特高压直流满功率故障负荷控制策略研究

马琎劼，徐正安

（国网南京供电公司，南京 210012）

1 研究背景

特高压直流系统具有大容量、可控、灵活的特点，在大区电网互联、远距离大容量输电及跨海峡送电等方面得到了十分广泛的应用[1]。随着锦苏、复奉、宾金3条特高压直流大功率、满功率输送，华东电网大规模资源配置能力显著提高。在华东电网2014年夏季典型运行方式下，锦苏直流江苏落地功率670万kW，复奉直流上海落地功率595万kW，宾金直流浙江落地功率748万kW。由于三大直流满功率输送至华东地区的功率超过2 000万kW，单一直流故障闭锁就会对华东电网造成较大冲击，如果是两大或三大直流同时故障闭锁，将会对华东电网造成史无前例的影响。

通过华东电网调度计算分析，特高压满功率故障主要影响有3个方面：一是华东电网频率大幅下降；二是故障直流落点附近500 kV线路潮流剧烈变化；三是故障直流落点附近500 kV、220 kV变电站母线电压先升后降，严重时会超出规定的范围。由于电网正常的旋转备用和潮流调整裕度不能承受如此大容量的冲击，因此，快速有效地控制用电负荷是恢复系统频率和备用、控制线路潮流的主要手段，也是故障处置的关键所在。

在特高压突发故障情况下，为确保电网安全运行、社会秩序稳定，江苏省电力公司要求充分发挥公司调控机构快速拉限和营销部门控制负荷的优势特点，二者相互配合，分别编制《特高压直流满功率运行故障调度负荷控制方案》（以下简称《调度方案》）和《特高压直流满功率运行故障营销负荷控制方案》（以下简称《营销方案》），通过电网超供电能力限电、电网事故限电、负控限电等多种手段，有效减少电网运行风险，尽可能满足用户用电需求，实现特高压事故后2 h内，满足地区用电限额控制要求，并释放限电企业的保安电源和居民用电负荷。

国网南京供电公司在2014年夏季根据江苏省电力公司要求编制《营销方案》过程中所提出了“事故类型查表快速操作法”。由于该方法可以与调度拉限电方案实现无缝对接，有效缩短负控应急处置时间，提高响应速度，该方法现已在江苏全省范围推广使用，并通过演习印证了该方法的快速、有效性。

2 方案目标

特高压调控方案及营销方案的共同目标如下：在特高压故障发生2 h内，采用负控操作手段（包含调度拉限及营销负控）满足地区用电限额控制要求，并释放限电企业的保安电源和居民用电负荷。同时，尽可能缩短指令传递、系统操作时间，最大限度减少调度拉路限电对全社会造成的影响。

特高压方案启动条件如下：在出现复奉、锦苏、宾金三大特高压直流单条或多条满功率事故状况下，快速启动，实现营销与调度部门负荷控制措施并行操作。

3 编制原则

根据年度《南京电网超供电能力限电序位表》（以下简称《超供电序位表》）和《南京电网故障限电序位表》（以下简称《事故序位表》）有针对性编制控制方案，保证在事故突发情况下，营销负控操作与调度拉限操作紧密配合，将事故影响范围缩减到最小，主要原则如下。

（1）在特高压故障发生后2 h内，若调控中心已执行超供拉路限电或电网故障限电，预案应满足：一是在限电线路供电恢复后15 min内对已受限用户（不含居民用户和重要用户）继续实施限额用电，用户用电限额参照年度有序用电方案进行确定；二是相关线路供电恢复后，针对用户保安用电引起的负荷的部分增加，补充相应容量的用户参与执行故障应急处置。

（2）在特高压故障发生后2 h内，若调控中心未执行限电措施，故障处置应按特高压故障等级选取合适的预案分组进行处置（可按有序用电紧急避峰方案序位处置），但应尽力考虑用户执行时间紧促造成的保安负荷变化。

