霍林河循环经济局域电网安全和经济运行探讨与分析

王明策1孙海鹏2

（1国家电投内蒙古能源有限公司内蒙古通辽028011；2国家电投内蒙古能源有限公司内蒙古通辽028011）

摘要：循环经济示范区电网建设的目标是建立相对独立的示范区电网系统，通过电网自动控制手段和合理的电网调度运行方式，实现发电和用电负荷的有机结合，构建霍林河循环经济示范工程，从而较大幅度的提高地区经济效益。而区域内网架结构薄弱，系统总体惯性较小，电网的运行方式和机组安全运行问题进行深入分析研究，并提出相应的解决措施。

0.引言

局域电网相较于传统的大电网，规模较小、系统相对简单。电网内自有电源、自有负荷、自有输配电设施、自有调度中心自行调度，可以局域电网独立运行或与大电网联网运行，具备发-输-变-配-用的优势。通过局域电网配置系统安全稳定控制系统，当系统发生故障时，安全稳定控制系统动作，保证局域电网系统稳定性和供电可靠性。另外，局域电网在正常运行时，因系统具有自有发-输-变-配-用的综合优势，开展源-网-荷互动，经济调度运行工作更加容易实现，有局域电网的企业生产经营效益状况优势更为明显。

1．霍林河循环经济局域电网概况

霍林河局域电网10台火电机组，装机180万千瓦、30万千瓦风电装机，发电总装机为210万千瓦。火电和风电所发电力向霍林河地区81万吨电解铝、煤矿负荷、铝后加工企业供应，总用电负荷为137万千瓦、年用电量约115亿。项目配套建设了电网输变电工程和调度中心，2013年8月份，投产运行，最终形成风电、太阳能发电、劣质煤火电及高载能负荷为一体的局域电网，由调度中心统一调度，局域电网独立运行。项目后续规划再建设50万千瓦风电、2万千瓦太阳能光伏发电，届时局域电网发电装机总容量达到252万千瓦（风电等清洁能源发电容量比重超过30%）。

2．霍林河循环经济局域电网安全保障措施

目前，霍林河循环经济局域网电源装机为2×10万千瓦+2×15万千瓦+2×30万千瓦+2×35万千瓦火电机组、风电装机30万千瓦，向三个电解铝系列供电。分别带一期300kA电解铝系列33万千瓦负荷、带二期电解铝350kA系列40万千瓦负荷、带三期400kA电解铝系列60万千瓦负荷、煤矿和铝后加工合计最大负荷4万千瓦。局域电网与大电网解列立运行，单机和单个负荷与电网容量占比过大，系统“大机小网”、“大负荷小网”、“大风电小网”问题十分突出。考虑局域电网运行的特殊性，提出了保证局域电网稳定运行的技术措施和方案。

经过详细的电力系统稳定计算分析，霍林河循环经济局域电网系统损失10万千瓦及以上容量电源装机、或电解铝任一系列发生甩负荷故障，系统频率超出48.5—50.5Hz范围，且不能够恢复到允许范围，需要采取相应的安全稳定措施才能确保局域电网维持稳定运行。因此，霍林河循环经济局域网配置了南瑞继保公司RCS-990A双套安全稳定控制系统，稳控系统采用A/B套集中式配置结构。主站负责稳控策略的判断、控制量计算等工作，子站负责采集稳控系统需要的模拟量和开关量，判断机组跳闸等事故，并将上述信息上送稳控主站，执行主站发来的控制命令。

安全稳定控制系统设置控制策略28项，有效的解决了局域电网系统“大机小网”、“大负荷小网”的频率稳定问题。

背景案例：

2014年11月02日19时01分429毫秒，局域网一台35万千瓦机组有功功率303MW、供电功率272MW，汽轮机调速AST电磁阀控制油压低、主汽门关闭机组跳闸。局域网稳控装置6-1-2机组跳闸策略动作、切三期400KA电解铝系列生产线，共354MW负荷，过切负荷量82MW，其他运行机组一、二次调频动作调整，系统运行稳定。

