江苏5.24源网荷实切演练案例分析

孙大雁　孙玉玮　王伟　洪亮

摘要：随着特高电网的建设，江苏逐步进入大受端电网时代。由于特高压传输的功率巨大，加上长距离特高压的输送增加故障的概率，一旦出现双极闭锁的事故，江苏电网乃至华东电网将面临大额的功率缺失，很可能导致大面积的停电事故。为此，2016年起国家电网主导率先在江苏建设“大规模源网荷友好互动系统”来应对这一风险。该系统其将零散分散、不可控的海量可中断用电负荷集中起来进行精准实时控制，从而在实现调控电厂发电的同时，也能精准快速地调控用户用电。为了进一步验证系统的有效性、正确性和可靠性，在国调中心的统一组织下，2017年5月24日14时05分进行了江苏大规模源网荷友好互动系统精确切负荷控制系统的实切演练验证，本文就此次演练从技术层面和数据层面进行较详细的分析。

关键词：特高压电网；源网荷；负荷快切

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0221-02

1引言

近几年，国家电网公司积极响应国家能源变革的号召，全力构建以特高压为骨干网架，以智能电网为基础，以输送清洁能源为主导的全球能源互联网，推进大型清洁能源的远距离输送，解决了外送通道不足，跨区送电困难的问题，清洁能源利用比例日益提高。到2020年，江苏通过特高压电网引入的区外来电大将超过3700万千瓦，约占江苏总负荷31%。江苏全省新能源容量约2150万千瓦，其中风电1000万千瓦、光伏发电500万千瓦。

随着能源变革的深入推进，电网发展形态也在不断发生变化，电网安全稳定运行面临新的挑战。一方面，能源的大范围配置给电网带来系统性的风险，受端电网要求具备承受突然失去大容量区外来电的弹性承受力和恢复力，现有的区域电网的动态调节能力和备用容量难以满足需求。另一方面，由于清洁能源的随机性、波动性、间歇性的特性，增加了电网调控不确定，维持电网供需平衡难度加大，移峰填谷是亟待解决的问题。在此形势下，为提升清洁能源消纳而进行的远距离、大容量电能输送需要智能化、快速化的电网安全能力支持；未来，以可再生清洁能源为主的电能结构需要常态化、大规模的电网互动能力支持。源、网、荷三者之间实现友好互动是电网发展的迫切需求。

大规模源网荷友好互动系统在这样的背景需求下应运而生，2015年，国网江苏省电力公司积极开展创新实践，在全国首次开展了大规模源网荷友好互动系统的研究和建设。通过技术和机制的创新，构建规模化随需应变的虚拟发电资源，实现不同时间尺度的集中控制和快速响应，达到广域分布的“源”、“网”、“荷”实时动态匹配，提升了电网应对突发严重故障和移峰填谷能力，使大面积停电预警和应急处置先期响应的时间从分钟级缩短至毫秒级，显著提高了电网的弹性。

2016年江苏电力在全省建立了376万千瓦的秒级精准切负荷能力，其中具备100万千瓦的毫秒级精准切负荷能力，实施了344.75万千瓦的需求响应。预计到2020年，系统将形成1200万千瓦负荷精准控制能力。为了进一步验证系统的有效性、正确性和可靠性，在国调中心的统一组织下，2017年5月24日14时05分进行了江苏大规模源网荷友好互动系统精确切负荷控制系统的实切演练验证。随着演练总指挥的一声令下，±800千伏锦苏特高压直流被人工闭锁，江苏电网瞬间缺少300万千瓦电力供应。苏州市六分之一區域存在全部停电或者更大面积停电的风险。源网荷系统即刻动作，按事先预案瞬间下发了一系列调控指令，直流调制、抽水蓄能和精准可切负荷都正确地进行了毫秒级响应。电网频率短时内跌落至49.79Hz，控制系统动作后，迅速恢复49.99Hz，重要输电断面潮流都在正常变化范围中，没有发生越界情况。本文将对整个过程进行全方位的论述，并从技术层面进行较详细的数据分析。

