互联系统交流联络线随机功率波动幅值研究

任 华，姚秀萍，王维庆，常喜强，周 专

(1.新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047；2.国网巴州供电公司，新疆库尔勒841000；3.新疆电力调度通信中心，新疆乌鲁木齐830002；4.国网新疆电力公司经济技术研究院，新疆乌鲁木齐830016)

互联系统交流联络线随机功率波动幅值研究

任 华1,2，姚秀萍1,3，王维庆1，常喜强3，周 专4

(1.新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐830047；2.国网巴州供电公司，新疆库尔勒841000；3.新疆电力调度通信中心，新疆乌鲁木齐830002；4.国网新疆电力公司经济技术研究院，新疆乌鲁木齐830016)

跨省电网互联后，会产生各孤立电网所不具备的新功效。电网互联后可提高系统的供电可靠性及旋转备用效益、有利于优化发电结构、降低运行费用等。但是正常运行时跨省级互联系统交流联络线上存在随机功率随机波动的现象，这种功率波动影响跨省互联系统联络线上的传输功率，严重时会威胁到电网的安全稳定运行，研究了随机功率波动的机制，并通过PSASP软件仿真及EMS系统的实测数据，对基于系统静态频率特性，推导的关于跨省级互联系统交流联络线功率波动的公式进行了验证，分析了影响联络线功率波动在理论计算与实测数据中产生误差的原因，为制定抑制联络线功率波动的措施提供依据。

互联电力系统；联络线；PSASP；EMS；随机功率波动

由于我国能源分布与电力消费之间地区分布不平衡的矛盾决定了未来我国需要建设一些大容量、长距离的输电线路将西部、北部地区的电力送往中部、东部和南部地区。以输送电力为主要目的的大区电网互联将促成全国互联电网的形成。因此，电网互联将是我国电网发展的趋势。新疆电网以750 kV电压等级线路接入西北主网后，实现了新疆电网与西北电网的联网，对促进新疆能源资源开发、实现“疆电外送”具有重要意义。跨省电网互联后，会产生各孤立电网所不具备的新功效：(1)更合理、更经济地开发一次能源，实现水火资源优势互补；(2)降低系统总的负荷峰值，减少总的装机容量；(3)减少备用容量；(4)提高供电可靠性；(5)提高电能质量[1-4]。

但是在正常运行过程中可以观察到联络线上存在有功功率波动的情况。联络线功率较大时，功率波动可能造成联络线输送功率超过静态稳定极限，严重威胁电网的安全稳定运行[5-7]。除此之外，联络线功率波动会引起两端电网的电压波动，该波动随着输送潮流的增大而增大，若缺乏无功控制手段则可能威胁电网和设备的安全运行，同时有功功率波动限制了联络线的输电能力。通过对跨省级互联系统交流联络线上功率波动的推导公式的验证，分析了影响联络线上功率波动在理论计算与实测数据中产生误差的原因，有助于掌握跨省级互联电力系统的随机功率特性，为互联电力系统的运行方式安排和控制措施的确定提供理论基础和技术依据[8-10]。

1 跨省互连系统联络线随机功率波动的机制

1.1 系统频率静态特性1.1.1负荷频率静态特性

系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。当频率偏离额定值不大时，通常采用线性关系来描述负荷对频率的变化关系为：

1.1.2 发电机组频率静态特性

当系统频率变化时，发电机组调速系统将自动改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量，从而调整发电机组的出力。发电机组出力对频率变化的调节效应可表示为：

1.1.3 系统频率静态特性

电力系统的频率静态特性是指系统功率不平衡时频率的变化特性，是负荷频率特性和发电机频率特性影响的综合结果，表示为：

1.2 两区域互联系统联络线随机功率波动

考虑如图1所示的两区域互联系统，系统A和B通过联络线组成互联系统和分别为两系统的负荷变化量和分别为两系统二次调频机组的发电功率变化量和分别为两系统的系统频率静态特性系数，为联络线功率波动量(以由A至B为正方向)。

图1 跨省互联系统示意图

对于系统A和系统B，分别有：

联解式(4)和式(5)，可得：

式(7)为跨省互联联络线功率波动，联络线上功率波动较大时可能造成联络线输送功率超过静态稳定极限。除此之外，联络线功率波动会引起两端电网的电压波动，波动幅值过大时可能引起系统稳定及电压问题，影响互联电网的安全稳定运行。因此，研究联络线的功率波动十分重要，是跨省互联大电网安全稳定运行的基础。

2 验证分析

为了验证两区域互联系统联络线随机功率波动的推导公式在计算联络线上的波动功率与实际结果有无差别，通过PSASP仿真软件分别对新疆电网切300 MW机组、西北电网切300 MW机组的情况进行了联络线功率波动仿真，并将其仿真结果与新疆电网300 MW机组跳闸时EMS系统的实测数据进行了比较。

