500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间恩施近区电网安全稳定分析

闫秉科，李大虎，曹 侃，黄文涛，何 俊

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司调度控制中心，湖北 武汉 430077）

500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间恩施近区电网安全稳定分析

闫秉科1，李大虎2，曹 侃1，黄文涛1，何 俊1

（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司调度控制中心，湖北 武汉 430077）

针对酒湖直流跨越期间，500 kV渔宜线、渔兴三回线同停对恩施近区电网的安全稳定运行的影响问题，分析了四回线同停期间恩施近区电网的运行特性，包括潮流电压、暂态稳定和频率稳定。针对各类电网风险提出了相应的安稳措施，分析了电铁等冲击负荷均会造成恩施电网的影响，研究结果对同停期间恩施近区电网的安全稳定运行具有一定的指导作用。

四回线同停;孤网运行;安全稳定分析

0 引言

国家电网调度控制中心于2017年2月23日至3月2日安排500 kV渔兴Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回线、渔宜线同停，以配合酒泉至湖南±800 kV特高压直流输电工程（以下简称“酒湖直流”）跨越施工。500 kV渔兴Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回线、渔宜线同停期间，恩施电网仅由500 kV张恩Ⅰ/Ⅱ回线与主网连接，一旦500 kV张恩Ⅰ/Ⅱ回线发生同杆线路故障跳闸，将造成恩施电网孤网运行。地区电网与主系统解列为孤网后,电源与负荷的有功、无功功率不平衡导致地区电网频率、电压大幅度波动[1-3]。如不及时采取有效控制措施,极可能因电网崩溃造成大范围、长时间停电,带来重大经济损失和社会影响[4-5]。孤网鲁棒性较差，如电铁等冲击负荷均会造成恩施电网频率崩溃或造成频率变化引发的低频减负荷动作等二次冲击，恩施孤网存在全停风险[6]。

本文对跨越期间恩施电网的网架结构、潮流电压、暂态稳定、频率稳定、安稳措施等内容首次开展全面细致的仿真计算和风险梳理，其中包括恩施电网孤网运行问题、电铁负荷的冲击问题、恩施电磁环网问题以及恩施电网全停后的快速恢复问题。针对上述问题，提出了酒湖直流跨越期间恩施电网在不同运行方式下的安全稳定分析结论、电网稳定控制策略。

1 电网结构

500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间，恩施近区500 kV电网结构如图1（a）所示。受四回线停电期间500 kV电网继电保护控制要求，水布垭电厂开单机时，需拉停500 kV恩渔任一回线。目前恩施220 kV电网打开电磁环网运行（通过220 kV麂子河变电站分母），电网结构图如图1（b）所示。

图1 施工期间恩施近区电网示意图Fig.1 Schematic diagram of Enshi district power grid under construction period

2 同停期间恩施近区电网运行特性分析

2.1 潮流电压分析

500 kV渔宜线、渔兴三回线开断后，由于恩渔三回线、水渔双回线充电无功较大，在500 kV恩施站低抗不投时，恩施电网向重庆电网送入无功功率超过400 MVar，若500 kV恩施站6组低抗全部投运，恩施电网向重庆电网送入无功功率20～240 MVar，恩施、渔峡500 kV母线电压均下降17 kV。

受张恩双回线功率控制限额的约束，本文考虑水布垭电厂最多开双机；若水布垭电厂开机大于两台，且500 kV张恩双回线故障跳闸，则恩施电网成为典型的“大机小网”，频率稳定特性极差。因此，以下分别对恩施负荷为250 MW和600 MW，水布垭不开机、开单机以及开双机各种运行方式下的潮流电压水平进行分析，并考虑恩施500 kV变电站低抗投退对电压水平的影响。具体计算结果如表1所示。

表1 不同负荷水平、开机方式恩施电网电压控制灵敏度分析（单位：kV）Tab.1 Controllable sensitivity analysis of Enshi power grid voltage under different load levels and unit commitments(unit:kV)

