淮沪特高压实时潮流控制与AGC协同策略研究

李端超，徐 瑞，吴继平，汤 伟，滕贤亮，张小白，马金辉

(1.国网安徽省电力有限公司，安徽 合肥 230061；2.南瑞集团公司(国网电力科学研究院)，江苏 南京 211100)

0 引言

2013年以来华东电网区域内三条交流特高压输变电工程陆续建成并投产，淮-沪特高压南环、浙-闽特高压与淮-沪特高压北环将形成连接主要负荷中心和能源基地的特高压交流环网，在促进能源资源优势转化和缓解东部地区供电紧张的同时，电网潮流控制难度却大为增加[1,2]。

淮-沪特高压交流线路投产后，因电网静态稳定和电压控制的需要，对特高压联络线功率波动提出了要求，传统的以频率控制为目标的联络线控制体系需适应特高压联络线功率波动控制要求。安徽电网作为区内特高压交流的送端电网，发生N-1故障对系统冲击大，将造成电网断面潮流大幅转移以及联络线功率和电压、频率的大幅波动，影响系统稳定运行水平和一次设备安全。因此，需要掌握特高压交流输电线路运行特性，实施相应控制策略保证特高压输电线路安全。

文献[3]提出了适应特高压联络线功率控制的AGC控制策略，省调维持本控制区有功就地平衡，网调则跟踪发电计划，紧急情况下省调和网调控制区提供相互支援使特高压联络线功率恢复。文献[4]阐释了华东动态ACE控制策略，提出了考虑跨区送电机组跳闸和联络线越限约束的动态ACE 的改进方法。文献[5]提出了特高压直流闭锁后的省间紧急功率支援优化调度策略，策略考虑了省间断面限额、区域备用限制约束条件，其本质是对动态ACE的改进和完善。文献[6]提出了利用AGC与安全约束调度闭环的方法，实现省内重要稳定断面越限的预防和校正控制。

已有的研究集中在跨区特高压交流联络线的控制和特高压直流闭锁故障后的功率恢复控制[7]，而区内特高压交流输电与500kV联络线共同承担着省间电力、电量交换的责任，具有其特殊性。本文首先分析区内特高压输电线路的功率波动特点，对常态下和故障态下的频率和联络线控制策略进行了研究，以完善特高压联络线与省间联络线协调控制策略。

1 淮-沪特高压联网情况

淮-沪特高压工程线路全长2×656km，按同塔双回路设计，线路途经安徽、浙江、江苏、上海等4 省市，如图1所示。工程的建成对于缓解长三角地区能源资源紧张局面，促进两淮地区丰富燃煤资源外送和提升电网优化资源配置起到积极作用。近年来，随着华东电网外受电容量的逐年增长，淮-沪特高压有利于进一步提高华东电网接受区外来电的能力和抵御向家坝-上海等直流输电系统发生严重故障的能力。

图1 淮-沪特高压工程示意图

华东区域电网投运的特高压交流工程包括淮-沪特高压工程、特高压扩建工程(安吉-福建的特高压交流工程)以及淮南-南京-上海特高压工程形成T型特高压网架，在华东负荷中心形成淮南-皖南-浙北-上海-苏州-泰州-南京-淮南特高压交流环网，对区域电网调度运行控制提出了更高要求。

2 淮-沪特高压联络线功率波动分析

2.1 特高压联络线功率波动分析

利用概率密度函数对安徽电网特高压联络线功率波动的历史数据进行分析，包括不同条件下特高压功率的偏差，统计一段时间内特高压联络线出现不同幅值范围波动的概率。某日特高压联络线功率波动曲线如图2所示。

图2 淮-沪特高压联络线功率波动曲线

图2在负荷低谷和负荷高峰阶段，特高压联络线功率相差较大，功率波动特性也存在一定差异。负荷低谷和高峰时段的特高压联络线功率波动概率分布如表1和表2所示。

经数据统计分析得出，在正常的有功控制方式下，淮-沪特高压联络线功率波动在±35MW～±65MW之间，且随着输送功率的增加而增大。

表1 特高压联络线功率波动偏差概率分布(低谷时段)

