特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)的影響展望

劉建坤，胡亞山 ，趙靜波 ，周 前

（1.江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司，江蘇 南京 211102；2.江蘇省電力公司，江蘇 南京 210024）

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)展規(guī)劃，2009年，國(guó)家電網(wǎng)公司將全面加快向家壩—上海、錦屏—蘇南特高壓直流工程建設(shè)，并開(kāi)工建設(shè)淮南—上海、錫盟—上海、陜北—長(zhǎng)沙特高壓交流工程。2012年，國(guó)家電網(wǎng)公司將建成 “兩縱兩橫”特高壓交流同步電網(wǎng)，向家壩—上海、錦屏—蘇南特高壓直流工程也將建成投運(yùn)。2020年，國(guó)家電網(wǎng)公司將形成以華北、華中、華東電網(wǎng)為核心的特高壓同步電網(wǎng)，東北電網(wǎng)特高壓主網(wǎng)架形成，特高壓電網(wǎng)傳輸容量將達(dá)到3億kW。

根據(jù)特高壓電網(wǎng)在江蘇電網(wǎng)的規(guī)劃，到2012年，“兩縱兩橫”規(guī)劃中的錫盟—上海和雅安—南京工程將使特高壓交流系統(tǒng)直接進(jìn)入江蘇電網(wǎng)，并將分別在南京北、泰州、蘇州和徐州建立落點(diǎn)，同時(shí)形成徐州—南京北雙回線(xiàn)路和蕪湖—南京北—泰州—蘇州—上海雙回線(xiàn)路。2012年特高壓直流錦屏—蘇南工程將在江蘇吳江落點(diǎn)，直流輸送容量為7200MW。

隨著特高壓電網(wǎng)逐步建設(shè)，江蘇電網(wǎng)將于2012年開(kāi)始同特高壓交直流電網(wǎng)密切銜接，并成為特高壓交直流大同步電網(wǎng)的一部分。屆時(shí)，江蘇電網(wǎng)將逐步開(kāi)始由500kV骨干網(wǎng)架轉(zhuǎn)變?yōu)樘馗邏汗歉删W(wǎng)架，對(duì)外受電容量和距離將分別大幅增加，同外界電網(wǎng)的聯(lián)系更趨緊密，這些情況的出現(xiàn)將對(duì)江蘇電網(wǎng)帶來(lái)巨大的影響。

1 特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)運(yùn)行的影響

1.1 特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)潮流影響

目前，江蘇電網(wǎng)內(nèi)潮流主要呈現(xiàn)北電南送和西電東送的趨勢(shì)，其中過(guò)江通道4條，2010年最大輸送電力約為9000 MW；2012～2013年，過(guò)江通道輸送壓力將達(dá)到12000～13000MW，江蘇500kV電網(wǎng)需全線(xiàn)打通北電南送“第五通道”，并且升壓徐連泰工程；西電東送方面，2010年常錫斷面輸電需求為8000～9000 MW，蘇錫斷面為7600～9300 MW，2011～2015年常錫斷面輸電需求為7000～10000 MW，蘇錫斷面為8700～10100 MW[1]。

特高壓交流系統(tǒng)接入江蘇電網(wǎng)以后，將對(duì)江蘇500kV電網(wǎng)的潮流分布產(chǎn)生較大的影響。“皖電東送”的電力將更多的從特高壓通道送入江蘇電網(wǎng)，安徽同江蘇之間的500kV省間聯(lián)絡(luò)線(xiàn)潮流將減輕；北電南送和西電東送的電力，可以通過(guò)特高壓通道進(jìn)行大容量傳輸，從而導(dǎo)致部分500kV輸送通道的潮流降低，但特高壓落點(diǎn)周邊的500kV送出線(xiàn)路的潮流會(huì)加重。

隨著特高壓電網(wǎng)的逐漸增強(qiáng)，江蘇500kV電網(wǎng)潮流將從原先的“北電南送”和“西電東送”方式下的單方向流動(dòng)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕴馗邏鹤冸娬緸橹行牡亩帱c(diǎn)輻射。

在特高壓交流電網(wǎng)進(jìn)入初期，將同目前江蘇電網(wǎng)的500kV網(wǎng)架形成電磁環(huán)網(wǎng)。當(dāng)特高壓輸電通道發(fā)生單線(xiàn)故障，電力可以大部分通過(guò)剩余一條線(xiàn)路傳輸，對(duì)500kV電網(wǎng)潮流輸送影響相對(duì)較小，當(dāng)發(fā)生跨線(xiàn)故障時(shí)，特高壓整個(gè)通道退出，電力將全部通過(guò)500kV電網(wǎng)傳輸，大幅增加同方向500kV線(xiàn)路的輸電壓力，并可能導(dǎo)致500kV線(xiàn)路過(guò)載，此時(shí)需要通過(guò)切機(jī)等手段緩解500kV線(xiàn)路輸送壓力。

