司瑞華 劉永民 孫思培 袁 鵬

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052）

特高壓直流落點(diǎn)選擇實(shí)用方法及在河南電網(wǎng)中的應(yīng)用

司瑞華 劉永民 孫思培 袁 鵬

（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052）

按照河南省“內(nèi)節(jié)外引”能源發(fā)展戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)三分之一的電力需求需要依靠外來(lái)電力，需要新增3條特高壓直流饋入。本文提出特高壓直流落點(diǎn)選擇的實(shí)用方法，以河南電網(wǎng)為例，提出遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)3條特高壓直流落點(diǎn)的可行性方案，推薦方案可以適應(yīng)多直流饋入河南電網(wǎng)需求，保障河南電力供應(yīng)。

特高壓直流落點(diǎn)；電網(wǎng)；靜態(tài)穩(wěn)定性；暫態(tài)穩(wěn)定性

按照河南省“內(nèi)節(jié)外引”能源發(fā)展戰(zhàn)略，預(yù)計(jì)遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)將有三分之一的電力需求依靠區(qū)外來(lái)電，特高壓直流大容量、多落點(diǎn)饋入將構(gòu)筑河南電網(wǎng)新形態(tài)。依據(jù)最新規(guī)劃，遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)將新增3條特高壓直流饋入，輸電規(guī)模約30 000MW，河南電網(wǎng)特高壓交直流混聯(lián)饋入格局更為復(fù)雜。因此，迫切需要研究入豫特高壓直流工程的落點(diǎn)布局方案和建設(shè)時(shí)序，針對(duì)不同落點(diǎn)布局方案對(duì)河南電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，推薦合理的特高壓直流并網(wǎng)方案，確保外來(lái)電力落得下、送得出，提高河南電網(wǎng)能源安全保障能力。

1 特高壓直流落點(diǎn)選擇方法

特高壓直流由于輸電規(guī)模大，對(duì)落點(diǎn)區(qū)域的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和負(fù)荷消納能力有較高的要求，現(xiàn)提出特高壓直流落點(diǎn)選擇方法［1］。

①對(duì)受端電網(wǎng)進(jìn)行電力缺額評(píng)估，初步選擇落點(diǎn)區(qū)域和落點(diǎn)類型。對(duì)于受端某區(qū)域電網(wǎng)，電力缺額小于3 000MW時(shí)，應(yīng)選擇特高壓交流落點(diǎn)；電力缺額在3 000MW～6 000MW時(shí)，選擇特高壓交流或直流落點(diǎn)均可；電力缺額在6 000MW以上時(shí)，應(yīng)選擇特高壓直流落點(diǎn)。

②對(duì)受端電網(wǎng)與外區(qū)聯(lián)絡(luò)的500kV通道強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)估，初步確定可接受的直流輸電規(guī)模。通過(guò)熱穩(wěn)和暫穩(wěn)計(jì)算等，確定受端電網(wǎng)原有500kV聯(lián)絡(luò)通道的供電極限能力，評(píng)估特高壓直流落點(diǎn)后，直流故障后損失的最大功率與500kV聯(lián)絡(luò)通道供電極限的關(guān)系，計(jì)算受端電網(wǎng)可接受外區(qū)來(lái)電的比例，確定直流輸電規(guī)模。

③進(jìn)行特高壓直流落地后受端電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)估，推薦合理落點(diǎn)方案。多個(gè)直流饋入后，對(duì)受端電網(wǎng)的潮流特性、短路電流和短路比指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估；針對(duì)直流的嚴(yán)重故障，評(píng)估直流落點(diǎn)后的穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，推薦合理的特高壓直流落點(diǎn)布局方案。

對(duì)于特高壓直流落點(diǎn)布局方案的評(píng)估，潮流、短路和暫穩(wěn)計(jì)算比較常規(guī)，要考慮多個(gè)直流之間的相互影響，對(duì)于多直流饋入系統(tǒng)，引入一種計(jì)及各回直流相互影響和作用的交流電網(wǎng)強(qiáng)度評(píng)價(jià)指標(biāo)，簡(jiǎn)稱多直流饋入短路比（MSCR），如第i回直流的MSCR定義如下：

式（1）中，Pdi、Zsi分別為第i回直流線路的運(yùn)行功率以及換流母線的自阻抗；Zij為直流線路i和j換流母線之間的互阻抗。

采用MSCR定量指標(biāo)評(píng)價(jià)多直流饋入后交流系統(tǒng)的強(qiáng)弱，依據(jù)多直流饋入短路比評(píng)價(jià)交流系統(tǒng)強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)為：MSCR＞3，交流系統(tǒng)強(qiáng)；2＜MSCR＜3，交流系統(tǒng)弱；MSCR＜2，交流系統(tǒng)極弱。

一般受端電網(wǎng)的MSCR應(yīng)大于3，才能保證直流饋入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平，但也不是越大越好，同時(shí)要考慮系統(tǒng)短路電流的約束。

