特高壓直流落點選擇實用方法及在河南電網(wǎng)中的應用

司瑞華 劉永民 孫思培 袁 鵬

（國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，河南 鄭州 450052）

特高壓直流落點選擇實用方法及在河南電網(wǎng)中的應用

司瑞華 劉永民 孫思培 袁 鵬

（國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(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，預計遠期河南電網(wǎng)三分之一的電力需求需要依靠外來電力，需要新增3條特高壓直流饋入。本文提出特高壓直流落點選擇的實用方法，以河南電網(wǎng)為例，提出遠期河南電網(wǎng)3條特高壓直流落點的可行性方案，推薦方案可以適應多直流饋入河南電網(wǎng)需求，保障河南電力供應。

特高壓直流落點；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，預計遠期河南電網(wǎng)將有三分之一的電力需求依靠區(qū)外來電，特高壓直流大容量、多落點饋入將構(gòu)筑河南電網(wǎng)新形態(tài)。依據(jù)最新規(guī)劃，遠期河南電網(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)饋入格局更為復雜。因此，迫切需要研究入豫特高壓直流工程的落點布局方案和建設時序，針對不同落點布局方案對河南電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響，推薦合理的特高壓直流并網(wǎng)方案，確保外來電力落得下、送得出，提高河南電網(wǎng)能源安全保障能力。

1 特高壓直流落點選擇方法

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

①對受端電網(wǎng)進行電力缺額評估，初步選擇落點區(qū)域和落點類型。對于受端某區(qū)域電網(wǎng)，電力缺額小于3 000MW時，應選擇特高壓交流落點；電力缺額在3 000MW～6 000MW時，選擇特高壓交流或直流落點均可；電力缺額在6 000MW以上時，應選擇特高壓直流落點。

②對受端電網(wǎng)與外區(qū)聯(lián)絡的500kV通道強度進行評估，初步確定可接受的直流輸電規(guī)模。通過熱穩(wěn)和暫穩(wěn)計算等，確定受端電網(wǎng)原有500kV聯(lián)絡通道的供電極限能力，評估特高壓直流落點后，直流故障后損失的最大功率與500kV聯(lián)絡通道供電極限的關(guān)系，計算受端電網(wǎng)可接受外區(qū)來電的比例，確定直流輸電規(guī)模。

③進行特高壓直流落地后受端電網(wǎng)適應性評估，推薦合理落點方案。多個直流饋入后，對受端電網(wǎng)的潮流特性、短路電流和短路比指標進行評估；針對直流的嚴重故障，評估直流落點后的穩(wěn)定風險，推薦合理的特高壓直流落點布局方案。

對于特高壓直流落點布局方案的評估，潮流、短路和暫穩(wěn)計算比較常規(guī)，要考慮多個直流之間的相互影響，對于多直流饋入系統(tǒng)，引入一種計及各回直流相互影響和作用的交流電網(wǎng)強度評價指標，簡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定量指標評價多直流饋入后交流系統(tǒng)的強弱，依據(jù)多直流饋入短路比評價交流系統(tǒng)強弱的標準為：MSCR＞3，交流系統(tǒng)強；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，同時要考慮系統(tǒng)短路電流的約束。

2 遠期河南電網(wǎng)特高壓直流落點方案擬定

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)國家電網(wǎng)中長期電力流規(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區(qū)域，首先對河南電網(wǎng)各區(qū)域進行中長期電力平衡。根據(jù)河南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點，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（以下簡稱“安鶴濮”）以及焦作、新鄉(xiāng)（以下簡稱“焦新”）地區(qū)；豫中電網(wǎng)涵蓋洛陽、三門峽、濟源、鄭州以及開封、商丘（以下簡稱“開商”）地區(qū)；豫南電網(wǎng)涵蓋平頂山、南陽、許昌以及漯河、周口、駐馬店、信陽（以下簡稱“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)電力平衡情況見表1。

從分大區(qū)電力平衡來看，豫北、豫中和豫南電網(wǎng)遠期均是受端電網(wǎng)，需要外區(qū)來電補給。

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

豫中的鄭開商地區(qū)是河南電力缺額較大地區(qū)，2030年電力缺額約為11 700MW，由于鄭開商電網(wǎng)與外區(qū)聯(lián)絡500kV通道較多，多達11回線路，除保持以天中直流為電源點外，應新建直流接入或者繼續(xù)補強交流受電通道，其中新增直流輸電規(guī)模可以在8 000～12 000MW。

豫南是未來河南電網(wǎng)電力缺額最多地區(qū)，特別是周口、駐馬店、信陽地區(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)必須引進特高直流。目前，南陽地區(qū)已建設有南陽特高壓交流站，可以滿足特高壓直流以不同方式接入，新增直流輸電規(guī)模應在10 000MW以上。

從分小區(qū)電力平衡來看，2020年電力缺額最大的是漯周駐信、安鶴濮和南陽地區(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，對河南電網(wǎng)未來新增的第二、三、四條直流落點擬定兩個方案，如表2所示。

表2 新增直流落點方案

方案一：三條直流分別落點南陽、漯周駐信和安鶴濮地區(qū)。

方案二：三條直流分別落點漯周駐信、安鶴濮以及鄭州和開商地區(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個方面進行評估比較。

①潮流方面。方案一：第二條直流接入近期南陽地區(qū)后，特高壓直流大部分功率需經(jīng)過南陽換流站—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，短路電流偏高站點均分布在南陽特高站周圍，南陽特高壓站500kV母線必須采取分列運行措施，方案一和方案二南陽特高壓站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)電源裝機較少，對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，說明受端電網(wǎng)能夠達到強交流電網(wǎng)的水平。多直流饋入短路比比較見表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)定性評估兩個直流落點方案下河南電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平，暫穩(wěn)計算采用中國電科院BPA電力系統(tǒng)分析程序。

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

對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一步加重，造成系統(tǒng)電壓降低，最終導致系統(tǒng)振蕩，不能維持穩(wěn)定運行，仿真計算結(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)定運行。

圖1 方案一天中直流雙極閉鎖時相關(guān)母線電壓

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

圖2 方案二天中直流雙極閉鎖時相關(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，推薦方案二作為遠期河南電網(wǎng)特高壓直流落點布局方案，即第二條直流優(yōu)先落點電力缺口最大的漯周駐信地區(qū)，第三、四條直流根據(jù)負荷發(fā)展分別落點安鶴濮和鄭開商地區(qū)。

4 結(jié)論

本文提出了一種特高壓直流落點選擇實用方法，首先根據(jù)電力平衡結(jié)果確定落點區(qū)域和落點類型，然后從受端電網(wǎng)與外區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡強度初步確定直流規(guī)模，最后評估不同特高壓直流落點方案，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，得出遠期河南電網(wǎng)直流落點布局方案：第二條直流優(yōu)先落點電力缺口最大的漯周駐信地區(qū)，第三、四條直流根據(jù)負荷發(fā)展2030年以前分別落點安鶴濮和鄭開商地區(qū)，推薦方案可以適應多直流饋入河南電網(wǎng)的需求，保障遠期河南電力供應。

［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。