特高壓交流電網建設進程對四川特高壓直流與相關交流斷面耦合關系的影響

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(1.國網四川省電力公司電力科學研究院，四川 成都 610072；2. 中國電力科學研究院，北京 100192；3.華北電力大學電氣與電子工程學院，河北 保定 071003)

0 引 言

根據國家電網特高壓交直流混聯工程建設[1-2]進度， 2012年華北電網與華中電網通過特高壓試驗示范串補加強工程交流互聯，華中電網與華東電網通過復奉、錦蘇±800 kV特高壓直流線路以及宜華、龍政、江城、林楓等 ±500 kV直流線路互聯。西川電網通過德陽—寶雞背靠背±500 kV與西北電網互聯，預計2013年“三華”聯網格局將全面形成。作為大型水電外送基地，四川水電資源豐富，小水電多集中于川西、川南，大型水電基地如二灘、錦屏、溪洛渡、官地、向家壩等多集中于四川中部和北部。四川電網將在近年內建成錦蘇、復奉、溪浙三大特高壓直流，屆時四川電網將形成交直流混聯格局，因此，大集群水電外送及特高壓交直流聯網外送能力是四川電網需要重點分析解決的關鍵問題之一[3-4]。

基于國家電網及各區域網省公司最新的電網發展規劃方案，建立“三華”電網2～3年基礎數據和典型方式數據，并進行校核分析，研究四川電網安全穩定特性及各重要斷面輸電能力，針對特高壓直流閉鎖后功率轉移情況，并結合特高壓交流電網的建設進程，分析與特高壓直流具有較強耦合關系的交流斷面，為四川電網的安全穩定運行提供指導。

1 特高壓建設進程

特高壓直流線路電壓等級高、送電距離長、送電功率大，一旦發生閉鎖故障，將造成功率的大范圍轉移，與特高壓直流輸電線路并聯運行的交流線路潮流加重，引發整流側有功過剩、換流母線電壓升高甚至出現過電壓等情況；而對于受端電網來說，直流閉鎖故障會導致受端電網有功不足、換流母線電壓短時升高等情況，嚴重時可能會導致系統出現功角、電壓穩定問題[5-8]。

在特高壓交直流并聯系統中交流和直流系統相互的影響是特高壓電網安全穩定影響研究的核心，而直流系統和交流的耦合程度是影響特高壓電網安全穩定水平的重要因素[9-12]。對于復雜的“三華”電網，與直流并聯的交流通道非常復雜，為了更好地研究交直流之間的交互影響，確定交直流電網之間的耦合關系非常重要。特高壓交流電網建設的不同階段，功率轉移的情況有所不同，與特高壓直流耦合關系密切的交流斷面也有所不同，從特高壓交流電網規劃情況來看，未來特高壓建設進程大致可能為以下5個階段。

(1) 特高壓示范工程單線加強階段；

(2) 特高壓西縱加強階段；

(3) 特高壓示范工程加強+東縱階段；

(4) 特高壓兩縱階段；

(5) 特高壓兩縱兩橫階段；

從對四川電網影響的角度出發，選取(1)、(4)、(5)三個階段分析四川特高壓直流與相關交流斷面之間的耦合關系。特高壓交流電網建設各階段重要斷面送電功率安排如表1所示。

表1 特高壓交流電網建設各階段重要

2 特高壓示范工程單線加強階段

特高壓示范工程單線加強階段，長治—南陽—荊門特高壓輸電工程僅考慮一回加串補線路，特高壓電網為“兩華”同步電網。該網架下由于特高壓單線加強工程安排功率送電方向為南送，故四川特高壓直流功率與特高壓單線加強工程送電功率之間的耦合關系不明顯，與四川特高壓直流送電功率耦合關系較為明顯的是川渝、渝鄂500 kV交流斷面。四川特高壓直流一旦發生閉鎖故障，冗余功率將沿著川渝、渝鄂交流斷面向華中主網轉移，有可能導致斷面功率過載甚至沖破斷面靜穩極限導致系統失去穩定。圖1 為特高壓示范工程單線加強階段系統接線圖。

圖1 特高壓示范工程單線加強階段系統接線圖

(1)復奉、溪浙、錦蘇直流發生單極閉鎖故障，系統均保持穩定。復奉及錦蘇直流發生單極閉鎖故障后川渝斷面500 kV線路洪板線功率接近熱穩限額(2 300 MW)，溪浙直流單極閉鎖后洪板線過載5.2%。

(2)復奉直流發生雙極閉鎖故障，系統失穩，提升錦蘇直流單極額定功率的10%(360 MW)或切向家壩電廠1臺機(800 MW)即可使系統恢復穩定。

(3)溪浙直流發生雙極閉鎖故障，系統失穩，提升錦蘇及復奉直流雙極額定功率的10%(1 360 MW)并切溪洛渡電廠1臺機(760 MW)，或直接切溪洛渡電廠3臺機(2 280 MW)，系統可恢復功角穩定。

(4)錦蘇直流發生雙極閉鎖故障，系統失穩，提升溪浙及復奉直流雙極額定功率的10%(1 440 MW)并配合切錦屏電廠2臺機(1 520 MW)，或直接切除錦屏電廠3臺機(2 280 MW)可使系統恢復功角穩定。

3 特高壓兩縱階段

特高壓兩縱階段，西縱長治—南陽—荊門特高壓線加強為三回，東縱錫盟—京北—濟南—徐州—南京為雙回特高壓雙回線結構，華東電網形成南京—泰州—蘇州—上海—浙北—皖南—淮南—南京雙環特高壓網，實現了“三華”聯網格局。相比于特高壓單線加強階段，四川直流外送功率與特高壓電網間的耦合關系變得更為緊密。四川特高壓直流發生閉鎖故障，大量冗余功率將沿著川渝、渝鄂、特高壓西縱工程注入華北電網，并最終穿過華北電網沿著特高壓東縱工程轉入華東電網，該網架下與四川特高壓直流送電功率存在耦合關系最為明顯的送電斷面為華北—華東特高壓交流斷面。圖2 為特高壓兩縱階段系統接線圖。

