南方电网西电东送暂态功率传输极限研究管秀鹏¹，孙元章¹，赵国梁¹，程林¹，晁剑²，荆勇²，洪潮²，黄蔚亮²（1．清华大学电机系，北京100084；
2．中国南方电网有限责任公司，广东省广州市510620）摘要：对2005年南方电网的暂态功率传输能力进行了仿真分析以研究各种大扰动条件对西电东送传输功率极限的影响。仿真结果表明，直流线路的单/双极闭锁故障对南方电网暂态功率传输能力的影响相对较小，贵广直流闭锁故障对功率传输的影响最大；交流系统发生单一故障时，合理分配云南和贵州的机组发电功率、适当减少临界机组的发电功率及在某些关键节点加装静止无功补偿装置（SVC）等措施，可以明显提高暂态条件下西电东送的功率传输极限。
关键词：南方电网；西电东送；直流闭锁；暂态功率传输极限；电力系统1引言
为实施国家西电东送的战略，实现资源的优化配置和促进东西部经济可持续发展，广东、广西、云南、贵州四省电网及香港电网于1993年联网形成了南方电网（SCEPG）。2005年将通过由云南和贵州电网的四条500kV交流输电线路和两条±500kV直流输电线路及三峡的一条±500kV直流输电线路组成的交/直流混合输电系统向广东负荷中心送电。三条直流线路的受端落点（广州北郊、肇庆和惠州）电气距离很近，构成了典型的多馈入直流系统。本文对该多馈入直流系统和交/直流混合输电系统的暂态功率传输极限进行了深入研究，以期为国家西电东送战略的贯彻实施提供一些技术理论依据。
2南方电网简介
南方电网是目前我国唯一已投入运行的交/直流混联电网，现有“二交一直”的西电东送通道，即天生桥—广东双回500kV交流输电线路和天生桥换流站—广东北郊换流站的±500kV直流输电线路。为进一步配合我国西部大开发战略、加大西电东送力度，2005年南方电网将从云南、贵州、天生桥、三峡和湖南鲤鱼江电厂共五回交流和三条直流线路（即“五交三直”）向广东电网输送约10GW电力。三条直流线路分别为荆州换流站—惠州换流站（简称三广直流）、安顺换流站—肇庆换流站（简称贵广直流）、天生桥换流站—广州北郊换流站（简称天广直流）。五回馈入广东的交流线路为贺州—罗洞、梧州—罗洞（双回）、玉林—茂名、鲤鱼江—韶关，五回交流输电线路中除鲤鱼江—韶关交流和三广直流之外，即为西电东送的“四交二直”输电通道。这些交/直流输电线路的落点均在广东500kV主干网上。2005年南方电网的主要500kV节点和“五交三直”输电通道如图1所示。3仿真实验
3.1仿真工具
本文在仿真实验中采用加拿大Powertech公司开发的电力系统暂态安全评估软件TSAT（TransientSecurityAssessmentTool），对南方电网的暂态稳定性进行仿真分析，研究各种大扰动条件对西电东送功率传输极限的影响。TSAT软件在电力系统的暂态安全性评估过程中采用两种不同的稳定指标^[1]，即暂态稳定指标（transient(angle)stability）和电压稳定指标（voltagestability）。
3.2数学模型
（1）发电机模型
仿真中对南方电网的发电机组进行了详细模拟，采用考虑次暂态过程中直轴次暂态电势和交轴次暂态电势变化的发电机模型，并计及调速系统和励磁系统的影响。
（2）负荷模型
负荷模型采用由恒定功率、恒定电流和恒定阻抗组成的ZIP综合负荷模型，并计及负荷频率因子的影响，负荷计算公式为

式中P_L、Q_L分别为电压值为U时的负荷有功和无功分量；P₀、Q₀分别为初始运行条件下的负荷有功和无功分量；U为节点电压；p₁、p₂、p₃为ZIP各有功分量的比率系数；q₁、q₂、q₃为ZIP各无功分量的比率系数；K_P,f为负荷有功分量频率因子；K_Q,f为负荷无功分量频率因子。具体ZIP模型参数见表1。（3）直流系统控制模型
采用两端直流详细模型对整流器和逆变器进行模拟，这种详细模型可采用定熄弧角（CEA）和裕度开关，并适用于各种调制方式。两端直流系统控制模型参见文[2]。
3.3暂态稳定判据
（1）暂态稳定指标
暂态稳定指标用来衡量系统由于同步力矩不足而接近失稳的程度，其理论基础是基于数值积分法的扩展等面积定则（EEAC）^[3]，该理论将等面积定则扩展到多机系统，对于一既定扰动，将系统中的发电机分成两个机群，采用两台等值机来代替这两个机群，再用一个单机无穷大系统来代替该等值两机系统，从而得到系统的二维功角关系，通过计算加速面积A_inc和减速面积A_dec得到系统的稳定指标。图2描述了扩展等面积定则算法的原理，图2(a)为机群中各台发电机的相对功角曲线，图2(b)为等值的单机无穷大系统的功角曲线^[1]。图中，d为机群中各台发电机的相对功角，t为仿真时间，d_s为等值单机的功角，P为等值单机输送至无穷大系统的有功功率，P_e为电磁功率，P_m为原动机机械功率。

式中h的取值范围为－100≤η≤100，h>0表示系统功角稳定，h<0表示系统功角不稳定。（2）电压稳定指标
压是否稳定可通过电压低于/高于阈值电压的持续时间来衡量。如实际电压超出所设定的高于/低于阈值电压的持续时间不大于电压指标定义的最大持续时间，即认为暂态电压是稳定的。电压升/降持续时间指标定义如图3所示。本文主要研究暂态过程中母线[1][2][3]下一页