西电东送纯直流输电方案研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由图 1 和图 2 可见，许多直流线路落点于同一 交流系统，这对系统的安全稳定性会有何影响？本 文的主要工作就是研究在不同交流和直流故障条
2
Power System Technology
Vol.28 No.19
件下各交流系统的暂态稳定性，并特别关注直流系
统的恢复特性。
3600MW 府谷1
160km 开闭所
Q0、V0、f0 分别为稳态运行时负荷的有功和无功功 率以及负荷节点的电压和频率；kp、kq 为有功、无 功频率特性系数。
2.2 直流模型及其适用性 本文的直流模型采用由 PSS/E 提供的模拟直流
系统响应特性的直流响应特性模型[3]。正确使用时域 仿真软件来研究机电暂态过程，需要清楚理解模型的 有效性和适用性以及所研究系统的运行状况和故障。 直流响应特性模型的假设条件[4,5]为：①换流器的交 流侧母线电压是对称的；②换流器的运行也是对称 的；③直流电压和电流是平直的，没有纹波；④换流 变压器无损耗，并且忽略换流变压器的激磁导纳。
Fig. 3 Power angle curves of typical plants
in East China power grid
第 28 卷 第 19 期
电网技术
3
有功功率/MW 无功功率/Mvar
2000
1500
1000 500
无功
0
−500 −1000
有功
−1500
−2000
−2500
−3000
KEY WORDS: HVDC transmission；Power transmission from West China to East China；Multi-infeed HVDC system；Power system stability；Recovery characteristics of HVDC system
仿真计算中，所有直流线路的控制方式为定功 率控制。正常运行时，整流侧采用定电流控制，逆 变侧采用定电压控制。 2.3 暂态稳定性分析规则和计算条件
本文以 N–1 规则为主要的安全稳定性判据。按 照 N–1 规则，网络中任意一条输电线路故障或者直 流单极闭锁时，系统在不切机、不切负荷的情况下 都应该保持稳定[6,7]。
稳定性，并对多直流落点系统中各直流线路的恢复特性进行 了研究。分析结果表明，西电东送工程采用纯直流输电方案 在技术上是可行的。
关键词：高压直流输电；西电东送；多馈入高压直流输电系 统；电力系统稳定性；直流输电系统的恢复特性
1 引言
随着我国电力系统的发展，大区电网将逐步互 联，系统规模将进一步扩大[1]。到 2030 年左右，西 电东送的电力将分北、中、南三条通道送出。北通 道主要将陕北煤电和黄河上游水电送往北京、天 津、河北和山东，中通道和南通道主要通过直流线 路将西南水电送出[2]。2030 年陕北煤电基地将达到 最终规模，有 3 个 3600MW 电厂和一个 3000MW 电厂，总装机容量将达到 13800MW。按照规划， 陕北煤电的电力通过北通道的 6 条 500kV 紧凑型交 流线路和一条±500kV、输电容量为 3000MW 的直流 线路送往华北电网，如图 1 所示。到 2030 年，西部 水电送往中部和东部的电力将达到 68800MW，采用 纯直流输电规划方案，如图 2 所示，直流线路的额 定输送电压为±500kV/±600kV。其中，11 条 ±600kV、输电容量为 3500MW 和 1 条±500kV、 输电容量为 3000MW 的直流线路送西部水电至东 部电网，3 条±600kV、输电容量为 3500MW 的线 路送电至南方电网，6 条±500kV、输电容量为 2700MW 和 1 条±600kV、输电容量为 3500MW 的 直流线路送电至华中电网。
系统稳定器（PSS）。负荷采用如下计及频率特性的
静态负荷模型：
P
=
P0[ p0
+
V
p1
( V0
)
+
V
p2
( V0
)2 ](1 +
kp
∆f f0
)
(1)
Q
=
Q0 [q0
+
V
q1
( V0
)
+
V
q2
( V0
)2 ](1 +
kq
∆f f0
)
(2)
式中 p0、q0 为恒功率负荷百分比；p1、q1 为恒电
流负荷百分比；p2、q2 为恒阻抗负荷百分比；P0、
黄 莹 1，徐 政 1，曾德文 2，张 琳 2
（1．浙江大学电机系，浙江省 杭州市 310027；2．中国电力工程顾问集团公司，北京市 西城区 100011）
STUDY ON PURE DC TRANSMISSION SCHEME FOR FUTURE POWER TRANSMISSION FROM WEST CHINA TO EAST CHINA
t/s
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
图 4 三峡－黄渡直流线路逆变侧的有功和无功功率
Fig. 4 Active power and reactive power at inverter side of
网动态行为的模型和仿真工具是非常重要的。对于
大规模交直流系统而言，较合适的研究工具为时域
仿真程序。本文采用电力系统仿真软件 PSS/E 为主
要研究工具，分析整个系统的暂态稳定性，所有的
发电机均采用详细模型，考虑励磁系统和调速系
统，并计及饱和对模型的影响。为了提高系统抑制
低频振荡的性能，给一些大型发电机组配置了电力
270km
保北
3600MW 府谷2
160km 开闭所
270km
保南
3600MБайду номын сангаас 神木
210km 开闭所