錦屏—蘇南特高壓直流的接入，相當(dāng)于在蘇州地區(qū)建立了一座容量為7200 MW的大型電源，將對(duì)蘇南地區(qū)的500kV電網(wǎng)潮流產(chǎn)生較大的影響，蘇州500kV電網(wǎng)將為特高壓直流送出發(fā)揮作用，蘇錫斷面潮流將發(fā)生較大變化，正常運(yùn)行時(shí)蘇南地區(qū)500kV西電東送的潮流將減輕。在錦屏—蘇南特高壓直流發(fā)生故障退出的情況下，蘇南東西向輸電斷面、安徽送出通道、過(guò)江通道的潮流將發(fā)生較大影響，尤其是蘇南東西向輸電斷面，其中惠泉—梅里—木瀆南輸電通道可能發(fā)生潮流重載[2]。

1.2 特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)短路電流的影響

特高壓交流系統(tǒng)進(jìn)入江蘇電網(wǎng)后，江蘇電網(wǎng)的短路電流水平將有一定程度的提高。

1.2.1 主要因素

（1）江蘇電網(wǎng)同外界電網(wǎng)之間的電氣連接更加緊密，系統(tǒng)阻抗減??；（2）“三華”電網(wǎng)的互聯(lián)，使得整個(gè)系統(tǒng)容量更大；（3）特高壓建設(shè)初期，特高壓電網(wǎng)將同500kV電網(wǎng)之間構(gòu)成電磁環(huán)網(wǎng)。

1.2.2 主要措施

目前江蘇蘇南電網(wǎng)500kV母線(xiàn)的短路電流水平已經(jīng)處于較高的水平，部分母線(xiàn)的短路電流已經(jīng)超過(guò)或接近開(kāi)關(guān)額定遮斷容量，如武南、石牌等變電站500kV母線(xiàn)，為了保證在特高壓電網(wǎng)接入后江蘇電網(wǎng)的短路電流水平仍限制在額定范圍之內(nèi)，可采取以下措施：（1）適時(shí)開(kāi)斷部分500kV線(xiàn)路或?qū)?00kV母線(xiàn)分排；（2）新建大容量機(jī)組考慮接入特高壓電網(wǎng)；（3）積極采用限制短路電流的新技術(shù)，如在500kV電網(wǎng)安裝串聯(lián)電抗器、故障電流限制器等；（4）增大特高壓變電站主變的短路阻抗，降低特高壓電網(wǎng)的下送短路電流。

1.3 特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響

對(duì)于江蘇電網(wǎng)而言，特高壓交直流系統(tǒng)接入之后，無(wú)論是區(qū)外來(lái)電的規(guī)模和受電比例，還是江蘇電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、潮流分布以及同外界電網(wǎng)的電氣聯(lián)系，都將同接入之前發(fā)生巨大的變化，這些因素將對(duì)江蘇電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)穩(wěn)定性影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）特高壓交流系統(tǒng)接入后對(duì)江蘇電網(wǎng)功角和電壓穩(wěn)定性的影響；（2）特高壓直流系統(tǒng)雙極閉鎖對(duì)江蘇電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定性的影響；（3）江蘇電網(wǎng)500kV系統(tǒng)故障對(duì)特高壓直流系統(tǒng)的影響；（4）特高壓交直流系統(tǒng)之間的相互影響。

目前，江蘇電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在陽(yáng)城電廠送出電氣距離長(zhǎng)、輸送容量大而產(chǎn)生的功角穩(wěn)定問(wèn)題，并集中在陽(yáng)城—江蘇斷面、徐宿外送斷面和蘇北五市南送斷面等。

特高壓交流系統(tǒng)接入后，由于徐州落點(diǎn)沒(méi)有同500kV電網(wǎng)的連接，陽(yáng)城電廠送出暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題將依然存在，但由于整個(gè)系統(tǒng)容量和機(jī)組間電氣距離的變化，輸送功率極限和極限切機(jī)時(shí)間等具體指標(biāo)可能會(huì)發(fā)生變化。另外，由于特高壓交直流接入引起的500kV潮流分布發(fā)生改變，還應(yīng)關(guān)注其他斷面500kV線(xiàn)路發(fā)生故障和特高壓交流線(xiàn)路本身故障后產(chǎn)生的暫態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題。

