考慮交流和柔性直流的海島聯網供電方案研究

覃惠玲，許 峰，劉裕昆

（1.廣西電網公司規劃研究中心，廣西 南寧 530000；2.中國能源建設集團廣東省電力設計研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

我國海岸線較長，沿海島嶼眾多，通過開發海島從而帶動整個海洋經濟的發展至關重要。實現電力供應的安全性、可靠性和經濟性是保障海島建設的前提，同是也是我國電力規劃設計工作的重要任務之一。

目前國內已對交流與柔性直流的聯網方式進行了研究，并對大中型海島開展了詳細的聯網供電方案的規劃設計工作。其中文獻[1]和文獻[2]對舟山電網和存在的問題進行深入分析，從功率交換、電網穩定與新能源并網、運行方式和控制模式等角度闡述了與大陸電網聯網的必要性，提出應用多端柔性直流輸電技術對大量風電進行并網的設想；文獻[3]和文獻[4]用柔直聯網技術在海島供電方案上進行了應用和分析；文獻[5]介紹了南方電網南澳島多端柔性直流輸電示范工程中接線方式、運行方式和工程參數選型等內容；文獻[8]對海上風電場不同的輸電方式進行了分析比較，對于中大型海島和內陸之間的聯網送電方式的選擇有一定的借鑒意義。

本文以國內南部沿海某中大型海島A作為案例。首先分析了海島A的電力系統現況和需求預測，接著對聯網供電的必要性進行了論述，然后對交流和柔性直流的聯網方案進行了技術、經濟等方面的對比分析，最后對不同的聯網方案進行了總結。

1 聯網方案擬定及比較

1.1 聯網方案擬定

根據A島實際供電情況和負荷預測結果，預測至遠景2035年島內最大負荷約145 MW。本文將基于 2020年的規劃情況，以遠景2035年作為水平年，進行供電方案研究。分別擬定交流聯網和柔直聯網兩種方案進行比選[6,7]。

交流方案（2回）：為滿足遠景供電N-1要求，建設2回110 kV島內b站至陸上c站的海底電纜聯網線路，大陸側電纜線路長度約2.5 km，海纜線路長約43 km，島上電纜長度約0.5 km，選用三芯500 mm2導線。陸上c站擴建2個110 kV間隔，并配套裝設2組18 MVA高抗。新建110 kV全戶內島內b變電站1座。

柔直方案（2回）：為滿足遠景供電N-1要求，建設2回“主網～A 島”的±80 kV、規模為100 MW的柔性直流線路，大陸側新建全戶內d換流站1座（2×100 MW），對側單極接線，直流出線2回，110 kV交流出線2回至陸上c站，電纜長度約2.5 km，陸上c站擴建2個110 kV 間隔。A島內新建一座交直流合建e站1座。

1.2 聯網方案比較

1.2.1 技術比較

（1）潮流方面。采用遠景2035年A島中方案負荷水平進行計算，根據潮流計算結果可以得出，2035年豐大正常運行方式下，兩種聯網方案均能滿足電網安全穩定運行的要求，電壓均在（-3%，+7%）合理范圍內。正常運行方式下，交流兩回線路平均輸送約50 MW潮流，在一回海纜故障下，另一回健全海纜輸送約100 MW潮流，滿足N-1運行要求；兩回柔直在正常運行情況下每回按輸送 50 MW 考慮，當任意一回柔直其中的一極海纜線路發生故障，整一回柔直都將被迫停運，此時另一回柔直需啟動緊急功率提升至100 MW。因此，兩種方案在可靠性方面相當[9,10]。

（2）損耗方面。交流方案主要為線路損耗，而柔直方案損耗則包括直流線路損耗和兩端換流站損耗兩部分。直流線路由于沒有無功傳輸影響，因此線路損耗比交流輸送損耗小；換流站損耗包括換流閥損耗、換流變壓器損耗、連接電抗器損耗及其他如冷卻設備損耗等，總體而言柔直聯網方案損耗比交流方案高。結合潮流計算結果，交流方案損耗約1.3 MW，柔直方案約3.4 MW。

（3）功角穩定方面。采用BPA-PSD軟件進行模擬，計算條件如下。

（a）計算水平年及運行方式：對220 kV陸上c站及本工程投產后遠景2035年進行潮流計算和穩定計算；

（b）運行方式：選取豐大方式進行計算；

（c）計算網絡：包括中國南部4個省份500 kV和220 kV電網，考慮本工程與A島聯網數據；

（d）島內自備電廠機組參數暫按小型內燃機典型參數考慮。

經仿真計算，交流聯網方案和柔直聯網方案在一回線路發生三相永久性故障時，切除故障線路后（0 s故障，0.12 s跳開），系統均可以保持穩定。

1.2.2 經濟比較

參考國內類似工程造價情況，初步估算交流聯網方案總投資約57 983萬元，柔直聯網方案總投資約 123 463萬元。

1.2.3 占地面積比較

交流方案中主網側擴建間隔需額外增加高抗位置，新增占地約1.3 m2，A島內新建110 kV交流戶內站占地約5.5 m2，總占地6.8 m2。柔直方案中，2回柔直合建送端換流站占地約19.7 m2，受端換流站交直流合建占地約25.1 m2，總占地約44.8 m2。

1.2.4 綜合比較

綜合上述各個方面的比較分析，匯總交流聯網與柔直聯網方案對比情況如表1所示。可以看到，交流與柔直方案聯網規模與最大送電能力一致，安全性均能滿足要求，交流方案網損低于柔直方案。

表1 交流與柔直方案綜合比較表

總投資、占地面積方面，交流方案均優于柔直方案。因此綜合技術和經濟比較，本工程推薦采用交流聯網方式對A島送電。

2 結 論

本文以國內沿海某大型島嶼為例，分析了中大型島嶼與內陸聯網的必要性和聯網方案。結合已投產的工程經驗和造價，通過技術安全性、投資經濟性、土地資源使用情況和海洋資源占用情況對交流和柔性直流聯網送電方案進行了對比分析。結果表明，交流聯網方案在滿足技術性要求的前提下，總投資和土地及海洋資源占用方面更優，因此為滿足海島的電力需求，推薦采用交流聯網的方案。