300km
石北
3000MW 陕北火电
3000MW ±500kV 800km
济南
图 1 2030 年北通道陕北煤电外送规划输电方案 Fig. 1 Planned transmission scheme of thermal power in the north of Shaanxi province through the north channel in 2030
猴子岩 杨房沟
锦屏
锦屏 锦屏
I II
青口
白鹤滩左二 观音岩
梅白
白鹤滩右二
金沙江电网
漂坝 乌东德右
白鹤滩左一
黄琅
双河坝
白鹤滩右一
落雁 乌东德左
蒙古山
济南 无锡 南京 苏州 南汇 上海西 东部电网 湖州 杭州 金华 福州
泉州邢台
±500kV,3000MW
开封
汉口
三峡地下
武昌
新余 长沙
中部电网
湘潭
衡阳
鲁地拉 云南水电 两家人
HUANG Ying1，XU Zheng1，ZENG De-wen2，ZHANG Lin2 （1．Department of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang Province，China；
2．China Power Project Consulting Co., Ltd.，Xicheng District，Beijing 100011，China）
摘要：2015 年后全国联网格局将逐步形成，届时，全国电 网将分为四个同步电网，即东部电网、中部电网、南方电网 及西北电网。对于远距离（超过 1000km）、大容量（超过 50GW）的西电东送工程，如果采用纯直流输电方案，将会 出现多条直流线路同时落点于同一交流系统的情况，这对交 流系统的安全稳定运行有一定影响。文章以 2030 年为水平 年，分析了在不同直流和交流系统故障情况下各同步电网的
第 28 卷 第 19 期 2004 年 10 月
文章编号：1000-3673（2004）19-0001-04
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM721.1 文献标识码：A
Vol.28 No.19 Oct. 2004
学科代码：470·4051
西电东送纯直流输电方案研究
黄登
惠州
江门 广东电网 湛江
图 2 2030 年西南水电外送规划输电方案 Fig. 2 Planned transmission scheme of hydropower in
Southwest China in 2030
2 系统建模及其适用性
2.1 仿真工具及建模
为了分析暂态稳定性，采用能够模拟大互联电
功角/(ｏ) 129.0
128.0
t/s (a) 双鸭山电厂
功角/(ｏ)
50.00
49.90
t/s (b) 大同二厂
功角/(ｏ)
−3.0
−4.0
−5.0
t/s
(c) 邹县电厂
功角/(ｏ)
28
26
24
t/s
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
(d) 北仑港电厂
图 3 东部电网典型发电厂的功角曲线
ABSTRACT: In the year after 2015, the nation-wide power grid interconnection in China will be formed step by step. At the appointed time, this nation-wide interconnected power grid will be divided into four synchronized power systems, i.e., the East China power grid, the Central China power grid, the South China power grid and the Northwest China power grid. For long distance (longer than 1000km) bulk power (more than 50GW) transmission from West China to East China, if the pure DC transmission scheme is adopted, there will be more and more HVDC links feeding power to different points in a same synchronized AC network, and such situation may affect the secure and stable operation of AC network. Taking the year of 2030 as the target year, the stability of the synchronous power grids under different faults occurred in AC and HVDC systems is analyzed and the recovery characteristics of the DC transmission lines within the multi-infeed HVDC systems are researched. The research results show that pure DC power transmission from West China to East China is technically feasible.