4 编制思路

4.1 对应关系

以南京为例，调度部门为了提升针对特高压事故处置的应急响应速度，在《调度方案》编制过程中采用了群控策略，即对《超供电序位表》和《事故序位表》中控制能力按5万kW分组，在拉限时采用群组控制策略。《超供电序位表》和《事故序位表》区别在于，《超供电序位表》中拉路的对象为10 kV及以上专线用户（包括调度管辖用户或纯工业负荷线路），《事故序位表》中拉路的对象为上级变电站出线，控制对象为系统变电站。

为了确保特高压事故《营销方案》与《调度方案》无缝对接，必须确保调度分组中用户与营销分组中用户的对应关系，即《超供电序位表》群组中用户与营销分组中负控用户一一对应；《事故序位表》群组涉及用户中，具备负控条件的用户必须全部包含在营销对应分组中。其对应关系如表1所示。

表1 调度控制分组与营销控制分组用户对应关系

具体匹配方法为，对于调度超供电分组用户，根据供电线路匹配所供出用户，对于多电源用户，如有一路电源属于超供电限电分组则用户纳入对应营销超供电分组；对于调度事故分组，根据调度拉路所涉及变电站进行用户匹配；对于多电源用户，有一路电源由事故拉限变电站供出则用户纳入对应营销事故分组。

按以上分组对应关系进行设置即可实现编制原则中在对某调控分组实施调度拉路并恢复供电后15 min内对已受限用户继续实施限额用电。

4.2 测算方法

由于调度对分组拉路并恢复供电后，即便是对其中负控用户实施限额用电，仍将导致总负荷的上升，超出省调下达的特高压事故用电限额，因此需要补备调度方案以外的用户投入负荷控制，用于平衡调度执行拉路并恢复供电后用电负荷的上升。在本文中将与调度分组对应的营销分组（如表1）中的用户定义为调控执行类分组，将用于平衡线路恢复供电增量负荷的营销分组定义为负控补备类分组。

调度第i分组控制负荷能力LiD与对应营销调度控制类第i分组控制能力LiY，以及对应该分组供电恢复时保安负荷LiB之间的数学关系为

即调度分组控制负荷能力等于对应营销调度控制类分组负控控制能力加该分组恢复供电时所增加的保安负荷。

而对应负控补备类分组的负荷控制能力LiBB应满足如下关系，即

负控补备类分组控制能力不能小于对应调度分组供电恢复时所引起的保安负荷增加值。

5 序位安排

以南京供电公司特高压负荷控制方案为例，根据以上编制思路与编制原则，对调度分组与营销分组的对应关系进行关系匹配。

5.1 特高压故障（调度）负荷控制方案序位

调度方案包括2个部分。

（1）《特高压直流故障南京地区超供电能力限电方案》，结合南京地区超供电能力限电序位表进行编制，方案序位分成14个档次（分组），共计处置容量70万kW，均由专线用户、调度管辖用户或纯工业负荷线路组成，共计80条供电线路，涉及用户181户。

（2）《特高压直流故障南京地区事故限电方案》，结合南京地区事故限电序位表进行编制，方案序位分成13个档次（分组），共计处置容量76.5万kW。

5.2 特高压故障（营销）负荷控制方案序位

根据上述编制原则，营销负荷控制方案结合超供电能力限电和事故限电序位开展编制。

共安排54个轮次（分组），其中序位用户共分2种类型。

（1）调控执行类

由特高压故障调度负荷控制方案中用户组成，序位参照调度超供电能力限电方案安排，事故限电方案中专线用户不与超供电限电方案重叠的，后置安排序位。

调控执行类用户共计安排1—27轮次（编号统一命名为“宁营特高压调控超供电01—14组”和“宁营特高压调控事故01—13组”），每轮次5万kW至13万kW不等，应急处置容量146.5万kW。具体分组见表2。

表2 调控执行类分组列表

（2）负控补备类

由除调控执行类用户外的地区负控大用户组成，序位参照年度有序用电避峰方案进行安排，共计安排为“宁营特高压01—27分组”，合计27个分组，其中01—14轮次为调度超供电拉限轮次补备，15—27轮次为调度事故拉限补备，合计涉及2 218户，总计应急处置能力为76.23万kW。具体分组见表3。

