的末端，2015年将形成一个 “强直弱交”的送端电网，直流系统的运行方式或是故障后对云南电网影响较大。云南直流输电工程均是以大型水电站为依托，根据直流系统是否与交流系统联系，可以将直流运行方式分为并网运行、孤岛运行。

从直流运行方式对云南供需形势的影响来看，由于直流依托电站均是云南调节性能较好的电站，直流并网运行，可起到丰期送出云南主网盈余电量、枯期电量留存云南消纳的作用；直流孤岛运行，云南失去小湾、糯扎渡等调节性能较好电站后，导致云南丰期季节性电能增加，弃水大量增加，枯期电力电量缺额增加， “丰余枯缺”用电矛盾更加严重。

从直流运行方式对云南电网安全稳定的影响来看，直流孤岛后，直流故障不会导致潮流的大规模转移，多回直流组合闭锁故障导致主网失稳风险基本消除，云南电网面临的安全稳定风险大大降低，同时孤岛后云南交流通道的送电能力也得到了提高。但是，直流孤岛运行，云南电网规模变小，电压支持能力下降，滇西北主要断面输电能力有较大程度下降。

云南电网是一个有多直流送出的电网，有利于直流功率紧急支援技术的运用，根据仿真计算的结果，采用此技术后，故障情况下可有效减少机组切机量，充分利用水电资源，提高经济性，提高电网的稳定水平。

建议孤岛方式仅作为云南直流的一种特殊运行方式，特殊情况下采用；云南面临的交直流并列运行带来的巨大安全风险问题，可通过云南电网与南网异步进行解决。建议积极推进直流功率紧急支援技术等直流新技术在云南的运用。

[1] 赵畹君.高压直流输电工程技术.北京：中国电力出版社，2004

[2] DL755-2001，电力系统安全稳定导则[3] 南方电网技术研究中心，西南电力设计院，广东省电力设计研究院，等.《±800 kV云广特高压直流工程对南方电网安全稳定影响研究》系列报告.广州：南方电网技术研究中心，2006

[4] 云南省电力设计院.《云南电网 “十二五”电力系统设计》系列报告.昆明：云南省电力设计院，2011

[5] 陈允鹏.南方电网特高压输电技术应用展望.南方电网技术研究中心.2006

[6] 李立浧.特高压直流输电的技术特点和工程应用.电力设备，2006

赵庆丽 (1973)，高级工程师，云南省电力设计院，长期从事电力系统规划、电力系统仿真技术研究。

Research on Influence of DC Operation Mode on Yunnan Power Grid

PENG Junchun，QIAN Weihua，ZHAO Qingli，FANG Hao
(Yunnan Electric Power Design Institute，Kunming 650051，China)

This paper studies the influence of the the two operation modes to Yunnan power grid supply and demand situation，trends and distribution of safe and stable level.And then studies the effect of new technologies on the Yunnan Power Grid such as the DC emergency power support.HVDC operating as island exacerbated conflicts that Surplus in the flood season and shortages in the dry season，but it can eliminate the risk of instability in the main network because of DC fault，improve system stability.

AC-DC parallel operation；Supply and demand；Security and stability of the grid；the DC emergency power support

TM74

B

1006-7345(2015)03-0017-03

2015-1-9

彭俊春 (1987)，助理工程师，云南省电力设计院，长期从事电力系统规划、电力系统仿真技术研究 (e-mail)864024443＠QQ.com。

钱卫华 (1974)，高级工程师，云南省电力设计院，长期从事电力系统规划、电力系统仿真技术研究 (e-mail) qianweihua2005＠126.com。