提升风火打捆哈郑特高压直流风电消纳能力的安全稳定控制措施研究︱本刊学术

中国电力科学研究院、中国人民大学经济学院的研究人员徐式蕴、吴萍等，在《电工技术学报》上撰文，针对风火打捆哈郑直流工程投运初期火电接入方案及电源建设存在的不确定性，基于送端电网多变的运行方式，详细分析了特高压直流投运不同阶段对送端新疆-西北电网的稳定特性带来的影响，给出了提升风电消纳能力的安全稳定控制策略及哈密换流站安控系统的配置方案，可用于指导电网的实际生产运行，解决西北新疆交流外送系统结构薄弱、交直流系统特性复杂等引起的电网安全稳定问题，实现大型能源基地送出系统的协调优化控制。

哈密-郑州±800kV特高压直流（以下简称“哈郑直流”）输电工程是首个“疆电外送”特高压直流工程，额定容量为8000MW，2013年实现双极低端投运，2014年双极投运。作为新疆电网首个大容量风火打捆特高压直流外送工程，哈郑直流送端位于新疆电网与西北主网750kV联网通道，对西北电网稳定特性产生重大影响，特高压直流与750kV交流电网以及配套风电系统耦合特性复杂，甚至影响青藏直流的安全稳定运行[1-4]。

此外，哈郑直流工程投运初期风电、光伏、火电接入方案及和电源建设存在不确定性，迫切需要掌握送端西北电网的稳定特性和运行控制技术，提出系统交直流协调控制策略和协调控制配置方案，以解决交直流系统特性复杂引起的电网安全稳定问题，缓解电网不平衡冲击功率影响范围广、安控措施量大等压力，实现大型能源基地送出系统的协调优化控制[5] 。

由于哈郑直流电压等级高、输送容量大，工程的投运必将对西北新疆750kV交流互联电网的安全稳定运行带来较大冲击，致使电网特性更加复杂，对送端西北电网和受端华中电网的安全稳定运行提出了更高的要求。目前已有文献对哈郑直流投运后电网的稳定特性进行了初步研究。其中，文献[6]分析了哈郑直流投运初期对新疆电网稳定特性的影响；文献[7]分析了哈郑直流不同的控制方式对河南电网电压稳定性的影响；文献[8]提出了哈郑直流投运后西北电网的协调运行控制模式。

大容量直流外送工程的投运对于西北电网而言是一个新的挑战，但同时也为电网安全稳定运行提供了新的控制手段，即通过直流调制和交直流协调控制改善电网运行的稳定性[9-14]。然而，针对哈郑特高压直流投运后过渡期西北电网的安全稳定控制策略及安控系统配置方案还有待更全面深入的研究。

直流发生闭锁故障后，在送端西北电网会引起电压安全及暂态稳定问题，在受端华中电网有可能导致特高压交流线路解列。同样的，送端750kV交流电网重要断面N-2故障、哈密换主变及直流近区线路故障等均会对西北电网安全稳定运行构成威胁，导致特高压直流风电消纳能力大幅降低。

为解决上述问题，从区域电网协调稳定运行的角度，针对哈郑直流工程投运初期风电、光伏、火电接入方案及和电源建设存在的不确定性以及送端电网多变的运行方式，详细分析了哈郑特高压直流投运对送端新疆-西北电网的稳定特性带来的影响，给出了保证大容量特高压直流送出系统安全稳定运行及提升风电消纳能力的控制策略，并根据所得的安控策略提出了哈密换流站安控系统的配置方案。

图1 哈郑直流送端接入电网结构示意图

结论

本文针对特高压直流工程投运初期火电接入方案及和电源建设存在的不确定性以及送端电网多变的运行方式，详细分析了风火打捆哈郑特高压直流投运对送端新疆-西北电网的稳定特性带来的影响，提出了提升风电消纳能力的控制策略，并根据所得的安控策略提出了如下的哈密换流站安控系统配置方案：

1）哈密换流站安控系统根据750kV/500kV联络变故障、500kV交流电网故障、直流单双极闭锁故障信息和750kV交流电网运行状态信息，向500kV配套电源电厂的切机执行站发送切机指令，向750kV交流电网敦煌安控主站发送切机指令，向直流极控系统发送直流紧急功率速降指令，根据750kV敦煌交流安控主站的直流紧急功率提升指令向直流极控系统发送指令执行相应的紧急功率提升措施。

2）哈密换流站的安控策略主要包括：

（1）针对750kV/500kV联络变的过载问题，需要通过速降哈郑直流功率来解决。

（2）针对配套电源近区500kV交流线路故障，需要通过切本地配套电源与速降直流功率来配合，解决暂态功角失稳及750kV/500kV联络变的过载问题。

（3）针对哈郑直流单双极闭锁故障，无配套电源时需要通过敦煌安控主站组织切新疆主网发电机组，配套电源不足时需要切本地配套电源和切新疆主网机组相配合的措施，配套电源足够时优先采取切本地配套电源的措施。

（4）针对750kV交流通道故障，配套电源较多时，可以采取直流紧急功率提升以减少切机量。