2.2 暂态稳定分析

张恩双回线一回三相短路跳双回以及500 kV渔峡1号母线分别故障后，恩施电网功角、电压均能保持暂态稳定，在水布垭电厂不开机时，恩施站电压稳定在485 kV左右；水布垭电厂开单机时，恩施站电压稳定在500 kV左右。

2.3 张恩双回同跳频率稳定分析

2.3.1 水布垭机组调速器附加控制采用开度控制模式

小负荷方式下，水布垭电厂开双机频率失稳，表现为恩施电网频率快速上升。水布垭电厂开单机频率基本在50 Hz附近做（接近）等幅振荡（最大振幅0.8 Hz，阻尼-0.458 7%）。水布垭电厂不开机频率特性较为复杂，在恩施受入重庆50 MW电力时，系统频率快速下降，频率失稳，其他情况频率稳定。

大负荷方式下，水布垭电厂开双机频率失稳，表现为恩施电网频率快速上升。水布垭电厂开单机频率基本在50 Hz附近做（接近）等幅振荡（最大振幅-0.4～0.8 Hz，阻尼-0.174 2%～0%）。水布垭电厂不开机频率特性较为复杂，在恩施受入重庆50 MW电力时，系统频率快速下降至49.4 Hz附近，经20 s左右恢复至49.7 Hz，未引发低频减负荷动作，其他情况频率稳定性较好。

2.3.2 水布垭机组调速器附加控制采用功率控制模式

小负荷方式下，水布垭电厂开双机，张恩双回线截0时频率下降，60 s后达到49.6 Hz左右，其他情况频率特性较好。水布垭电厂开单机，频率稳定特性较好，但在恩施送重庆50 MW电力时，频率快速上升超过51 Hz，时长约2.5 s，接近水布垭电厂高频切机第一轮动作阈值（大于51 Hz，时长5 s）。水布垭电厂不开机频率特性较为复杂，在恩施受入重庆50 MW电力时，系统频率快速下降，频率失稳；在恩施送重庆50 MW电力时，系统频率快速上升超过51 Hz（未到 51.2 Hz），时长约 4.5 s，未达到恩施电网小水电机组高频切机第一轮动作条件。

大负荷方式下，水布垭电厂开双机频率稳定，但在恩施受入重庆50 MW电力时，频率先下降（至49.28 Hz，持续9 s）后上升，未触及恩施电网低频减负荷措施第一轮动作阈值（49 Hz,持续0.2 s）,但接近特殊轮动作阈值（49.25 Hz,持续15 s），频率恢复周期较长，约50 s；水布垭开单机频率特性相对收敛，但在恩施受入重庆50 MW电力时，频率先下降（至49.27 Hz，持续1.5 s）后上升；水布垭电厂不开机频率特性相对收敛，在恩施受入重庆50 MW电力时，系统频率快速下降至49.425 Hz附近，经30 s左右恢复至49.7 Hz，也未引发低频减负荷动作。

2.4 张恩双回同跳恩施稳控、高频切机、低频/低压减负荷措施校核

由上节分析可知，水布垭机组调速器附加控制采用开度控制模式且水布垭电厂开双机时，500 kV张恩双回线故障，恩施电网频率会大幅上升造成频率失稳，频率上升幅值和持续时间均会造成水布垭电厂、恩施电网小水电机组高频切机措施集中动作，系统存在崩溃风险。从仿真结果来看，其他方式不存在触发高频切机集中动作的风险，但是裕度并不高。存在500 kV张恩双回线故障后系统的频率下降风险，但触发恩施低频减负荷措施动作的均为水布垭电厂不开机方式。小负荷方式水布垭电厂开双机（调速器附加控制采用功率控制模式）方式也可能引发低频减负荷措施动作，动作后加进一步放大恩施“大机小网”动态特性，系统存在崩溃风险。