圖2 特高壓兩縱階段系統接線圖

(1)四川特高壓直流發生單極閉鎖故障，系統失去穩定，采用僅提升四川特高壓直流線路(健全)的功率或僅切除四川電網部分機組出力均可使系統恢復穩定。復奉、溪浙、錦蘇直流單極閉鎖，采用切機措施所需切機量分別為4 000 MW、6 080 MW、4 800 MW；采用直流調制措施所需的調制量分別為1 180 MW、1 800 MW、1 600 MW。

(2)四川特高壓直流發生雙極閉鎖故障對系統的沖擊較大，所需的安控量也很大，需要配合切機、直流調制及切負荷等措施。在計算分析中對直流雙極閉鎖安控明確安控原則為首先進行直流調制，調制量為華中—華東健全直流功率的10%，然后采取切四川電網機組，切機量=閉鎖直流功率量-直流調制量，如果系統仍然不能恢復穩定，則進一步采取切華東負荷或繼續切四川電網機組。

1)復奉特高壓直流發生雙極閉鎖故障

①提升華中—華東電網其余直流線路額定功率的10%(2 540 MW)，切除配套電源向家壩電廠3 860 MW出力，并切除華東電網560 MW負荷。

②提升華中—華東電網其余直流線路額定功率的10%(2 540 MW)，切除配套電源向家壩電廠5臺機(4 000 MW)、二灘電廠2臺機(1 100 MW)。

2)溪浙特高壓直流發生雙極閉鎖故障

①提升華中—華東電網其余直流線路額定功率的10%(2 380 MW)，切除配套電源溪洛渡電廠5 620 MW，并切除華東電網1 890 MW負荷。

②提升華中—華東電網其余直流線路額定功率的10%(2 380 MW)，切除配套電源溪洛渡電廠9臺機(6 840 MW)、二灘電廠5臺機(2 750 MW)。

3)錦蘇特高壓直流發生雙極閉鎖故障

①提升華中—華東電網其余直流線路額定功率的10%(2 460 MW)，切除配套電源錦屏電廠4 790 MW，并切除華東負荷1 780 MW。

②提升華中—華東電網其余直流線路額定功率的10%(2 460 MW)，切除配套電源錦屏電廠9臺機(5 400 MW)、二灘電廠4臺機(2 200 MW)。

4 特高壓兩縱兩橫階段

特高壓兩縱兩橫結構下，川渝交流送電斷面增加雅安—重慶特高壓雙回線，四川電網送電能力大大提高，另外隨著特高壓南橫及北橫的建成，華東交流受電斷面在原來的濟南—徐州特高壓雙回線的基礎上增加了武漢—蕪湖特高壓雙回線，濟南—徐州特高壓雙回線的靜穩極限也有所提高，川渝、渝鄂、華北—華東斷面承受特高壓直流閉鎖功率沖擊的能力均較特高壓兩縱網架結構下大大增強，交流斷面與特高壓直流間耦合關系也有所弱化。圖3為特高壓兩縱兩橫接線圖。

圖3 特高壓兩縱兩橫接線圖

(1)四川特高壓直流發生單極閉鎖故障，系統可保持穩定，無需采取安控措施。

(2)復奉直流發生雙極閉鎖故障，系統失步，提升錦屏、溪浙直流雙極功率的10%(1 520 MW)系統即可恢復穩定，或者直接在向加壩電廠切除3臺機(2 400 MW)。

(3)溪浙直流發生雙極閉鎖故障，系統失步，僅提升復奉、錦屏直流雙極功率的10%系統無法恢復穩定，還需切溪洛渡電廠4臺機(3 040 MW)；或者直接采取切機措施切除溪洛渡電廠7臺機(5 320 MW)。系統可恢復穩定。

(4)錦蘇直流發生雙極閉鎖，系統失步，提升復奉、錦蘇雙極直流功率的10%，并配合切錦屏電廠3臺機(1 800 MW)，或者直接切除錦屏電廠6臺機(3 600 MW)，系統可恢復穩定。

5 結 語

特高壓交流工程建設不同階段，四川特高壓直流與特高壓交流網絡的耦合關系也有所不同。

(1)特高壓示范工程單線加強階段，四川特高壓直流送電功率主要與500 kV川渝、渝鄂斷面存在強耦合關系，與特高壓交流網絡耦合關系不明顯。特高壓直流發生單極閉鎖故障，系統可保持穩定，發生雙極閉鎖故障，采取直流調制或切機措施均可使系統恢復穩定。

(2)特高壓兩縱階段，四川特高壓直流送電功率與華北—華東特高壓交流斷面耦合關系最為明顯，其次也與500 kV川渝、渝鄂斷面間存在一定的耦合關系。特高壓直流發生單極閉鎖故障，需要采取切機或直流調制措施使系統恢復穩定，發生雙極閉鎖故障需要配合采用切機、直流調制、切負荷等措施，安控量較大。

(3)特高壓兩縱兩橫階段，川渝交流送電斷面增加了雅安—重慶特高壓雙回線，華東電網特高壓交流受電斷面也加強為4回，川渝、渝鄂、華北—華東斷面承受特高壓直流閉鎖功率沖擊的能力大大增強，斷面與特高壓直流功率間的耦合關系也有所弱化。特高壓直流發生單極閉鎖故障系統可保持穩定，發生雙極閉鎖故障，采取直流調制或切機措施均可使系統恢復穩定。

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