3．霍林河循环经济局域电网系统大比例风电调峰措施

内蒙古通辽霍林河地区具有丰富的风能资源，区内地广人稀，地貌多为草原和荒漠，地形平坦，是国家规划的千万千瓦风电基地的重要组成部分。在传统大电网中，受电网结构和运行条件的制约，快速调节电源的缺少导致的调峰能力，大规模可再生能源通过长距离传输又较为困难，风电场的弃风限电问题十分严重。霍林河循环经济局域电网利用具有自有发-输-变-配-用的综合优势，提出了局域电网风电全额消纳、零弃风的技术措施。

一是利用风功率预测对风电趋势的预测，采用实时调度和实时预调度等有效手段，保证火电为风电的深度调峰。

风功率预测是指以风电场的历史功率、历史风速、地形地貌、数值天气预报、风电机组运行状态等数据建立风电场输出功率的预测模型，以风速、功率或数值天气预报数据作为模型的输入，结合风机的坐标、型号参数，以及测风塔的运行数据、风机设备状态及运行工况，得到风电场未来的输出功率，预测时间尺度包括短期预测和超短期预测。通过对风功率预测系统程序的优化，霍林河循环经济局域电网风功率预测系统短期预测准确率在85%以上、超短期预测准确率在90%以上，为火电为风电调峰提供了技术支撑。

二局域电网调度自动化EMS系统的建设将跟踪新技术的发展，将系统的前瞻性与实用性相结合。循环经济局域供电网不同于传统大电网，其主要特点是含有大规模的风电、系统负载率高、装机容量小、备用小，系统运行的波动性大，因此需要在SCADA基础上，建立智能告警与决策、安全预警与运行风险评估、消纳风电的有功频率优化调度、自动安全控制和故障自动恢复决策的完整系统，确保供电网络安全、稳定、经济和优质运行。

三是通过日前制订发电计划、实时有功调度和自动发电控制（AGC）等手段使局域电网频率合格，通过事先安排无功计划、在线自动电压控制（AVC）和发电机组的自动电压调整，使局域电网电压合格。同时利用调度自动化系统对局域电网进行静态安全分析，进行预防控制决策的计算，实施预防调度控制，尽量使局域电网运行在正常安全运行状态。

4．霍林河循环经济局域电网经济运行措施

局域网风火铝联合运行有一定的自身特点。一是铝侧电解工艺正常和电源稳定供电时，负荷基本平稳运行，负荷预测的实施难度较小；二是局域网按风电全额消纳不弃风、火电为风电调峰原则发电。基于上述原因，借鉴国网公司调度计划管理经验，国网南瑞科技公司研发局域网经济调度计划模块的控制程序，简称“局域网经济调度计划软件”。具体功能如下：

一是人工设置火电机组60%-100%不同负荷阶段的供电成本。二是可人工设置火电机组厂用电率。二是风功率预测系统服务器向调度计划模块每5分钟上传一次风场预测数值。三是调度计划可向自动发电控制AGC模块发送负荷调整指令。四是根据风功率预测系统每5分钟上传的预测出力，根据火电机组供电成本进行最低成本组合，保证火电机组在最优工况下为风电调峰。五是发电计划程序3-5分钟进行一次的数据刷新计算、计算结果在SCADA系统进行画面展示。

通过以上的措施，循环经济局域电网充分利用霍林河地区丰富的风能资源，目前风电装机30万千瓦。在保证风电大发不弃风的前提下，确保最大限度消纳风电，每年风电发电10亿千瓦时左右，风机等效利用小时数将达到3400小时左右，远远高于本地区风电场平均值，处于全国领先水平。同时，在火电为风电调峰时，根据火电机组供电成本进行最低成本组合，自动安排火电机组发电出力，每年减少费用在1500万元左右。

在企业自备局域电网风火互补运行和对局域电网大比例接纳风电方面积累了一定的经验，尤其对风资源丰富地区推广局域电网大规模接纳可再生能源能力，形成“煤、电、铝”绿色循环经济产业链具有重要的借鉴作用和示范意义。