特高壓交直流受端山東電網規劃關鍵問題探討

安 鵬，張友泉，劉曉明，李 勃，亓 超

（1.國網山東省電力公司，濟南 250001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南 250021）

特高壓交直流受端山東電網規劃關鍵問題探討

安 鵬1，張友泉1，劉曉明2，李 勃2，亓 超2

（1.國網山東省電力公司，濟南 250001；2.國網山東省電力公司經濟技術研究院，濟南 250021）

“十三五”是“外電入魯”高速發展的時期，山東電網將形成特高壓交直流大受端電網，電網結構形態將發生根本性變化。圍繞山東電網實際，從特高壓交直流落點選擇、500 kV網架結構優化、220 kV電網分區、電磁環網開環以及大電源接入系統5個方面詳細分析了在規劃方面山東電網對特高壓交直流入魯后的適應性。分析結果對于優化山東電網網架結構，提高山東電網安全穩定運行能力具有重要意義。

外電入魯；特高壓；交直流落點；網架結構優化；電磁環網

0 引言

為滿足山東省經濟社會不斷發展的用電需求，“十三五”期間特高壓交直流將大規模入魯。根據規劃，截至“十三五”末期，山東電網將建成濟南、濰坊、棗莊、臨沂、東明5座特高壓交流變電站和臨沂、青州2座特高壓直流換流站。屆時山東電網將形成特高壓交直流大受端電網，電網結構形態和運行特性將發生本質變化。

學者們對特高壓交直流電網展開廣泛探討。文獻［1］探索了特高壓電網在形成堅強受端系統上的優勢，給出了實現系統分層分區運行、提高同步電網自愈能力等降低特高壓電網大停電風險的建議。文獻［2］闡述了交流特高壓與直流特高壓的功能定位，并分析了特高壓同步電網的安全性及可獲取的綜合效益。文獻［3］以有效短路比、靜態電壓穩定指標以及受端電網有功損耗為屬性，綜合考慮穩定性與經濟性，通過多屬性決策，優選特高壓直流落點。文獻［4］針對特高壓/超高壓/高壓電磁環網情況，應用模糊綜合程序定量評價高低壓電磁環網開環方案。文獻［5］將特高壓電網發展評估劃分為協調、可靠、優質、高效、經濟、社會6個子系統，通過建立三級指標，得出特高壓電網技術經濟評價方法。

圍繞“十三五”期間及后續特高壓交直流大規模入魯、山東電網結構形態將發生本質變化的實際情況，從特高壓交直流落點選擇、500 kV網架結構優化、220 kV電網分區、電磁環網以及大電源接入系統選擇5個方面詳細闡述山東省受端電網對特高壓交直流接入后的適應性。

1 特高壓交直流工程落點選擇

1.1 特高壓交直流工程功能定位

能源資源與能源需求逆向分布是我國的基本國情，能源開發重心西移北移、負荷中心在東中部地區的格局長期不會改變，能源基地向負荷中心輸送電力的規模將越來越大?，F有的超高壓輸電網絡難以實現能源的長距離大容量輸送，決定了我國必須采用特高壓電網來實現能源資源在更大范圍的優化配置。

從電網結構特點來看，通過特高壓交流聯網，可以形成堅強網架結構，其規模和覆蓋面廣，對電力傳輸十分方便；特高壓直流是點對點傳輸，必須依附于堅強交流電網才能更好地發揮作用。但在受端電網直流落點相對密集，可能會存在安全隱患，特別是多回直流的同時換相失敗及閉鎖問題。

因此，我國發展1 000 kV交流特高壓，主要定位于國家電網骨干網架建設，進而實行跨大區聯網甚至全球能源互聯網的堅強連接；而發展±800 kV及以上電壓等級特高壓直流，主要定位于我國西南、西北、東北等能源充足地區大水電基地、大煤電基地、大可再生能源基地電力的遠距離大容量外送上［2］。特高壓交直流應同步發展。