以小负荷方式下，水布垭不开机且恩施受入重庆50 MW电力为例，500 kV张恩双回线故障后系统的频率快速下降，启动恩施第一轮（49.0 Hz，0.2 s）、第二轮（48.8 Hz，0.2 s）、第三轮（48.6 Hz，0.2 s）低频减负荷措施（累计容量为负荷的15%），系统频率能稳定在49.5 Hz左右运行。

2.5 小干扰分析

2.5.1 500kV渔宜线、渔兴三回线停电方式

在500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间，系统振荡模式整体阻尼特性较强，恩施电网与外网振荡模式阻尼水平也较强，虽然存在个别恩施小水电机组单机弱阻尼就地振荡模式和恩施机组之间的弱阻尼就地振荡模式（与全接线方式模式基本一致），这些模式与系统其他机组的相关因子基本为0，不会造成系统振荡风险。

2.5.2 500kV渔宜线、渔兴三回线、张恩双回线停电，220 kV麂子河合环方式

若在500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间，考虑拉停500 kV张恩双回线，220 kV麂子河采用合环方式降低恩施电网孤网风险，恩施电网“被迫”长距离、弱联系由220 kV麂子站经宜昌220 kV电网与主网联系，增加了若干弱阻尼振荡模式，如频率0.75 Hz阻尼0.36%恩施机组对三峡机组的振荡模式、频率0.63 Hz阻尼2.73%水布垭机组、恩施机组对外网的振荡模式。

3 电铁冲击负荷对恩施孤网稳定性影响

结合图2所示的电铁冲击负荷特性，模拟三种负荷冲击，单个矩形冲击时长20 s，有功幅值60 MW，无功幅值10 MVar，相邻矩形冲击间距20 s。在水布垭电厂不开机或开单机情况下，无论何种负荷水平，恩施电网频率均会崩溃或引发低频减负荷造成的二次冲击，且恩施机组或水布垭电厂长期处于振荡模式，系统难以稳定。

图2 三种冲击负荷特性Fig.2 Characteristics of 3 impact loads

4 结语

500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间,造成恩施电网孤网运行风险，由于孤网规模小，系统安全稳定控制难度较大，若水布垭电厂开双机，恩施电网“大机小网”特性突出，孤网后恩施电网稳定水平不高，即使孤网瞬间恩施电网保持稳定，在500 kV输电通道具备同期合环条件前，恩施电网也存在孤网后因电铁等冲击负荷造成的全停风险。建议500 kV渔宜线、渔兴三回线同停期间，水布垭电厂开机不大于一台，同时需要依靠加强设备运维等预防控制措施，完善孤网方式下紧急控制措施，提前制定全黑方式下的恢复控制措施确保电网安全。

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Security and Stability Analysis of Enshi District Power Grid under the Outage of 500 kV Yuyi Line and YuxingⅠ/Ⅱ/Ⅲ Lines

YAN Bingke1,LI Dahu2,CAO Kan1,HUANG Wentao1,HE Jun1
(1.State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China;2.State Grid Hubei Electric Power Dispatching&Control Center,Wuhan Hubei 430077,China)

Under the construction period of Jiu-Hu DC,it has a significant impact for the security and stability of Enshi district power grid with the outage of 500 kV Yuyi line and Yuxing Ⅰ/Ⅱ/Ⅲlines.Detailed analyses of the operation characteristics of Enshi district power grid with 4 lines outage are presented,including power flow,node voltage,transient stability and frequency stability,corresponding security and stability measures for various power grid risks are proposed,and the influences of impact loads are studied such as electric railway for Enshi power grid.Research results have some meaningful effect to the security and stability operation of Enshi district power grid under construction period.

four lines outage;isolated power grid operation;analysis of security and stability

TM74

A

1006-3986(2017)05-0004-04

10.19308/j.hep.2017.05.002

2017-04-07

闫秉科（1988），男，湖北宜昌人，博士，工程师。