1 000 kV北岳與洪善變電站落地工程對山西電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移及送電能力影響研究

劉煥明

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西太原 030001）

0 引言

山西電網(wǎng)是典型的外送型電網(wǎng)，承擔(dān)著向京津唐地區(qū)送電任務(wù)，目前通過九回500 kV線路與華北電網(wǎng)相連。2020年，華北電網(wǎng)蒙西—北岳—北京西、榆橫—洪善—石家莊兩個1 000 kV特高壓交流工程分別在北岳站與洪善站落地山西500 kV電網(wǎng)，同時山西外送華北九回500 kV線路與山西主網(wǎng)斷開，以點對網(wǎng)方式向華北電網(wǎng)送電。屆時，山西電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，形成以北岳、洪善兩座特高壓交流變電站為核心，通過北岳—北京西雙回、洪善—石家莊雙回特高壓線路與華北電網(wǎng)相連的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

北岳、洪善特高壓站落地工程包括：擴建北岳3號主變、洪善2號主變，容量均為3 000 MVA；神頭開閉站—雁同雙回線路π入北岳特高壓變電站；洪善特高壓變電站雙回500 kV線路接入500 kV呂梁變電站，雙回500 kV線路接入500 kV榆社開閉站。山西九回500 kV點對網(wǎng)外送華北通道為：大同二電廠、京隆電廠利用原大同—房山三回線向北京送電；朔南電廠及神二電廠3號、4號機組利用原神開—保北雙回線路向河北送電，明泰電廠、西上莊電廠利用原陽泉—桂山雙回線路向河北送電，左權(quán)電廠、王曲電廠利用原潞城—辛安雙回線路向河北送電。

圖1 2020年山西電網(wǎng)與華北電網(wǎng)連接示意圖

北岳、洪善特高壓站落地及外送華北九回500 kV線路斷開后，山西電網(wǎng)廠站潮流分布、特高壓通道送電能力都將發(fā)生巨大變化，有必要研究新的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的山西電網(wǎng)運行特性，掌握特高壓落地后山西電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移及特高壓通道送電能力特性變化情況，為特高壓變電站落地后山西電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供依據(jù)和參考[1-2]。

1 研究工具和技術(shù)原則

1.1 計算程序

本項目采用中國電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所PSD（power system department）電力系統(tǒng)軟件工具《中國版BPA潮流程序 （6.2） 及暫態(tài)穩(wěn)定程序（4.15.7RM）》進行分析。

1.2 數(shù)據(jù)說明

計算數(shù)據(jù)：中國電力科學(xué)研究院下發(fā)的2020年三華電網(wǎng)2～3 a年滾動研究計算數(shù)據(jù)。

發(fā)電機模型：主要發(fā)電機采用Ed''、Eq''變化詳細模型，并考慮勵磁和調(diào)速系統(tǒng)。

負荷模型：華北電網(wǎng)為馬達+恒阻抗；華東電網(wǎng)為靜態(tài)負荷。

1.3 故障模擬

1 000 kV線路發(fā)生三相永久短路故障，故障后0.09 s跳開線路近故障側(cè)三相開關(guān)；0.1 s跳開線路另一側(cè)三相開關(guān)。

1 000 kV主變高壓側(cè)發(fā)生三相永久短路故障，故障后0.09 s跳開主變高壓側(cè)三相開關(guān)；0.1 s跳開主變中/低壓側(cè)三相開關(guān)。

1.4 穩(wěn)定判據(jù)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定判據(jù)分為功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定三個方面。計算分析時，若三者都能保持穩(wěn)定，則認為系統(tǒng)穩(wěn)定，若有一個不能穩(wěn)定，則認為系統(tǒng)不穩(wěn)定。具體判據(jù)如下[3-4]。

功角穩(wěn)定：電網(wǎng)遭受每一次大擾動后，引起電力系統(tǒng)各機組之間功角相對增大，在經(jīng)過第一、第二搖擺不失步。

電壓穩(wěn)定：在電力系統(tǒng)受到擾動后的暫態(tài)過程中，負荷母線電壓能夠在10s以內(nèi)恢復(fù)到0.80倍基準(zhǔn)值以上；在電力系統(tǒng)受到擾動后的中長期過程中，負荷母線電壓能夠保持或恢復(fù)到0.90倍基準(zhǔn)值以上。

頻率穩(wěn)定：系統(tǒng)頻率能迅速恢復(fù)到額定頻率附近繼續(xù)運行，不發(fā)生頻率崩潰，也不使事件后的系統(tǒng)頻率長期懸浮于某一過高或過低的數(shù)值。

2 特高壓落地工程實施前后山西電網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移情況分析

2.1 研究思路

a） 在北岳、洪善特高壓變電站不落地方式下，調(diào)整山西電網(wǎng)機組出力，使得山西外送華北電網(wǎng)電力達到12 000 MW，長南線南送潮流達到5 800 MW，雁淮直流潮流達到8 000 MW，計算該方式下山西電網(wǎng)潮流。

b）基于以上開停機方式，實施特高壓落地及外送華北九回線斷開工程，計算特高壓落地后山西電網(wǎng)潮流。

c）比較特高壓落地前后外送華北九回線潮流變化量，得出特高壓落地前后山西電網(wǎng)的不平衡量。

d） 分析由c） 得到的不平衡量在特高壓主變、線路及山西電網(wǎng)重要斷面潮流轉(zhuǎn)移比。

2.2 潮流轉(zhuǎn)移分析

2020年北岳、洪善特高壓變電站不落地方式，山西電網(wǎng)全網(wǎng)停機比例29.4%，風(fēng)電機組出力按30%考慮，在此方式下山西外送華北12 003 MW。基于此開停機方式，計算特高壓落地后山西電網(wǎng)潮流。對比分析特高壓落地前后山西電網(wǎng)的潮流轉(zhuǎn)移情況，研究結(jié)果如下。