1.2 山東特高壓交直流工程布點

根據地區電力平衡結果，山東電網未來主要受電區有三大區，一是中東部的淄博、濟南、濰坊、青島地區，二是南部的臨沂、日照、棗莊地區，三是北部的德州、濱州、東營地區。

根據山東電網“十三五”規劃，特高壓交直流入魯將主要填補以上地區電力缺額，滿足經濟社會不斷發展的用電需求。山東中東部地區規劃建設濟南、濰坊2個特高壓交流落點。濟南特高壓站供電范圍為濟南北部東部、淄博北部、濱州南部，濰坊特高壓站供電范圍為濰坊東部、南部地區。另外，建設扎魯特—青州特高壓直流工程，落點濰坊青州，主要滿足濰坊西部、淄博東部的負荷需求。南部臨沂、日照、棗莊區域規劃建設上海廟—臨沂特高壓直流工程，還規劃建設棗莊、臨沂特高壓交流站，可滿足“十三五”期間地區的用電需求。山東電網北部的德州、濱州、東營地區，隨著負荷增長，可作為特高壓直流落點所考慮的地區。隨著菏澤、濟寧地區負荷增長，規劃建設東明特高壓交流輸變電工程，滿足地區經濟不斷發展的用電需求。

預計到2020年，山東電網將擁有濟南、濰坊、臨沂、棗莊、東明5座1 000 kV特高壓交流變電站和膠東、臨沂、青州3座直流換流站，形成以五個特高壓交流落點為重要支撐，三個直流落點深入負荷中心的堅強網架結構。山東特高壓交流電網形成“四角雙回”環網，通過6個同塔雙回路通道，12回特高壓交流線路與天津（濟南—天津南）、河北（濟南—石家莊）、河南（東明—駐馬店）、山西（東明—晉東南）、江蘇（棗莊—徐州、臨沂—連云港）電網聯網。山東電網2020年特高壓規劃接線如圖1所示。

圖1 2020年山東特高壓規劃接線

在網架構建上，濟南特高壓變電站是我國北部、西北部電源電力經特高壓電網輸送至華東地區的重要支撐點，也是錫盟—南京特高壓送電通道與榆橫—濰坊特高壓送電通道的交匯點。濰坊特高壓變電站近期是特高壓北橫通道的受端站，遠期連接臨沂、連云港，成為濰坊—臨沂—連云港—泰州—蘇州—上海縱向輸電通道與榆橫—濟南—濰坊橫向輸電通道的交匯點，進一步加強了特高壓電網供電能力及供電可靠性。棗莊特高壓站在錫盟—南京特高壓送電通道上，也是我國北部、西北部電源電力經特高壓電網輸送至華東地區的重要支撐點。臨沂特高壓變電站的建成，不僅可以滿足地區供電需求，還可以為上海廟—臨沂特高壓直流的高低端接入創造條件，提高山東南部電網故障條件下的穩定性。東明特高壓站是錫盟—南京縱向工程和晉東南—臨沂橫向工程的重要交匯點。

2 500 kV主網架優化

特高壓接入山東電網后，山東電網形態結構將發生本質變化，對主網承接大規模外電的能力和供電可靠性提出了更高要求。在特高壓電網發展初期，由于尚不能形成堅強環網主網架，線路負載能力相對較低，此時主要用于大型電源的集中送出，并可能會因特高壓線路或主變故障給系統穩定造成影響。

山東500 kV電網重點圍繞滿足濟南、濰坊、棗莊、臨沂、東明特高壓交流站及臨沂、青州特高壓直流換流站的接入和核電安全送出要求，依據全壽命周期成本理念，多方位比選電網規劃方案，并根據地區負荷增長情況，適當增加500 kV變電站布點，在“十二五”期間“五橫兩縱”主網架基礎上，進一步優化完善網架結構，強化以特高壓交直流為中心的各供電區域之間互供能力建設，提高電網受電能力、輸送能力和供電能力，滿足經濟社會快速發展的供電需要。

隨著特高壓網絡的建設以及山東500 kV電網的不斷發展完善，山東500 kV系統短路水平將進一步增高，因此限制500 kV系統短路水平的過快增長、保證主網架安全可靠運行也是主網架規劃需要解決的重要問題。特高壓線路形成主干環網后，為合理控制山東電網短路電流，500 kV電網可以嘗試解環運行，從根本上解決500 kV電網短路電流過大等安全隱患。