2 遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)特高壓直流落點(diǎn)方案擬定

河南電網(wǎng)目前已投產(chǎn)特高壓直流1條，即±800kV天中直流，額定功率8 000MW，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)中長(zhǎng)期電力流規(guī)劃，2020—2030年河南需新增3條特高壓直流，每條直流額定功率在8 000～12 000MW。

為分析特高壓直流落點(diǎn)區(qū)域，首先對(duì)河南電網(wǎng)各區(qū)域進(jìn)行中長(zhǎng)期電力平衡。根據(jù)河南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將河南電網(wǎng)分為豫北、豫中、豫南三大區(qū)域電網(wǎng)，其中：豫北電網(wǎng)涵蓋安徽、鶴壁、濮陽(yáng)（以下簡(jiǎn)稱“安鶴濮”）以及焦作、新鄉(xiāng)（以下簡(jiǎn)稱“焦新”）地區(qū)；豫中電網(wǎng)涵蓋洛陽(yáng)、三門(mén)峽、濟(jì)源、鄭州以及開(kāi)封、商丘（以下簡(jiǎn)稱“開(kāi)商”）地區(qū)；豫南電網(wǎng)涵蓋平頂山、南陽(yáng)、許昌以及漯河、周口、駐馬店、信陽(yáng)（以下簡(jiǎn)稱“漯周駐信”）地區(qū)。

考慮河南省內(nèi)規(guī)劃電源，河南電網(wǎng)各分區(qū)電力平衡情況見(jiàn)表1。

從分大區(qū)電力平衡來(lái)看，豫北、豫中和豫南電網(wǎng)遠(yuǎn)期均是受端電網(wǎng)，需要外區(qū)來(lái)電補(bǔ)給。

豫北地區(qū)2030年電力缺額達(dá)到5783MW，考慮到豫北-豫中聯(lián)絡(luò)線僅4回線路，依靠500kV交流通道來(lái)滿足電力需求易引發(fā)線路過(guò)載或系統(tǒng)失穩(wěn)等問(wèn)題，因此，豫北地區(qū)應(yīng)考慮直流饋入，直流規(guī)模不宜超過(guò)8000MW，避免直流閉鎖后，出現(xiàn)聯(lián)絡(luò)通道難以承受大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移的情況。

豫中的鄭開(kāi)商地區(qū)是河南電力缺額較大地區(qū)，2030年電力缺額約為11 700MW，由于鄭開(kāi)商電網(wǎng)與外區(qū)聯(lián)絡(luò)500kV通道較多，多達(dá)11回線路，除保持以天中直流為電源點(diǎn)外，應(yīng)新建直流接入或者繼續(xù)補(bǔ)強(qiáng)交流受電通道，其中新增直流輸電規(guī)?？梢栽? 000～12 000MW。

豫南是未來(lái)河南電網(wǎng)電力缺額最多地區(qū)，特別是周口、駐馬店、信陽(yáng)地區(qū)，至2030年，電力缺額約為17 339MW，鑒于電力缺額太大，豫南地區(qū)必須引進(jìn)特高直流。目前，南陽(yáng)地區(qū)已建設(shè)有南陽(yáng)特高壓交流站，可以滿足特高壓直流以不同方式接入，新增直流輸電規(guī)模應(yīng)在10 000MW以上。

從分小區(qū)電力平衡來(lái)看，2020年電力缺額最大的是漯周駐信、安鶴濮和南陽(yáng)地區(qū)，2030年電力缺額最大的依次是漯周駐信、鄭州、安鶴濮地區(qū)。

根據(jù)以上電力平衡和各分區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)架特點(diǎn)，對(duì)河南電網(wǎng)未來(lái)新增的第二、三、四條直流落點(diǎn)擬定兩個(gè)方案，如表2所示。

表2 新增直流落點(diǎn)方案

方案一：三條直流分別落點(diǎn)南陽(yáng)、漯周駐信和安鶴濮地區(qū)。

方案二：三條直流分別落點(diǎn)漯周駐信、安鶴濮以及鄭州和開(kāi)商地區(qū)。

3 方案比較

3.1 靜態(tài)穩(wěn)定性比較

靜態(tài)穩(wěn)定性主要從潮流、短路電流和多直流饋入短路比3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)估比較。

①潮流方面。方案一：第二條直流接入近期南陽(yáng)地區(qū)后，特高壓直流大部分功率需經(jīng)過(guò)南陽(yáng)換流站—嵖岈變雙回線路轉(zhuǎn)送至漯周駐信地區(qū)，兩回線路潮流偏重，遠(yuǎn)期豫南地區(qū)擁有兩條直流，河南電網(wǎng)傳統(tǒng)“北電南送”潮流格局逆轉(zhuǎn)為“南電北送”，豫中-豫南斷面北送潮流偏重。方案二：豫北、豫中和豫南電網(wǎng)潮流以特高壓為中心呈輻射狀分布，豫北-豫中和豫中-豫南等重要輸電斷面潮流較輕，避免了潮流的大范圍轉(zhuǎn)送。