特高壓不落地方式，山西外送華北電網(wǎng)潮流12 003 MW；特高壓落地方式，山西電網(wǎng)通過點對網(wǎng)送電方式向華北電網(wǎng)送電8 763 MW；特高壓落地后，山西電網(wǎng)出現(xiàn)電力盈余，電力盈余量為3 240 MW，如表1所示。

表1 外送九回線潮流變化情況MW

特高壓落地后，北岳特高壓主變上送電力增加3 040 MW，占不平衡量的94%；洪善特高壓主變上送電力增加200 MW，占不平衡量的6%。北岳主變轉(zhuǎn)移了絕大部分不平衡量，如表2所示。

表2 特高壓主變潮流變化情況MW

特高壓落地后，北岳—北京西線路電力增加2 234 MW，占不平衡量的69%；洪善—石家莊電力增加1 006 MW，占不平衡量的31%，如表3所示。

表3 特高壓線路潮流變化情況MW

3 特高壓落地工程實施前后山西外送華北特高壓通道送電能力分析

根據(jù)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》要求：在正常運行方式（含計劃檢修方式，下同）下，系統(tǒng)中任一元件（發(fā)電機、線路、變壓器、母線）發(fā)生單一故障時，不應(yīng)導(dǎo)致主系統(tǒng)非同步運行，不應(yīng)發(fā)生頻率崩潰和電壓崩潰。故本文以任一元件發(fā)生三相永久性N-1故障系統(tǒng)不失穩(wěn)作為判定條件，分析山西外送華北特高壓通道送電能力[5]。

3.1 特高壓落地工程實施前特高壓通道送電能力分析

特高壓不落地方式，考慮北岳、洪善、蒙西、榆橫分散開機方式，受洪善—石家莊N-1動穩(wěn)約束，山西外送華北特高壓通道送電能力為10 027 MW，具體如表4、圖2所示。

表4 特高壓落地工程實施前山西外送華北特高壓通道送電能力計算表 MW

表5 特高壓落地工程實施后山西外送華北特高壓通道送電能力計算表 MW

3.2 特高壓落地工程實施后特高壓通道送電能力分析

特高壓落地方式，考慮北岳、洪善、蒙西、榆橫分散開機方式，受北岳—北京西N-1動穩(wěn)約束，山西外送華北特高壓通道送電能力為14 932MW，提高了4 905MW，具體如表5、圖3所示。

圖2 洪善—石家莊N-1故障下機組功角曲線圖—特高壓外送10 027 MW方式

圖3 北岳—北京西N-1故障下機組功角曲線圖—特高壓外送14 932 MW方式

4 結(jié)論與建議

a） 特高壓不落地方式，山西外送華北12 103 MW；在此方式下，特高壓落地，外送華北九回線斷開，山西通過九回線路外送華北潮流由12 103 MW下降至8 863 MW，省內(nèi)盈余的3 240 MW電力通過特高壓主變送至華北電網(wǎng)，其中北岳主變轉(zhuǎn)移94%，洪善主變轉(zhuǎn)移6%。北岳主變轉(zhuǎn)移了絕大部分不平衡量，極大地緩解了北部電網(wǎng)北電南送通道送電壓力。

b）考慮北岳、洪善、蒙西、榆橫分散開機方式，特高壓不落地方式，受洪善—石家莊N-1動穩(wěn)約束，山西外送華北特高壓通道送電能力為10 027 MW；特高壓落地方式，受北岳—北京西N-1動穩(wěn)約束，山西外送華北特高壓通道送電能力為14 932 MW，提高了4 905 MW。特高壓落地后，山西電網(wǎng)通過特高壓通道向華北電網(wǎng)送電能力大幅提高。

c）特高壓落地后，山西電網(wǎng)形成以北岳、洪善兩座特高壓交流變電站為核心向華北電網(wǎng)供電的格局，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變化巨大，迫切需要開展進一步的深入研究。建議相關(guān)部門提前開展特高壓落地專題研究，制定相應(yīng)的電網(wǎng)運行方案及安控策略。

[1] 劉振亞．特高壓電網(wǎng) [M]．北京：中國經(jīng)濟出版社，2005：27-35.

[2] 張文亮，印永華.華北—華中—華東特高壓同步電網(wǎng)構(gòu)建和安全性分析 [J].中國電機工程學(xué)報，2016，30(16):1-5.

[3] 舒印彪，張文亮，周孝信，等．特高壓同步電網(wǎng)安全性評估[J]．中國電機工程學(xué)報，2007，27(34)：3-8．

[4] 張晉華，蔣衛(wèi)平，印永華．特高壓規(guī)劃電網(wǎng)安全穩(wěn)定性研究[J]．中國電機工程學(xué)報，2008，28(22)：64-68．

[5] 盧錦玲，蔡紅艷，周明．交直流混合系統(tǒng)可用輸電能力評估[J] ．電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(4)：29-34．