經(jīng)計(jì)算，每百千米特高壓交流線(xiàn)路產(chǎn)生的容性無(wú)功約為530 Mvar，單位長(zhǎng)度產(chǎn)生的容性無(wú)功約為500kV線(xiàn)路的4.4倍以上，大量的容性無(wú)功主要依靠線(xiàn)路兩側(cè)高抗補(bǔ)償，也同時(shí)需要兩側(cè)站內(nèi)低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置的密切配合。根據(jù)規(guī)劃，江蘇電網(wǎng)內(nèi)特高壓交流落點(diǎn)和線(xiàn)路多，線(xiàn)路因故障退出時(shí)，無(wú)功功率的大幅度變化可能會(huì)對(duì)500kV系統(tǒng)電壓帶來(lái)較大影響，需要對(duì)線(xiàn)路退出后和正常運(yùn)行時(shí)特高壓站內(nèi)低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置投切策略進(jìn)行研究，防止產(chǎn)生電壓穩(wěn)定問(wèn)題。另外，特高壓線(xiàn)路輸送功率大，并將華北、華中電網(wǎng)同華東電網(wǎng)直接相連，正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率可能會(huì)有一定范圍的波動(dòng)，從而造成特高壓母線(xiàn)和500kV母線(xiàn)電壓的波動(dòng)，可考慮裝設(shè)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置提高電壓控制的靈活性。

在錦屏—蘇南特高壓直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，由于蘇州地區(qū)受端系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓支撐能力相對(duì)較弱，可能會(huì)引起蘇州地區(qū)電網(wǎng)電壓降低，從而產(chǎn)生電壓穩(wěn)定問(wèn)題。為提高電壓穩(wěn)定性，可以考慮在蘇州電網(wǎng)配置一定容量的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，對(duì)電網(wǎng)提供動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，提高電壓穩(wěn)定裕度。另外，錦屏—蘇南特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖時(shí)，經(jīng)研究不會(huì)造成江蘇電網(wǎng)頻率失穩(wěn)，在特高壓交流系統(tǒng)接入之后，同步電網(wǎng)容量進(jìn)一步增大，頻率穩(wěn)定性將更強(qiáng)。

錦屏—蘇南特高壓直流落點(diǎn)附近500kV線(xiàn)路發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)引起直流換相失敗甚至導(dǎo)致雙極閉鎖，為保證特高壓直流可以恢復(fù)正常換相，500kV交流故障時(shí)保護(hù)應(yīng)正確動(dòng)作，將故障及時(shí)清除。

在蘇州電網(wǎng)內(nèi)，特高壓交直流落點(diǎn)并存，交直流系統(tǒng)電氣距離近，而且錦屏—蘇南直流和雅安—南京交流通道的送端均在四川境內(nèi)，屬于平行的交直流通道，相互之間影響大。當(dāng)特高壓交流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，可能引起特高壓直流換相失敗，而特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖時(shí)，可能造成送端電網(wǎng)輸出功率轉(zhuǎn)而通過(guò)特高壓交流通道傳輸，引起特高壓交流線(xiàn)路傳輸功率增加，無(wú)功損耗增大，而在落點(diǎn)產(chǎn)生較大的電壓降落，從而可能導(dǎo)致電壓穩(wěn)定問(wèn)題，此時(shí)需采取相應(yīng)措施進(jìn)行電壓控制。

2 特高壓接入對(duì)江蘇電網(wǎng)規(guī)劃的影響

2.1 特高壓接入對(duì)江蘇網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃的影響

特高壓交直流系統(tǒng)接入江蘇電網(wǎng)前，江蘇500kV電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)規(guī)劃應(yīng)充分考慮特高壓接入后對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)的問(wèn)題，與特高壓系統(tǒng)合理銜接，盡量使得潮流分布合理、短路電流可控、穩(wěn)定水平高。

在與特高壓交流系統(tǒng)銜接方面，一方面應(yīng)優(yōu)化特高壓落點(diǎn)附近的500kV電網(wǎng)接入方案，另一方面應(yīng)在適時(shí)考慮1000/500kV電磁環(huán)網(wǎng)的解環(huán)，考慮500kV電網(wǎng)的合理分區(qū)。

在與特高壓直流系統(tǒng)銜接方面，錦屏—蘇南特高壓直流落點(diǎn)江蘇后，蘇南500kV規(guī)劃網(wǎng)架一方面應(yīng)考慮蘇南輸電斷面有足夠裕度，滿(mǎn)足在直流故障后的突發(fā)輸電增量，另一方面可結(jié)合蘇通大跨越的建設(shè)，優(yōu)化蘇州南部和蘇北電網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)交流電源的直接支撐[3]。