2源网荷事件演变过程

整个事件包含了控制中心一系列的指令和直流调制、抽蓄切泵和负荷快切等一系列的响应动作，其中重要场景记录如下：

1）事件发生0时刻，特高压发生闭锁，本地区电网出现大额的电能供需缺口；

2）87ms后，华东收到锦苏双极闭锁信号，锦苏线功率瞬间变为0，电网频率开始下降；

3）117ms后，控制中心下发指令：琅琊山抽蓄切泵减供、政平&枫泾直流调制增发、南桥&金华直流调制增发、桐柏抽蓄切泵减供；

4）141ms后，控制中心开始进行精准切负荷指令的下发：木渎&玉山负荷控制子站Ⅰ类负荷快切、太仓Ⅰ类负荷控制子站快切、吴江Ⅰ类负荷控制子站快切；

5）212ms后，玉山负荷控制子站光纤用户响应、太仓负荷控制子站用户响应、木渎负荷控制子站用户响应、玉山负荷控制子站4G用户响应；

6）221ms后，桐柏抽水蓄能电站切泵、琅琊山抽水蓄能电站切泵；

7）236ms后，金华直流调制响应、政平直流调制响应、枫泾直流调制响应；

8）268ms后，控制中心下发第二批指令：天荒坪抽蓄切泵、宜兴抽蓄切泵、响水&仙居抽蓄切泵、奉贤&绍兴直流调制、半岭抽蓄切泵、华新直流调制；

9）410ms后，宜兴抽蓄响应、响水抽蓄响应、半岭抽蓄响应、仙居抽蓄响应、南桥直流调制响应、华新&绍兴直流调制响应、奉贤直流调制响应；

10）890ms后，天荒坪抽蓄响应；

11）电网频率恢复正常；

12）电网二次调频逐步发挥作用，被切负荷进入自主恢复阶段，至事件发生15分钟后，80%的用户负荷已经恢复。

3事件过程分析

整个实切演练经过2个多月的精心准备，动用大量人力、物力，虽然取得了成功，但过程中暴露出来的不少问题，在此进一步深入细致的分析。

1）锦苏特高压直流被人工闭锁后，江苏电网瞬间缺少3000MW万千瓦电力供应，苏州市六分之一区域存在全部停电或者更大面积停电的风险，然而本次缺额的供给主要是依靠切除天荒坪等7座抽蓄电站共计约2025MW正在抽水的机组来弥补的。

2）本次演练中启用了世界首套“大规模源网荷友好互动系统”，及时调度“虚拟电厂”资源（切除了可中断负荷25.5万千瓦，用户数233户）；控制实际下发负荷切除量本是278MW，而实际切除量为255MW，除了有15条线路（虚拟发电机）因按原来的设定小于10KW下限没有启动外，另有33条线路因负控开关的拒动而未能实现有效减供（虚拟发电机未能投产发电），这也是目前虚拟电厂建设过程中最常见故障问题，是后期繁重的检测检修任务中的一部分。

3）这次参与快切的负荷（虚拟电厂）都是小功率不重要的照明、空调、辅助设备等非生产性负荷，在系统里属于第一层级的负荷，它们的优势在于全天候随时可以使用，但单机的功率很小，将其改造为虚拟电厂的效益成本很低，导致可热备的虚拟电厂总发电量增长缓慢，难以满足实际的需求。一种有效的解决办法就是，将钢铁企业这种尽早全面纳入到协议电厂名单中来，结合轮切等先进理论重复发挥这些时段性大功率虚拟发电厂的效能。

4）从系统响应性能看，无论的虚拟电厂，还是直流调制或是抽蓄电厂其指令响应能力基本都能满足毫秒级的性能，但问题是整体上有些参差不齐，如抽蓄电站的响应速度有些有了数据级的差距，其主要延迟往往不是通道方面，更多是来自子站控制中心的延迟以及用户端控制终端的延迟，因此这些环节软件性能的优化，尖峰负荷的控制都是需要进一步努力的方向。