3 220 kV電網分區

伴隨著特高壓交直流入魯，山東電網網架結構越來越密集，短路電流水平也在不斷提高，特別是500 kV變電站220 kV側和發電廠高壓母線。電網采取分層分區運行方式是解決上述問題的有效途徑［6］。

分層分區是指按電網不同電壓等級將電網分成若干結構層次，根據電網網架結構以及區域之間的電氣聯系，按供電能力劃分出若干區域，在各區域內根據負荷情況安排相應的電源，包括區域內部電源和外來電源。采用分層分區不僅可以有效限制短路電流，還可以簡化保護配置，增強電網運行的安全可靠性。同時，通過電網分層分區運行，能夠充分發揮頻率控制、電壓控制以及保證電網安全穩定運行的各種技術措施，有效防止大電網安全穩定破壞事故的發生。

典型分區結構是指對于多個同類場合具有一定通用性與普遍性的電網分區接線方案，其價值是可作為規律和范例加以推廣應用到具有同類特點、同類要求的多個場合，避免對同類的場合進行重復考慮和計算。

針對山東電網實際情況，提出典型電網分區的實用化接線原則。

1）為保證分區的獨立性，當分區內無電廠時，分區內500 kV變壓器臺數應不少于4臺，變壓器額定容量應盡量相同；不推薦3座及以上大容量變電站組成分區。

2）當分區內有電廠時，電廠接入點應保持與500 kV變電站220 kV母線的電氣距離，防止其短路電流超標；如果電廠裝機容量較大或擁有多個發電廠，應嘗試將發電廠機組分散接入不同系統母線，控制電廠高壓母線短路電流。

3）對于一個分區，應盡量使其500 kV變壓器來自不同變電站，這不僅可以均衡500 kV變壓器220 kV母線的短路電流，而且可以防止極端情況下500 kV變電站全停帶來的巨大停電損失。

根據以上分析，得出4種典型的220 kV電網分區結構。

1）2座500 kV變電站構成分區，2座500 kV變電站之間保持適當電氣距離。

2）3座500 kV變電站各出2臺變壓器構成分區，3座500 kV變電站之間保持適當電氣距離。

3）2座500 kV變電站各出2臺變壓器和發電廠構成分區，500 kV變壓器220 kV母線之間以及與發電廠之間保持適當電氣距離。

4）3座500 kV變電站各出2臺變壓器和發電廠構成分區，500 kV變壓器220 kV母線之間以及與發電廠之間保持適當電氣距離。

應該說明的是，以上典型分區只是原則性的，當具體規劃電網時，還應該按照實際情況校驗其合理性。

4 電磁環網

高低壓電磁環網，是指兩組不同電壓等級運行的輸電線路通過兩端變壓器磁回路并聯運行［4］。電磁環網是由于在電力系統發展過程中，隨著傳輸負荷增大，在同一地區出現更高一級電壓等級的輸電網絡。電磁環網是電網發展過程中一種過渡電網結構。電磁環網可能引起功率轉移問題和短路電流問題。統計資料顯示，在導致我國電網穩定事故的各種因素中，20%是由電磁環網引起。

4.1 功率轉移問題

當受端電網利用電磁環網供電時，若斷面輸送功率較大，則當高電壓等級線路因故障退出運行后，斷面功率將主要通過低電壓等級線路送出，一是可能導致低電壓等級線路過載現象發生，二是高電壓等級線路開斷使送受端系統阻抗增大，可能引起系統間功率振蕩。

4.2 短路電流問題

建設高電壓等級網絡可以在一定程度上有效避免限制低電壓等級網絡密集發展、互聯所引起的短路電流超標現象，避免大量更換開關設備。在更高一級電壓等級網絡發展初期，為有效提高系統運行的安全穩定性，通常保持電磁環網運行。此時，系統綜合阻抗相對較小，短路容量較大，系統短路電流可能超過斷路器額定開斷電流，存在電網安全穩定運行隱患。

特高壓入魯初期，山東特高壓濟南、濰坊特高壓交流站之間僅通過濟南—濰坊雙回1 000 kV特高壓輸電線路相連。省外電力以濟南站為樞紐向濟南周邊以及東部濰坊地區送電。由于山東電力目前整體流向仍然為西電東送，在某些特殊運行方式下，會形成1 000／500／220 kV三級電磁環網。需要對特高壓發展的不同階段進行詳細計算校核，并在電網規劃中通過完善網架結構來避免電磁環網對山東電網發展的影響。

