区域电网稳定运行技术措施分析

冯旭波　杨俊杰　陈立科

【摘 要】文章通过分析区域电网与大电网的区别，以及区域电网在运行中存在的风险，提出了相关技术解决措施。通过应用该技术措施，对提高区域电网运行稳定性起到一定的作用。

【关键词】区域电网;稳定运行;技术措施

【中图分类号】TM712;TP311.52【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2020）06-0075-02

1 区域电网概况

某220 kV区域电网由2个火电厂、1个水电厂、1个枢纽开关站和2个用户变电站构成，系统结构为两端供电网络。该区域电网具体结构如图1所示。

区域电网装机容量为1 650 MW，其中2个火电厂各有2台300 MW的常规火电机组，水电厂有9台50 MW的水电机组。

区域电网正常运行时总负荷为870 MW，包含1个铁合金厂负荷、1个电解铝厂负荷。铁合金厂正常负荷为150 MW;电解铝厂为二极管整流，正常负荷为720 MW，有12台整流机组，平均每台整流机组的负荷为60 MW。电解铝的生产特点是要求供电可靠性高，如果供电中断2 h以上，则有可能造成重大设备损失。

2 区域电网与大电网在稳定运行方面的区别

（1）大电网包含较多发电机组和用户负荷，单个发电机或用户的设备故障跳闸对整个系统的影响较小，基本不会对系统的稳定运行构成威胁;区域电网机组少、用户负荷少，单个发电机或用户设备故障、运行异常引起的潮流波动会对整个系统的稳定运行造成较大影响，甚至会导致电网崩溃。

（2）大电网负荷平稳、转动惯量较大，其电压、频率的控制可以在分钟级别调整;区域电网系统容量小，发电出力或用电负荷冲击大，如果不能在短时间内切除故障或平衡负荷冲击，则容易迅速出现连锁反应，导致系统崩溃。

（3）大电网中，单个设备故障造成的影响较小，所以相关控制、保护措施不关注发电机内部运行状态，也不关注负荷变化特点;在区域电网中，任何一台发电机或负荷设备的运行情况变化都会对系统造成较大影响，所以相关控制、保护措施需实时关注发电机内部运行状态和负荷特性。

（4）大电网中，调度自动化系统的AGC/AVC功能模块相对独立，频率的动态稳定性依赖于DEH的一次调频;区域电网中，不仅要求发电机发挥一次调频的作用，而且强调实时二次调频和调压，两者是关联密切的完整系统。

（5）大电网机组较多，如果出现电网崩溃，会有一部分机组FCB成功，自动转入机组带厂用电孤岛运行状态，大电网可以利用这些机组逐步恢复电网运行;区域电网机组较少，很有可能出现电网崩溃后，所有发电机组均停机且无法自启动的情况。

3 区域电网的运行风险和措施

3.1 区域电网机组少，负荷冲击大

区域电网中发电机组数量较少，旋转惯量小，用电负荷的冲击对电网的频率、电压冲击较大，如果出现故障或异常未能快速处理调整，则可能造成系统崩溃。针对以上特点，区域电网需装备机网协调和安稳系统（系统结构如图2所示），自建电網的管理控制功能，更加偏重对整个电网的实时控制与协调。机网协调和安稳系统实时进行二次调频和调压，快速分配有功、无功负荷，同步调整多台发电机组，最大限度地发挥多台机组的调频调压能力，同时通过负荷侧管理减少有功和无功负荷冲击，自动维持电压、频率在合格范围内。

3.2 电解铝用户甩负荷，系统有功过剩

当电解铝甩负荷时，会出现大量过剩有功，系统频率快速上升。此时需要多台发电机快速降相应大小的出力，在此过程中要求频率和电压基本稳定，各台发电机组负荷匹配合理，处于稳燃负荷。

由于火电机组的转动惯量比水电机组大，响应速度快，所以主要考虑优化火电机组性能以达到上述目标，即对火电机组的励磁系统、调速系统、锅炉及其控制系统、旁路等系统进行改造，提高机组响应速度和性能。同时，还需要对发电机组进行FCB功能改造（即在电力系统故障产生时，发电机突然甩去全负荷或部分负荷的情况下快速减少锅炉负荷并稳定燃烧，以保证在不停炉的情况下，维持汽轮机转速在3 000 r/min，发电机带孤网和厂用电负荷运行），以确保在电网崩溃的情况下，能够迅速恢复系统运行，尽快向电解铝负荷供电。

3.3 发电机组故障跳闸，系统有功、无功出现缺额

如果区域电网发电机组故障跳闸，系统频率、电压将快速下降，有可能导致系统崩溃。此时，需要由机网协调和安稳系统快速调整负荷侧有功、无功大小，或者由稳控装置切除部分负荷，使系统迅速达到新的平衡，维持电压、频率在要求范围内。

3.4 短路故障造成电压暂降，导致厂用辅机跳闸

区域电网的短路容量较小，短路时过流值达不到速断值，导致切除时间拉长，故障扩大;如果系统无功储备不足，即使低压侧短路都会造成母线电压暂降过大，此时如果厂用辅机因电压过低跳闸，导致机组跳闸停机，则很可能造成区域电网崩溃。对此，需对发电机组辅机设备进行低电压穿越改造，使其具备低电压穿越能力，一般要求发电机组辅机设备在70%额定电压可以维持运行1～1.5 s;此外，需要对发电机励磁系统进行优化，确保在电网发生短路故障时，发电机励磁系统可以提供短期电流，维持机端电压。

3.5 电解铝负荷调节速度较慢，调节方式不灵活

该区域电网电解铝负荷占总负荷的82.76%，占比较大，区域电网稳定运行关键的问题是电解铝负荷能够实现快速减负荷。电解铝采用二极管整流，调节速度较慢;并且，只有快速减负荷10%或者100%两种调整方式，如果10%减负荷量不足以保持有功平衡，就只能减负荷100%，对发电机组造成重大的负荷冲击，无法满足电网稳定运行要求。因此，需要将电解铝二极管整流改为可控硅整流，可控硅整流可以在40%额定负荷以内灵活减载至任意大小，或者100%甩负荷，具备灵活快速减载能力。电解铝负荷改为可控硅整流后，如果发电机组侧非停故障，只会引起短时间的降负荷，而不会造成电解铝生产系列全停。

3.6 电网崩溃后，所有发电机组均停机且无法自启动

区域电网机组较少，如果电网崩溃，有可能出现所有发电机组均停机且无法自启动的情况，即全“黑”的情况。所以，区域电网还需要配置黑启动电源，确保在电网全“黑”的情况下，不依赖外界电网帮助，通过黑启动电源带动无自启动能力的机组恢复供电。

4 总结

为了确保区域电网稳定运行，需要对发电机组、用户负荷等设备进行相应改进与优化。在电网侧，需装备机网协调和安稳系统，自建电网的管理控制功能，实时进行二次调频和调压，同时还要配置黑启动电源，以保证在电网全“黑”后，系统不依赖外来电源进行自启动;在电源侧，需对火电机组的励磁系统、调速系统、锅炉及其控制系统、旁路、辅机等系统进行改造，优化火电机组性能，同时实现机组FCB功能和低电压穿越功能;在负荷侧，需要将电解铝二极管整流改为可控硅整流，使其具备灵活快速减载能力。

参 考 文 献

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【作者简介】冯旭波，男，甘肃永靖人，研究生，广西投资集团有限公司热动工程师，从事能源工程、投资管理工作。