表3 负控补备类分组列表6执行原则

6 执行原则

营销部门接特高压故障处置通知后，应根据以下原则启动方案。

（1）根据调控中心通知，故障突发情况下调控中心超供电限电（事故限电）序位执行用户，首先纳入营销负荷控制序位执行。

（2）负控补备类分组用户选取相应容量整组纳入控制，纳入控制分组限电容量应不少于调控中心拉路限电用户保安负荷。

（3）若接到调控中心通知，距离首个限额时段超过2 h，且调控中心明确不执行拉路操作，则优先使用调度执行类分组。

7 操作方式

根据以上执行原则制定《负控人员特高压事故预案操作表》（分调度拉路和未拉路2种，以下简称《操作表》），根据调度部门的执行情况，负控人员根据表格投入相应控制分组，该操作表可以实现特高压事故过程中，营销负控人员的快速应急操作。

7.1 快速操作表

7.1.1 调度拉路情况下操作表

在调度执行拉路控制情况下，负控主台首先了解调度拉路控制档次，并根据操作表（调度拉路，见表4）中调度拉路档次与营销投入分组对应关系，分别将调度控制类分组和负控补备类分组纳入执行计划。

以南京供电公司为例，建立调度拉路情况下负控人员快速操作表如表4。

表4 负控人员特高压事故预案操作表（调度拉路）

7.1.2 调度未拉路情况下操作表

在距离首个限额时段超过2 h，且调控中心明确不执行拉路操作情况下，根据调度部门发布的负荷缺口，根据操作表（调度未拉路，见表5），将相应负控分组纳入执行计划。

表5 负控人员特高压事故预案操作表（调度未拉路）

7.2 操作流程图

7.2.1 调度未拉路操作流程

调度未拉路情况下负控人员应急处置流程见图1。

7.2.2 调度已拉路操作流程

调度已拉路情况下负控人员应急处置流程见图2。

图1 调度未拉路负控人员操作流程图

图2 调度已拉路负控人员操作流程图

在迎峰度夏特高压直流大功率、满功率输送期间，调度主台与负控主台均应安排人员进行24 h值班，并确保沟通畅达。负控人员根据调度拉限轮次的传递指令，根据快速操作表及执行流程图，对涉及用户组执行负荷控制操作。

8 结论与建议

本文就特高压事故后，调度控制策略与营销控制策略进行了详细分析研究，并对二者的执行过程建立了无缝对接策略，可以实现特高压故障后，在尽可能实现最大限度的降低用户影响范围的情况下，快速有效地控制电网负荷，实现事故快速应急响应。本文的创新点如下：

·抽象出了事故应急处置过程中相关控制负荷的数学模型。本文就事故应急处置过程中调度控制负荷、用户保安负荷、营销控制负荷之间的数学关系进行了量化，给出了计算公式，让控制用户数量、范围可以量化。

·提出了“事故类型查表快速操作法”。该方法可以在事故处置过程中，帮助负控人员在最短时间内做出决策，减少人员判断所需时间和发生误操作的可能性。

·分别根据特高压事故发生后调度执行拉路和未执行拉路的情况制定出了具体操作流程，让“事故类型查表快速操作法”真正走向了实用化。

下一步重点工作建议如下：

·进一步优化处置策略，压缩负荷控制时限，降低影响范围，让特高压事故应急处置更加快速、准确、高效。

·进一步整合负荷管理系统、有序辅助决策系统、营配集成系统、“电力一点通”手机平台，开发相关应用程序，实现特高压应急响应的自动化、智能化、互动化。

·编制特高压事故应急处置作业指导书，建立完善健全的工作制度和科学合理的工作流程，定期开展系统测试及应急处置演练，做到特高压事故应急管理工作常态化。

[1]刘振亚，张启平.国家电网发展模式研究[J].中国电机工程学报，2013，33（7）：1-10.

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[3]王莹，刘兵，刘天斌，等.特高压直流闭锁后省间紧急功率支援的协调优化调度策略[J].中国电机工程学报，2015，35（11）：2 695-2 701.

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