表2 特高压联络线功率波动偏差概率分布(高峰时段)

通过长时间尺度的特高压联络线功率波动偏差统计，其分布属于正态分布，平均值接近0，标准差约为25MW。

2.2 特高压联络线功率波动相关性分析

根据安徽电网运行的实际特点，选择与特高压联络线落点电气距离近或灵敏度系数较大的电厂，分析特高压联络线功率波动与电厂出力间的相关性。

图3 关键直调电厂与特高压功率波动曲线关系

A电厂为特高压交流的送端电厂，与特高压联络线功率波动联系紧密，其相关系数为-0.2178，功率波动对特高压功率影响明显，如图3(a)所示。而其他直调电厂与特高压“芜湖-安吉”段潮流没有明显关联关系，如图3(b)所示。通过对安徽省网内机组分析，与特高压落点电气距离近的机组与特高压功率波动偏差无关联关系。

通过对特高压联络线偏差与相邻省份500kV联络线的相关系数分析，发现与安徽与浙江500kV联络线功率波动的相关系数为0.7238，属于密切相关；与安徽与江苏省间联络线功率波动的相关系数为0.1532，属于弱相关，如图4所示。因此，安徽与浙江的省间联络线联接紧密，需重点关注两省间的联络线潮流控制问题。

图4 特高压功率偏差与省间联络线关系

2.3 特高压联络线落点省调控制行为分析

由于“芜湖-安吉”段特高压联络线是联接安徽和浙江两省的联络线，将分别对安徽和浙江的ACE与特高压联络线及其省间联络线的相关性进行分析，找出影响联络线控制的关键因素。

如图5所示，湖-安特高压联络线功率波动与安徽电网ACE的互相关系数有0.5923，属于明显相关，但同时因为安徽与浙江多条省间联络线的存在，安徽电网的ACE不完全反映在特高压联络线功率波动上。

图5 特高压功率偏差与安徽省调ACE关系

如图6所示，特高压联络线(湖安段)功率偏差与浙江ACE的互相关系数较小，仅为-0.2046，说明浙江电网的ACE与湖-安特高压联络线的功率波动关联较小，因此，特高压联络线波动的控制只需要安徽电网控制好本省的ACE。

图6 特高压功率偏差与浙江省调ACE关系

3 特高压区域电网潮流与AGC协同策略

3.1 特高压潮流与AGC协同控制框架

根据第3节分析可知，淮沪特高压联络线波动要分别对“淮南-芜湖”段和“芜湖-安吉”段实施控制。其中“淮南-芜湖”段为皖电东送机组的送出通道(定义为“皖电东送控制区”)，其功率波动主要受该控制区内机组出力波动影响；“芜湖-安吉”段为安徽与浙江省间联络线，其功率波动受安徽和浙江两省ACE影响，同时需要控制多条联络线的有功潮流。

将安徽省调控制区分为皖电东送控制区和安徽控制区(扣除皖电东送控制区后的封闭控制区)，如图7所示。为抑制特高压联络线功率波动，“淮南-芜湖”段皖电东送控制区采取计划跟踪模式(FTC)，跟踪外送电计划，避免产生大幅联络线功率波动。安徽控制区仍采用联络线频率偏差控制模式(TBC)，维持本控制区有功的就地平衡，在此基础上，对联络线潮流实时监视，避免特高压联络线输电功率越限。

图7 控制区划分和控制模式

3.2 特高压线路潮流优化控制策略

根据淮沪特高压联络线功率运行状态和送端电网工况状态，将特高压电网划分为正常、预警和紧急三种状态。三种状态划分依据特高压联络线送出潮流断面裕度、送端电网有功调节能力和特高压联络线运行状态。如图8所示。

