邱生敏，杨凡，陈亦平

（中国南方电网电力调度控制中心，广州 510663）

0 前言

随着楚穗直流、普侨直流、牛从直流等云南送出大直流相继投产，南方电网主网已形成了“八交十直”送电结构，电源主要分布在云贵地区，而用电负荷中心却集中在广东珠三角地区。电源、负荷分布不均衡造成了西电大幅度送电广东。据数据统计，2017年广东受西电电力最高可达3 400万kW，超过广东负荷的1/3。大直流集中落点、以及大负荷的情况下，广东电网内部热稳问题更加突出。因此度夏期间对运行方式安排、调度运行调控要求较高，运行安排或调度调控稍有不当，可能造成线路过载、设备损坏或系统失稳。

近几年来，国内外的大面积停电事故均与电力系统热稳定问题相关，绝大部分的大面积停电是由于运行中地区联络线路异常跳闸，区域相邻连接线路超过热稳定值而导致连锁跳闸，从而引发大面积停电事故[1～7]。而热稳问题与潮流分布直接相关，受开机、负荷、送受电水平影响极大，影响因素与控制都复杂多变，尤其在电力市场环境下交易不确定性将导致局部网络、站点负荷水平不确定性大，局部断面往往压极限运行，线路重载甚至过载情况可能发生，电网实时控制难度大。若调控不当极易发生连锁跳闸，造成电网解列，发生大面积停电事故[8-13]。特别是针对广东电网的特点，大直流集中落点，负荷高并且分布不均，若发生大直流双极闭锁，潮流将出现大范围、大面积的转移，运行方式安排不合理、调控不当，均可能造成断面长期越限或线路过载，从而引发错峰限电甚至大面积停电事故[14-17]。

针对上述问题，本文首先提出了一种基于转移比的断面查找方法，为广东电网内部热稳定断面确定提供依据，着重分析广东电网内部热稳问题，特别是大直流落点周边地区电网的热稳定问题，分析落点大直流双极闭锁后潮流转移情况及各断面、线路的负载情况。再依据灵敏度分析方法，指导运行调度调控。最大限度降低直流闭锁对广东电网供电的影响。

1 基本概念及定义

1.1 电力系统热稳定概念

线路热稳定极限功率的求取一般将设备的热稳定电流折算为有功潮流，并计及环境温度的影响，具体如式(1)所示。

其中是指正常温度下线路允许通过最大电流；是环境温度系数，环境温度越高，数值越大；是指允许通过线路最大电流，是指线路允许输电最大有功功率，是指功率因数。

根据文献[18]指出：正常运行方式下的电力系统受到单一元件故障扰动后，保护、开关及重合闸正确动作，不采取稳定控制措施，必须保持电力系统稳定运行和电网的正常供电，其它元件不超过规定的事故过负荷能力，不发生连锁跳闸。系统运行中任一设备跳闸，不应造成其它设备元件过载，称为系统满足热稳定要求。

1.2 转移比及热稳断面形成

电力系统中，由多回输电线路组成的断面，若其中一回线路故障跳闸或停运，该线路的潮流转移至同一断面的其它线路。

图1 输电断面组成图

如图1所示，系统A传输至系统B由m回线路组成断面构成，传输功率为，表示系统A、B之间的功角；系统A等效电压为EA，系统B等效电压为EB；线路L1阻抗为X1，传输功率为P1，以此类推。由此可得到：

由式子(3)～(5)可得出：

假设线路Lm跳闸停运，断面两端电压不变，各支路线路阻抗不变，Lm潮流转移至其它线路，断面传输功率P0不变，可得：

其中表示线路Lm跳闸后线路L1的有功潮流，以此类推，θ'表示线路Lm跳闸后系统A、B之间的功角。

其中ΔP1表示线路Lm跳闸后线路L1的有功潮流变化量，以此类推。

由式子 (3)、(4)、(7)、(8)、(10)、(11)可得

由此可类推得出

由此可得

由此定义输电断面转移比K，可得：

由图1所示的输电断面，线路Lm跳闸后，线路L1的有功潮流变化量ΔP1，定义与线路跳闸前的潮流Pm比例为输电断面转移比K。由式子(16)可知，输电断面转移比与系统阻抗有关，与系统固有特性有关，与发电机出力、系统潮流分布无关。因此对几回固定线路组成的输电断面，某回线路跳闸，转移到其余输电断面线路的潮流比例分配基本不变。

由图1所示的输电断面，线路L1热稳极限为P1max，线路L1热稳裕度较小(正常线路负载率超过70%)，假设线路Lm跳闸后，线路L1增加的有功潮流最大，由式(16)可知，正常运行时为确保线路Lm跳闸后，线路L1不过载，需满足：

采取BPA对全网进行N-1扫描，模拟某些重要线路、设备发生单一故障跳闸后对其它设备的影响情况，用前面介绍的转移比确定方法计算查找N-1故障后负载率超过90%的设备，即当满足P1+KPm≥0.9P1max时，则认为需要对该越限或临界越限设备进行设立相关断面进行调控，即可获取相关输电控制断面，具体步骤如图2所示。

图2 断面搜索流程图

1.3 灵敏度分析的定义

实际电力系统运行中，因直流闭锁或输电线路等故障导致断面过载，需要通过不断调整断面送端和受端的发电机或调整其它直流功率，来控制断面潮流不超过热稳定极限。调整的原则应优先调高灵敏度的发电机和直流功率，如上述手段无法控制潮流在热稳极限下时，将需要采取限负荷措施。断面潮流控制与送受端发电机的调整顺序有很大的关系，找到快速、合理的调整顺序是断面控制中的关键要素。