2.2 特高壓電網(wǎng)對(duì)電源接入方式的影響

特高壓交流系統(tǒng)接入江蘇電網(wǎng)后，江蘇電網(wǎng)最高電壓等級(jí)將從500kV躍升為1000kV，江蘇境內(nèi)新建機(jī)組的接入方式將有更多選擇，尤其是徐州煤電基地和連云港核電新建機(jī)組等，應(yīng)當(dāng)合理選擇機(jī)組接入電壓等級(jí)，合理分配500kV和特高壓電網(wǎng)輸送功率，提高500kV輸送通道的穩(wěn)定水平，充分發(fā)揮特高壓和500kV電網(wǎng)的輸電作用。

2.3 特高壓系統(tǒng)對(duì)沿海風(fēng)電開(kāi)發(fā)的影響

“十一五”至“十二五”期間，由于江蘇境內(nèi)長(zhǎng)江以北電網(wǎng)負(fù)荷的逐步增長(zhǎng)以及 “徐連泰”、“沿海通道”等電網(wǎng)輸變電工程項(xiàng)目的建設(shè)，沿海大型風(fēng)電場(chǎng)的投運(yùn)不會(huì)對(duì)電網(wǎng)潮流分布產(chǎn)生大的影響。連云港、鹽城、南通地區(qū)電網(wǎng)正常方式的潮流分布合理、可控；在系統(tǒng)高峰、低谷負(fù)荷時(shí)段，北電南送主網(wǎng)以及連云港、鹽城、南通電網(wǎng)的輸電能力絕大部分均能滿(mǎn)足風(fēng)電場(chǎng)全額滿(mǎn)功率送出的需求，不會(huì)出現(xiàn)線(xiàn)路過(guò)載的問(wèn)題[4]。

隨著江蘇省風(fēng)電的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，尤其是海上風(fēng)電的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，長(zhǎng)江輸電斷面、蘇北沿海輸電網(wǎng)架都存在大規(guī)模輸電瓶頸，將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生重大影響，一般性的結(jié)構(gòu)調(diào)整和加強(qiáng)將無(wú)法滿(mǎn)足輸電需求。

在這一形勢(shì)下，研究蘇北沿海南北向的特高壓輸電通道，以及新的特高壓過(guò)江輸電通道，尋求更大的輸電空間，提高蘇北地區(qū)電力的外送能力是非常必要的，特高壓通道的建立不但可以大幅提高輸送能力，而且可以節(jié)省輸電走廊以及十分寶貴的過(guò)江通道資源。

另外，由于風(fēng)電的反調(diào)峰特性，大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)需要大量的旋轉(zhuǎn)備用容量和較強(qiáng)的調(diào)頻支撐能力，特高壓系統(tǒng)的接入能夠加強(qiáng)江蘇風(fēng)電基地和外界電網(wǎng)的連接，提高整個(gè)系統(tǒng)容量，增大系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用和調(diào)頻能力，降低風(fēng)電的不確定性對(duì)江蘇電網(wǎng)的干擾作用，這對(duì)江蘇電網(wǎng)內(nèi)沿海風(fēng)電開(kāi)發(fā)和運(yùn)行是非常有利的，特高壓系統(tǒng)產(chǎn)生的規(guī)模效應(yīng)將對(duì)江蘇大規(guī)模風(fēng)電的運(yùn)行起到良好的作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

特高壓進(jìn)入江蘇電網(wǎng)，將加速促進(jìn)江蘇電網(wǎng)原有網(wǎng)架的發(fā)展，有效提高江蘇電網(wǎng)的受電能力，并使江蘇電網(wǎng)同外界電網(wǎng)的聯(lián)系更加緊密。同時(shí)，特高壓系統(tǒng)對(duì)江蘇電網(wǎng)的運(yùn)行和規(guī)劃也帶來(lái)了較大的影響，針對(duì)這些影響，可及時(shí)采取有效方案和措施，為特高壓進(jìn)入江蘇電網(wǎng)做好準(zhǔn)備，充分發(fā)揮特高壓電網(wǎng)的輸電效益。

[1]江蘇省電力公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心.2009/2010年—2013/2014年江蘇500kV電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃研究報(bào)告[R].2008.

[2]王曉暉，楊增輝，郭明星，等.特高壓直流接入對(duì)華東受端交流系統(tǒng)穩(wěn)定性影響的研究[J].華東電力，2009，37（1）：86-90.

[3]趙 良，郭 強(qiáng)，覃 琴，等.特高壓同步電網(wǎng)穩(wěn)定特性分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（34）：52-58.

[4]江蘇省電力公司電網(wǎng)發(fā)展策劃部.江蘇省沿海千萬(wàn)級(jí)風(fēng)電基地并網(wǎng)及輸電問(wèn)題的研究[R].2008.