(1)新疆电网切300 MW机组

(2)西北电网切300 MW机组

表1 理论计算与EMS系统实测结果

由表1可知两区域互联系统联络线随机功率波动的理论推导公式的理论计算结果与EMS系统的实测数据很接近，但还是存在一定的误差，误差为2.4%。此误差等级不影响两区域互联系统联络线随机功率波动的理论推导公式在实际功率波动问题中的应用。

3 原因分析

根据互连系统联络线随机功率波动的机制，造成两区域互联系统联络线随机功率波动的理论推导公式的计算结果与EMS系统实测数据存在误差的原因是实际电网系统中各种类型负荷比例与发电机的调速系统，因此对上述两种影响因素进行了仿真，结果如图2所示。

图2 不同负荷类型的频率波动曲线示意图

大型跨区域互联的电力系统、电源和负荷的种类与分布情况比较复杂，实际电网系统中负荷频率静态特性与发电机组频率静态特性对互联系统联络线上的功率波动影响很大，同时影响理论与实际的联络线上功率的计算。由图2、3可知在不同负荷类型下互联系统联络线上的频率波动与功率波动是不同的。由图4、5可知有无发电机调速系统参与下互联系统联络线上的频率波动与功率波动是不同的。复杂的电源和负荷的种类与分布的情况使互联系统中的负荷频率静态特性与发电机组频率静态特性变得复杂，因此，联络线上的功率波动在理论与实际的计算中会产生一定的误差。

图3 不同负荷类型的功率波动曲线示意图

图4 有无发电机调速系统的频率波动曲线示意图

图5 有无发电机调速系统的功率波动曲线示意图

4 结论

本文在互联系统联络线随机功率波动的机制的基础上通过对新疆与西北两区域电网联络线功率波动仿真分析与EMS的实测数据对两区域互联系统联络线随机功率波动的理论推导公式进行了验证，可知两区域互联系统联络线随机功率波动的理论推导公式在理论与实际中存在一定的误差，此误差等级不影响两区域互联系统联络线随机功率波动的理论推导公式在实际功率波动问题的应用。存在误差的原因是实际电网系统中各种类型负荷比例与发电机的调速系统，为了进一步减小联络线上的功率波动以及缩小其在理论与实际中的误差，建议如下：(1)合理选择系统内机组的开机方式以及机组的调速系统的模型，特别是承担着系统中二次调频的机组；(2)合理调整系统内的负荷类型的比例。

[1]李刚，刘晓瑞，张廷营，等.西北-新疆联网稳定特性分析[J].电力系统保护与控制，2010,38(17):64-69．

[2]王佳明，刘文颖，牛拴保.新疆-西北电网联网前后阻尼特性研究[J].电力系统保护与制，2010,38(16):93-98．

[3]房喜，印永华，杨万开，等.750 kV输变电示范工程系统小扰动试验分析[J].电网技术，2006,30(24):40-43．

[4]汤涌，朱方，张东霞，等.华北-东北联网工程系统调整试验[J].电网技术，2001,25(11):46-54.

[5]朱方，汤涌，张东霞，等.我国交流互联电网动态稳定性问题的研究及解决策略[J].电网技术，2004,28(15):1-5．

[6]赵珊珊，周子冠，张东霞，等.大区互联电网动态稳定风险评估指标及应用[J].电网技术，2009,33(2):68-72．

[7]孙景强，陈志刚，曹华珍，等.南方电网2010年低频振荡问题[J].电网技术，2007,31(S2):93-97．

[8]汤涌，孙华东，易俊，等.两大区互联系统交流联络线功率波动机制与峰值计算[J].中国电机工程学报，2010，30(19):1-6．

[9]汤涌，何剑，孙华东，等.两大区互联系统交流联络线随机功率波动机制与峰值计算[J].中国电机工程学报，2012,32(19):30-35．

[10]奚江惠，胡济洲，凌卫家.华中电力系统频率静态特性分析[J].华中电力，2002,15(4):1-2,7．

AC tie-line stochastic power fluctuation amplitude estimation for interconnection system

After the interconnection provincially,new effect which the each isolated power grid did not own could be produced.The efficiency of the system of power supply reliability and spinning reserve could be improved after the interconnection.It was helpful to optimize the power structure,reduce the operation cost,etc.But during normal operation,the phenomenon of random fluctuations was existed on random power when using AC Tie-line for the Cross-regional interconnection system. And cross-regional interconnection system link transmission power was influenced.What's more,the safe and stable operation of power grid would be seriously threatened.The random power fluctuation mechanism was studied.Through the PSASP software simulation and the measurements data of the EMS system, for static frequency characteristic of the system, the derivation of AC Tie-line for the Cross-regional interconnection system that existed on the formula of Stochastic Power Fluctuation was verified.The causes of errors in which the influence of tie line power fluctuations in the theoretical calculation and the measured data were analyzed.The evidence for measure to restrain the tie line power fluctuations was provided.

interconnected power system;tie-line;PSASP;EMS;power fluctuation

TM 712

A

1002-087 X(2015)10-2257-02

2015-03-21

教育部创新团队项目(IRT1285)；国家自然科学基金项目(51267017)

任华(1984—)，男，山西省人，硕士生，主要研究方向为电力系统稳定与控制。