本文介绍灵敏度分析方法，依据该方法来获取断面控制的快速手段，定义灵敏度计算为发电机出力变化量ΔPG和断面潮流变化量ΔP之间的关系，机组出力对断面潮流的灵敏度定义为：

通过计算不同发电机出力变化对所控断面潮流的灵敏度，灵敏度越高，代表该控制手段效果越好，为调度员进行断面实时控制提供调控顺序，并为方式安排提供依据。本文后面就将利用该方法，给出在大负荷情况下直流闭锁断面越限时的调控建议。

2 大直流双极闭锁分析

正常运行时，广东电网内部北电南送、西电东送潮流较重，北花甲乙、水莞甲乙、能博线及相关断面重载，北增甲线、蓄能AB联线等重载；增穗甲线停运导致增穗乙线及相关断面重载；此外，广东电网存在500 kV线路故障导致220 kV线路过载的风险，其中500 kV五江双回跳闸导致220 kV五彩甲线过载，在普侨直流跳闸或停运情况下，该断面调控难度较大。

采取2.2节介绍的方法，采取BPA进行仿真查找确定了楚穗、普侨、兴安近区等重载断面，包括从博甲乙线*0.5+北增甲线(取自南方电网断面库，表示当从博甲乙线跳闸后，50%潮流会转移到北增甲线上，导致北增甲线过载，后同)、北增双回*0.4+蓄能AB联线、五江甲乙线*0.15+五彩甲乙线、水莞甲乙线。

采取2.3节介绍的方法，采取BPA进行仿真分析广东主网各主要电厂及直流的调整情况，计算调节不同厂站出力对各断面的潮流影响情况，得出各调节手段的灵敏度。

2.1 楚穗直流双极闭锁分析

当楚穗直流发生双极闭锁，广东省内潮流发生较大变化，由西往东潮流进一步加大，导致北增甲乙线、从博甲乙线以及蓄能AB联线潮流大幅增长，其中断面北增双回*0.4+蓄能AB联线（限值1 200 MW，闭锁后为2 350 MW）、从博甲乙线*0.5+北增甲线（限值2 300 MW，闭锁后为3 509 MW）均严重过载，远超过该断面的热稳限值运行。

若运行中楚穗直流发生双极闭锁，造成断面北增双回*0.4+蓄能AB联线、从博甲乙线*0.5+北增甲线严重过载，各电厂对北增双回*0.4+蓄能AB联线断面的调控力度差别较大，整体考虑当迎峰度夏期间发生楚穗直流双极闭锁后，主网频率大幅度跌落，同时造成主网断面严重过载，需要采取有效快速措施进行调控，可以考虑完全开启蓄能机组，弥补功率缺额，同时改变直流通道的功率来控制交流入口以及这些过载断面的潮流，最后可以压减粤北、粤西机组，增粤东、广东佛山片区机组出力来达到控制目的。

2.2 普侨直流双极闭锁分析

若运行中普侨直流双极闭锁，广东内部江中珠南通道将造成功率缺额，由西往东潮流进一步加重，造成五江甲乙线*0.15+五彩甲乙线断面严重过载（限值为600 MW，闭锁后为806 MW），远超过该断面的热稳限值运行。广东省内其他断面并未受到太大影响，均运行于热稳极限内，需要对该断面进行调控。相同的分析方法根据表中不同电厂对断面灵敏度，整体考虑当迎峰度夏期间发生楚穗直流双极闭锁后，主网频率大幅度跌落，同时造成五江+五彩断面严重过载，需要采取有效快速措施进行调控。

2.3 兴安直流双极闭锁分析

若兴安直流发生双极闭锁，将造成广东内部主要断面过载，包括水莞甲乙线（限值4 000 MW，闭锁后4 124 MW）、从博甲乙线*0.5+北增甲线（限值2 300 MW，闭锁后为2 857 MW）、北增双回*0.4+蓄能AB联线（限值1 200 MW，闭锁后为1 755 MW）均发生不同程度的过载情况，广东省内其他断面并未受到太大影响，均运行于热稳极限内。

考虑到北增相关断面过载情况在楚穗直流闭锁后已有相应分析，故不再做重复调控分析，重点分析水莞甲乙断面过载的调控手段，需要调减楚穗直流及蓄能机组的出力减小来达到调控目的，而在发生直流双极闭锁情况下，降低直流功率及蓄能机组出力可能导致主网频率进一步恶化。综合上面的分析，对于迎峰度夏期间发生兴安直流双极闭锁后，应优先调增深圳东莞片区火电机组出力，在系统频率允许情况下适当调减楚穗直流功率。

3 结束语

针对近年来度夏期间广东电网内部热稳定突出问题，进行了较为详细地分析，提出了一种考虑转移比的断面查找方法，再利用灵敏度分析方法对广东电网各主要电厂及直流进行分析，最后采取BPA模拟了迎峰度夏期间楚穗直流、普侨直流以及兴安直流双极闭锁的情况，分析了不同直流双极闭锁对广东受端交流断面的影响情况，并按照广东省内各电厂及直流对省内不同输电断面的灵敏度大小，给出了三大直流闭锁事故后的具体的调控策略及建议，同时也为今后广东电网热稳定问题分析提供依据和方法。有效地指导实际运行中电网发生直流双极闭锁后，调度员快速反应、高效调控，确保电网安全稳定运行。