3 交流系统故障时各区域电网的稳定性
根据 N–1 规则，以 500kV 交流线路三相短路 0.1s 后切除该线路为暂态稳定的计算条件，对东部 电网、南方电网和华中电网的 500kV 交流线路进行 扫描。扫描结果表明，在 N–1 故障情况下系统都能 保持稳定，所有直流线路都能很快恢复，没有出现 连续换相失败而不能恢复的情况。当东部电网的徐 行－黄渡交流线路的徐行侧故障时，各典型电厂的 功角响应曲线如图 3 所示，三峡－黄渡直流线路的 响应曲线如图 4~7 所示。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50277034）；国家重点基 础研究专项经费资助项目（G1998020310）。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China （50277034）；Project Supported by Special Fund of the National Priority Basic Research of China(G1998020310)．
2
Power System Technology
Vol.28 No.19
件下各交流系统的暂态稳定性，并特别关注直流系
统的恢复特性。
3600MW 府谷1
160km 开闭所
Q0、V0、f0 分别为稳态运行时负荷的有功和无功功 率以及负荷节点的电压和频率；kp、kq 为有功、无 功频率特性系数。
2.2 直流模型及其适用性 本文的直流模型采用由 PSS/E 提供的模拟直流
系统响应特性的直流响应特性模型[3]。正确使用时域 仿真软件来研究机电暂态过程，需要清楚理解模型的 有效性和适用性以及所研究系统的运行状况和故障。 直流响应特性模型的假设条件[4,5]为：①换流器的交 流侧母线电压是对称的；②换流器的运行也是对称 的；③直流电压和电流是平直的，没有纹波；④换流 变压器无损耗，并且忽略换流变压器的激磁导纳。
Fig. 3 Power angle curves of typical plants
in East China power grid
第 28 卷 第 19 期
电网技术
3
有功功率/MW 无功功率/Mvar
2000
1500
1000 500
无功
0
−500 −1000
有功
−1500
−2000
−2500
−3000
KEY WORDS: HVDC transmission；Power transmission from West China to East China；Multi-infeed HVDC system；Power system stability；Recovery characteristics of HVDC system
仿真计算中，所有直流线路的控制方式为定功 率控制。正常运行时，整流侧采用定电流控制，逆 变侧采用定电压控制。 2.3 暂态稳定性分析规则和计算条件
本文以 N–1 规则为主要的安全稳定性判据。按 照 N–1 规则，网络中任意一条输电线路故障或者直 流单极闭锁时，系统在不切机、不切负荷的情况下 都应该保持稳定[6,7]。
稳定性，并对多直流落点系统中各直流线路的恢复特性进行 了研究。分析结果表明，西电东送工程采用纯直流输电方案 在技术上是可行的。
关键词：高压直流输电；西电东送；多馈入高压直流输电系 统；电力系统稳定性；直流输电系统的恢复特性
1 引言
随着我国电力系统的发展，大区电网将逐步互 联，系统规模将进一步扩大[1]。到 2030 年左右，西 电东送的电力将分北、中、南三条通道送出。北通 道主要将陕北煤电和黄河上游水电送往北京、天 津、河北和山东，中通道和南通道主要通过直流线 路将西南水电送出[2]。2030 年陕北煤电基地将达到 最终规模，有 3 个 3600MW 电厂和一个 3000MW 电厂，总装机容量将达到 13800MW。按照规划， 陕北煤电的电力通过北通道的 6 条 500kV 紧凑型交 流线路和一条±500kV、输电容量为 3000MW 的直流 线路送往华北电网，如图 1 所示。到 2030 年，西部 水电送往中部和东部的电力将达到 68800MW，采用 纯直流输电规划方案，如图 2 所示，直流线路的额 定输送电压为±500kV/±600kV。其中，11 条 ±600kV、输电容量为 3500MW 和 1 条±500kV、 输电容量为 3000MW 的直流线路送西部水电至东 部电网，3 条±600kV、输电容量为 3500MW 的线 路送电至南方电网，6 条±500kV、输电容量为 2700MW 和 1 条±600kV、输电容量为 3500MW 的 直流线路送电至华中电网。
系统稳定器（PSS）。负荷采用如下计及频率特性的
静态负荷模型：
P
=
P0[ p0
+
V
p1
( V0
)
+
V
p2
( V0
)2 ](1 +
kp
∆f f0
)
(1)
Q
=
Q0 [q0
+
V
q1
( V0
)
+
V
q2
( V0
)2 ](1 +
kq
∆f f0
)
(2)
式中 p0、q0 为恒功率负荷百分比；p1、q1 为恒电
流负荷百分比；p2、q2 为恒阻抗负荷百分比；P0、
黄 莹 1，徐 政 1，曾德文 2，张 琳 2
（1．浙江大学电机系，浙江省 杭州市 310027；2．中国电力工程顾问集团公司，北京市 西城区 100011）
STUDY ON PURE DC TRANSMISSION SCHEME FOR FUTURE POWER TRANSMISSION FROM WEST CHINA TO EAST CHINA
t/s
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
图 4 三峡－黄渡直流线路逆变侧的有功和无功功率
Fig. 4 Active power and reactive power at inverter side of
网动态行为的模型和仿真工具是非常重要的。对于
大规模交直流系统而言，较合适的研究工具为时域
仿真程序。本文采用电力系统仿真软件 PSS/E 为主
要研究工具，分析整个系统的暂态稳定性，所有的
发电机均采用详细模型，考虑励磁系统和调速系
统，并计及饱和对模型的影响。为了提高系统抑制
低频振荡的性能，给一些大型发电机组配置了电力
270km
保北
3600MW 府谷2
160km 开闭所
270km
保南
3600MБайду номын сангаас 神木
210km 开闭所
300km
石北
3000MW 陕北火电
3000MW ±500kV 800km
济南