②短路電流方面。方案一和方案二，短路電流偏高站點(diǎn)均分布在南陽(yáng)特高站周圍，南陽(yáng)特高壓站500kV母線必須采取分列運(yùn)行措施，方案一和方案二南陽(yáng)特高壓站500kV母線短路電流分別控制為62.8kA和60.6kA，均接近斷路器的開(kāi)斷能力。

③多直流饋入短路比方面。方案一由于漯周駐信地區(qū)電源裝機(jī)較少，對(duì)第三條直流接入該地區(qū)后的支撐能力較弱，其多饋入短路比略低于3。方案二，各條直流的多饋入短路比均在3以上，說(shuō)明受端電網(wǎng)能夠達(dá)到強(qiáng)交流電網(wǎng)的水平。多直流饋入短路比比較見(jiàn)表3。

表3 多直流饋入短路比比較

3.2 暫態(tài)穩(wěn)定性比較

從系統(tǒng)的暫穩(wěn)穩(wěn)定性評(píng)估兩個(gè)直流落點(diǎn)方案下河南電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，暫穩(wěn)計(jì)算采用中國(guó)電科院BPA電力系統(tǒng)分析程序。

交流系統(tǒng)發(fā)生N-1故障時(shí)或直流單極閉鎖故障時(shí)，兩個(gè)方案下的河南電網(wǎng)均能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

對(duì)于直流雙極閉鎖故障，方案一，正常情況下，豫中-豫南斷面已處于重載狀態(tài)，在天中直流或者第四條直流發(fā)生雙極閉鎖故障后，交流系統(tǒng)潮流發(fā)生大范圍轉(zhuǎn)移，豫中-豫南輸電斷面北送潮流進(jìn)一步加重，造成系統(tǒng)電壓降低，最終導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，不能維持穩(wěn)定運(yùn)行，仿真計(jì)算結(jié)果如圖1所示。該方案下需要研究直流雙極閉鎖后的系統(tǒng)穩(wěn)控措施，以保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 方案一天中直流雙極閉鎖時(shí)相關(guān)母線電壓

方案二，任一直流雙極閉鎖時(shí)，系統(tǒng)均可保持穩(wěn)定運(yùn)行，仿真計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 方案二天中直流雙極閉鎖時(shí)相關(guān)母線電壓

綜合以上分析，方案二潮流分布、系統(tǒng)穩(wěn)定性方面優(yōu)于方案一，推薦方案二作為遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)特高壓直流落點(diǎn)布局方案，即第二條直流優(yōu)先落點(diǎn)電力缺口最大的漯周駐信地區(qū)，第三、四條直流根據(jù)負(fù)荷發(fā)展分別落點(diǎn)安鶴濮和鄭開(kāi)商地區(qū)。

4 結(jié)論

本文提出了一種特高壓直流落點(diǎn)選擇實(shí)用方法，首先根據(jù)電力平衡結(jié)果確定落點(diǎn)區(qū)域和落點(diǎn)類型，然后從受端電網(wǎng)與外區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)強(qiáng)度初步確定直流規(guī)模，最后評(píng)估不同特高壓直流落點(diǎn)方案，分析多直流的相互影響和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性，推薦合理方案。經(jīng)比較分析，得出遠(yuǎn)期河南電網(wǎng)直流落點(diǎn)布局方案：第二條直流優(yōu)先落點(diǎn)電力缺口最大的漯周駐信地區(qū)，第三、四條直流根據(jù)負(fù)荷發(fā)展2030年以前分別落點(diǎn)安鶴濮和鄭開(kāi)商地區(qū)，推薦方案可以適應(yīng)多直流饋入河南電網(wǎng)的需求，保障遠(yuǎn)期河南電力供應(yīng)。

［1］周勤勇，劉玉田，湯涌.受端電網(wǎng)最大直流受入規(guī)模分析方法［J］.高電壓技術(shù)，2015（3）：770-777.

A Practical Method for Selectingthe Placement of UHVDC and Its Application in Henan Power Grid

Si Ruihua Liu Yongmin Sun Sipei Yuan Peng
（State Grid Henan Electric Power Company Economic Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

According to the"internal saving and external introduction"energy development strategy of Henan province,about one third of power of Henan power grid should get from external in the future,and three UHVDC should be increased.This paper presented a practical method for selecting the placement of UHVDC,took Henan power grid as an example,presented some feasible schemes of three UHVDC feed in Henan power grid,the proposed scheme can adapt to the demand of Henan power grid with multi infeed UHVDC,and guarantee the power supply.

UHVDCplacement；power grid；static stability；transient stability

TM715

A

1003-5168（2017）07-0137-03

2017-06-02

司瑞華（1984-），男，碩士，工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與電力系統(tǒng)分析；劉永民（1976-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與電力系統(tǒng)分析；孫思培（1987-），男，碩士，工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與電力系統(tǒng)分析；袁鵬（1987-），男，碩士，工程師，研究方向：電網(wǎng)規(guī)劃與電力系統(tǒng)分析。