图8 特高压电网运行状态

三种状态的划分及控制目标如下：

1)当特高压联络线送出断面有充足的裕度时，电网处于正常状态，AGC控制的主要任务是维持电网平衡，满足控制性能指标要求；

2)当特高压联络线送出断面接近限值时，电网处于预警状态，AGC维持电网平衡的控制行为应避免断面重载程度进一步增加；

3)当特高压联络线送出断面超过限值或特高压输电线路一回故障断开时，电网处于紧急状态，AGC维持电网平衡的控制行为应解除断面越限和特高压断开引起的连锁故障反应。

特高压线路潮流优化需要满足特高压电网正常、预警和紧急工况下的特高压联络线功率控制要求。特高压潮流安全为安徽控制区的第一要务，在保证安全的前提下实施平衡控制。

预警状态下，AGC在分配机组出力时，对于已存在的重载联络线输电线路或潮流断面，灵敏度为正的机组不能增加出力；灵敏度为负的机组不能减少出力；灵敏度接近零的机组出力调节不加限制。从而有效避免由于AGC调节而引起重载联络线输电线路或潮流断面过负荷。

紧急状态下，利用安全约束调度对联络线越限的优化结果，用于指导AGC机组调节出力消除越限，灵敏度为正的机组优化结果作为机组的调节上限，灵敏度为负的机组优化结果作为机组的调节下限。若送端电网通过调整仍无法消除联络线中特高压线路越限，则请求分调修改送电计划，通过安徽控制区少送、浙江控制区少受的方式，减少总送电关口功率，解除特高压输电线路越限。

3.3 特高压线路潮流转移控制策略

利用BPA软件，对发生特高压联络线及省间联络线断线等故障后安徽邻近断面潮流转移情况进行分析。

表3 “芜湖-安吉”段N-1故障后潮流转移情况

如表3所示，当芜湖-安吉的特高压联络线发生N-1故障，对联络线自身功率转移91.6%，安徽电网本身受和送出不发生变化。浙江电网从安徽少受入192MW，江苏电网从安徽电网多受入188MW，电网潮流发生大范围转移。

表4 安徽内部机组跳闸后各断面潮流转移统计表

如表4所示，当安徽电网调管范围内的机组发电跳机故障时，不同位置机组对特高压联络线、江苏电网联络线和浙江电网的联络线波动的影响是不同的。对特高压联络线波动影响比较明显的是皖团洲、皖新桥和皖居巢电厂，对皖-浙500kV联络线影响比较明显的是皖平圩和皖永丰、皖铜陵电厂。对皖-苏联络线影响比较明显的是皖居巢和皖新桥电厂。

特高压联络线(芜湖-安吉)发生N-1故障时，潮流将流向另一回线路，极易引发潮流越限问题，需紧急解除输电断面越限。而针对安徽电网省内机组跳闸引起的特高压联络线潮流波动，需要兼顾平衡和断面安全控制要求。

1)特高压线路故障后紧急越限解除：

特高压联络线(芜湖-安吉)发生N-1故障，此时电网潮流转移，并没有功率损失，需要通过机组出力再调整实现越限断面潮流的转移。

考虑到断面越限功率较大，利用校正控制策略，单机校正量会比较大，一次性下发会对电网造成冲击，因此，采用计划限值校正的方式，逐步将出力拉到调整量附近。根据调整量和机组调节速率，对机组出力限值调整。同时，考虑500kV和1000kV多断面集的校正控制策略，在特高压线路越限校正过程中，对500kV输电线路潮流实时监视，避免潮流转移形成新的断面重载或越限。

2)网内机组跳闸后越限调整：

网内机组跳闸后伴随着功率恢复和联络线调整双重控制目标。功率恢复控制应避免加重断面重载或越限程度。根据机组跳闸后特高压线路潮流状态和机组对特高压线路的灵敏度信息，功率恢复控制中减少正相关机组的增出力调整。若机组跳闸同时伴随联络线越限，功率恢复控制中可优先增加负相关机组出力，AGC平衡控制和校正控制同步执行。

4 结语

特高压联络线功率波动具有复杂性，与区内外发用电平衡、各类扰动等多种因素相关联，潮流控制是一个复杂的问题。本文从AGC角度探讨了特高压交流输电线路实时潮流安全运行的控制策略，对潮流与AGC协同控制体系框架、潮流优化控制和电网故障状态的潮流转移控制策略进行了研究，以提升特高压区域电网运行的安全性和可靠性。后续将深化华东特高压网架结构下的电网特性分析，进一步完善相关频率和特高压联络线控制策略。