5 大型電源接入系統

大型電源接入系統方案論證中，接入電壓等級的選擇是一個重要問題。大電源是否接入500 kV電網，需要結合電源、電網的具體情況進行論證分析，利用全壽命周期成本理念，爭取達到技術經濟整體效益最優。如果對遠景規劃中電廠缺乏統籌分析，不能從系統角度遠近結合考慮電廠接入系統，僅僅論證單個電廠接入方案合理性，很可能會造成電網結構不合理。在受端電網主網架發展初期，考慮對主網架的電壓支撐作用和電源附近區域負荷發展較慢等因素，大型電源直接接入500 kV電網。隨著負荷的發展，送端電網將來可能變成受端電網，屆時直接接入當地500 kV電網的電源電力需升壓后再降壓到當地220 kV電網，這樣會導致網損成倍增加，還造成變電容量的重復。

山東電網堅持電源分層分散接入，送端電網主力電廠一般接入500 kV，便于電力直接外送，減少網絡損耗；位于負荷中心的電廠，若不受短路電流和系統穩定約束，創造條件接入220 kV，使220 kV及以下電網保持一定電源比例，在系統極端狀態下能夠提供基本供電。電源的分層分散接入，不僅使500 kV電網潮流分布均勻、有效控制了短路電流，而且在電網負荷較重或并入220 kV電網的機組檢修、故障停機時，能夠充分發揮500 kV電網的支撐作用，保障供電安全。

6 結語

結合“十三五”期間及以后特高壓交直流大規模入魯后山東電網結構形態將發生本質變化的實際情況，從特高壓交直流落點選擇、500 kV網架結構優化、220 kV電網分區、電磁環網、大電源接入系統5個方面分析了特高壓交直流受端山東電網在規劃中面臨關鍵問題，分析結果對于提高山東電網規劃對特高壓交直流入魯的適應性具有重要的現實意義。

［1］楊冬，劉玉田.中國未來輸電網架結構初探［J］.電力自動化設備，2010，30（8）：1-5.

［2］張運洲.對我國特高壓輸電規劃中幾個問題的探討［J］.電網技術，2005，29（19）：T11-T14.

［3］王康，劉崇茹，韓民曉，等.兼顧穩定性與經濟性的交直流系統直流落點選擇方法［J］.電力系統自動化，2011，35（24）：73-78.

［4］楊冬，劉玉田.特高壓初期的電磁環網影響分析［J］.電力自動化設備，2009，29（6）：77-80，84.

［5］韓柳，莊博，王智冬.特高壓電網技術經濟指標與評價方法研究［J］.華東電力，2012，40（7）：1 099-1 103．

［6］張嘯虎，朱忠烈，祝瑞金.220 kV分區電網的合理配置研究［J］.華東電力，2006，34（5）：36-41．

Key Issues of Shandong Power Grid Planning as an Ultra-high Voltage AC/DC Receiving End

AN Peng1，ZHANG Youquan1，LIU Xiaoming2，LI Bo2，QI Chao2
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China）

“The thirteen five-years” is a period in which“external power into Shandong” will develop at full speed. Shandong power gird will form a large receiving-end grid of ultra-high voltage alternating current and direct current，the structural form of grid will go through fundamental change.The reality of Shandong grid and the planned adaptability of Shandong grid were analyzed from five aspects after the ultra-high voltage AC/DC is going to be leaded in，including the receiving point selection for ultra-high voltage AC/DC，optimization of 500 kV grid structure，220 kV grid sub-area division，electromagnetic loop and large plant access system.Analysis results are significant to the optimization of Shandong grid structure and the improvement of safe and stable operation ability of Shandong grid.

external power into Shandong；EHV；receiving point selection for extra-high voltage AC/DC；optimization of power grid structure；electromagnetic loop

TM715

A

1007－9904（2017）01－0005－04

2016-06-03

安 鵬（1981），男，高級工程師，主要從事電網前期及規劃設計管理等工作。