特高压交直流电网系统保护及其关键技术李晓光

特高压交直流电网系统保护及其关键技术李晓光

李晓光李京生

(国网河北省电力有限公司检修分公司河北石家庄050000)

摘要：中国特高压交直流电网发展过渡期，电网特性持续发生重大变化，传统的安全稳定防御技术和措施难以适应，亟须对电网安全防控体系进行提升。在梳理电网大的特性变化基础上，分析了适应特高压交直流电网实践的“系统保护”的必要性及需求。

关键词：系统保护；特高压交直流电网；技术

1构建系统保护的必要性

传统的安全稳定三道防线体系、控制措施在交流电网发展的各个阶段，为保障电网安全运行发挥重要作用。随着电网结构特性不断变化，传统单一的稳定控制措施、措施量、防御范围和防御技术在一定程度上滞后于特高压交直流大电网运行实践，已难以满足系统安全防御要求。体现在以下几方面。现有特高压交直流电网故障对安全稳定控制量的需求激增。应对严重故障的稳控系统一般仅针对局部稳定问题设防，控制措施量相对较小、措施类型相对单一。特高压交直流电网单一通道输电容量很大，例如在同送端同受端多直流输电格局下，多回直流换相失败会在数百毫秒内引发上千万千瓦的有功波动，对送受端电网均造成严重冲击，原有基于局部稳控的设防模式不能满足严重故障后对控制措施量的需求。根据国家电网历年来的实际运行或仿真结果，得出交流Ｎ－１或Ｎ－２故障对于传统电网与特高压交直流电网的冲击，以及需要采取的措施量比较如表１所示。

表1

2系统保护的关键技术

2.1全景状态感知技术

基于广域信息采集，实现对电网重要元件、控制资源、控制装置状态和行为的全景感知，支持综合分析评价和集中监视告警［２８］。同时，为实时决策和协同控制提供信息支撑，为电网暂态特性和故障演化途径分析提供基础。需要研究系统保护本体运行状态、控制策略、可控资源，以及电网动态稳定水平全时段监视技术，研究多类信息有序存储及高效共享技术，研究系统保护装置录波、相量测量单元（ＰＭＵ）录波和故障录波构成的三位一体全网同步录波技术。系统保护全景状态感知要素、结构如图1所示。

图1

2.2实时智能决策及多资源协同控制技术

基于全景状态感知，进行在线故障智能诊断和系统暂态特征综合识别，对系统存在的问题定位和甄别，综合考虑约束条件，结合就地与系统判据，实现控制分区、控制对象及控制量多目标实时智能决策。进一步，根据实时控制资源，进行控制策略协调分解，实现源网荷多类控制资源的紧急、有序、协同控制。需要研究基于故障事件与响应信息的电网扰动场景可靠、快速判别技术，研究适应电网送受端协调的多稳定约束、多变量混合优化技术。

2.3精准负荷控制技术

传统的切负荷控制技术，以切除主变压器和高压负荷线为主，对用户影响大，可选择容量小，实施困难，在目前政策和社会容忍的范围内，传统的大规模切负荷已不具备实际应用条件。以华东电网为例，宾金、锦苏、复奉三大送华东特高压直流满送时，若同时发生双极闭锁的严重故障，华东电网将产生超过２０ＧＷ的功率缺额，需要切除超过１０ＧＷ负荷才能保持系统稳定。大规模粗放切负荷社会难以容忍，且对安全自动装置及分散布置、缺乏协调的三道防线控制措施提出巨大挑战。精准负荷控制技术，将控制对象细分到用户，根据负荷特点、用户意愿进行精确匹配，具有点多面广、选择性强、对用户用电影响小的优势，通过与传统负荷控制系统协同作用，可满足直流换相失败和闭锁故障对大量切负荷的客观要求，是保障过渡期电网安全的最有效手段。传统切负荷与精准切负荷技术对比如表２所示。

表2

精准负荷控制技术需根据稳态及暂态不同时间尺度的负荷控制需求，对大范围、大规模的可中断负荷进行统筹管理，对负荷控制对象的控制效果、时机及控制量进行定量分析，给出负荷控制经济性与电网安全性相协调的优化控制，形成完善的精准负荷控制策略和技术方案，降低故障导致的经济损失。根据电网需求，精准负荷控制应实现千万千瓦级、多时间尺度的负荷柔性控制。其中，３００ｍｓ内的负荷控制，主要解决电网暂态稳定、动态稳定、电压稳定等紧急控制问题；３００ｍｓ到１ｓ的负荷控制，主要解决系统的频率稳定控制问题；１ｓ到分钟级的负荷控制，主要解决交流断面的热稳问题和电压稳定问题；分钟级以上的负荷控制，主要用于增加系统旋转备用等恢复控制。

3系统保护的实施方案建议

以分区电网为主体，进行电网安全稳定特性分析，确定系统保护设计目标，整合各类控制资源，分别确定感知、决策、控制功能架构，分别形成分区电网系统保护实施方案。在第二道防线建设上，分别建设“集中决策、分散协调”的协控系统，实现严重故障下的紧急控制，快速阻断连锁反应。在特高压直流落点省级电网建设精准负荷控制系统，并有步骤地将该系统纳入所属分区电网的协控系统的统筹范围。

4结束语

随着电网规模和源荷侧不确定性不断增大，电网故障形态与电网运行方式更趋多样化、复杂化和不确定性，需要加强在线预决策闭环控制、基于电网响应信息的决策控制等系统保护技术的深化研究和推广应用。

参考文献:

［１］刘振亚．中国特高压交流输电技术创新［Ｊ］．电网技术，２０１7，３７（３）：１－８．ＬＩＵＺｈｅｎｙａ．ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｏｆＵＨＶＡＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３７（３）：１－８．

［２］汤广福，庞辉，贺之渊．先进交直流输电技术在中国的发展与应用［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１7，３６（７）：１７６０－１７７１．ＴＡＮＧＧｕａｎｇｆｕ，ＰＡＮＧＨｕｉ，ＨＥＺｈｉｙｕａｎ．Ｒ＆ＤａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１６，３６（７）：１７６０－１７７１．