图 1 2030 年北通道陕北煤电外送规划输电方案 Fig. 1 Planned transmission scheme of thermal power in the north of Shaanxi province through the north channel in 2030
猴子岩 杨房沟
锦屏
锦屏 锦屏
I II
青口
白鹤滩左二 观音岩
梅白
白鹤滩右二
金沙江电网
漂坝 乌东德右
白鹤滩左一
黄琅
双河坝
白鹤滩右一
落雁 乌东德左
蒙古山
济南 无锡 南京 苏州 南汇 上海西 东部电网 湖州 杭州 金华 福州
泉州邢台
±500kV,3000MW
开封
汉口
三峡地下
武昌
新余 长沙
中部电网
湘潭
衡阳
鲁地拉 云南水电 两家人
HUANG Ying1，XU Zheng1，ZENG De-wen2，ZHANG Lin2 （1．Department of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，Zhejiang Province，China；
2．China Power Project Consulting Co., Ltd.，Xicheng District，Beijing 100011，China）
摘要：2015 年后全国联网格局将逐步形成，届时，全国电 网将分为四个同步电网，即东部电网、中部电网、南方电网 及西北电网。对于远距离（超过 1000km）、大容量（超过 50GW）的西电东送工程，如果采用纯直流输电方案，将会 出现多条直流线路同时落点于同一交流系统的情况，这对交 流系统的安全稳定运行有一定影响。文章以 2030 年为水平 年，分析了在不同直流和交流系统故障情况下各同步电网的
第 28 卷 第 19 期 2004 年 10 月
文章编号：1000-3673（2004）19-0001-04
电网技术 Power System Technology
中图分类号：TM721.1 文献标识码：A
Vol.28 No.19 Oct. 2004
学科代码：470·4051
西电东送纯直流输电方案研究
黄登
惠州
江门 广东电网 湛江
图 2 2030 年西南水电外送规划输电方案 Fig. 2 Planned transmission scheme of hydropower in
Southwest China in 2030
2 系统建模及其适用性
2.1 仿真工具及建模
为了分析暂态稳定性，采用能够模拟大互联电
功角/(ｏ) 129.0
128.0
t/s (a) 双鸭山电厂
功角/(ｏ)
50.00
49.90
t/s (b) 大同二厂
功角/(ｏ)
−3.0
−4.0
−5.0
t/s
(c) 邹县电厂
功角/(ｏ)
28
26
24
t/s
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
(d) 北仑港电厂
图 3 东部电网典型发电厂的功角曲线
ABSTRACT: In the year after 2015, the nation-wide power grid interconnection in China will be formed step by step. At the appointed time, this nation-wide interconnected power grid will be divided into four synchronized power systems, i.e., the East China power grid, the Central China power grid, the South China power grid and the Northwest China power grid. For long distance (longer than 1000km) bulk power (more than 50GW) transmission from West China to East China, if the pure DC transmission scheme is adopted, there will be more and more HVDC links feeding power to different points in a same synchronized AC network, and such situation may affect the secure and stable operation of AC network. Taking the year of 2030 as the target year, the stability of the synchronous power grids under different faults occurred in AC and HVDC systems is analyzed and the recovery characteristics of the DC transmission lines within the multi-infeed HVDC systems are researched. The research results show that pure DC power transmission from West China to East China is technically feasible.
3 交流系统故障时各区域电网的稳定性
根据 N–1 规则，以 500kV 交流线路三相短路 0.1s 后切除该线路为暂态稳定的计算条件，对东部 电网、南方电网和华中电网的 500kV 交流线路进行 扫描。扫描结果表明，在 N–1 故障情况下系统都能 保持稳定，所有直流线路都能很快恢复，没有出现 连续换相失败而不能恢复的情况。当东部电网的徐 行－黄渡交流线路的徐行侧故障时，各典型电厂的 功角响应曲线如图 3 所示，三峡－黄渡直流线路的 响应曲线如图 4~7 所示。
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50277034）；国家重点基 础研究专项经费资助项目（G1998020310）。
Project Supported by National Natural Science Foundation of China （50277034）；Project Supported by Special Fund of the National Priority Basic Research of China(G1998020310)．