孤網(wǎng)條件下的增量配網(wǎng)系統(tǒng)分析

錢 程 王 崗

（1.國網(wǎng)浙江蒼南縣供電有限責(zé)任公司，浙江溫州325000；2.國網(wǎng)浙江杭州市富陽區(qū)供電有限公司，浙江杭州310000）

0 引言

受宏觀市場影響，大中型企業(yè)的生產(chǎn)成本增加明顯，特別是對于一些高耗能的項(xiàng)目，其電力成本為主要成本之一，因此如何減少企業(yè)用電成本成為一個比較重要的研究課題。如能將發(fā)電企業(yè)就近接入集中用戶組成配電網(wǎng)進(jìn)行交易和售電，減少輸變電網(wǎng)損，提高利用小時數(shù)，大幅降低售電成本，對于企業(yè)用戶來說則可以減少很大一部分用電成本。

本文充分發(fā)揮現(xiàn)代高科技優(yōu)勢，運(yùn)用電力規(guī)劃和計算軟件作為輔助工具，對某工業(yè)區(qū)增量配網(wǎng)的孤網(wǎng)運(yùn)行方式進(jìn)行了各種優(yōu)化計算，并對軟件優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行專家干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)優(yōu)勢互補(bǔ)。

1 電力電量需求預(yù)測及平衡分析

1.1 電力需求及平衡

1.1.1 電力負(fù)荷預(yù)測根據(jù)

結(jié)合GB/T 50293—2014《城市電力規(guī)劃規(guī)范》，對擬規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的園區(qū)1、園區(qū)2進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測，再根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃發(fā)展要求，結(jié)合專家數(shù)據(jù)，對擬規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的供電企業(yè)進(jìn)行負(fù)荷用量統(tǒng)計。園區(qū)1、園區(qū)2及某冶煉企業(yè)電力負(fù)荷預(yù)測量如表1所示。

表1 規(guī)劃區(qū)電力負(fù)荷表

1.1.2 規(guī)劃區(qū)內(nèi)企業(yè)負(fù)荷增長情況

電力與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)，從規(guī)劃區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，直供電用戶某冶煉企業(yè)主要進(jìn)行鐵合金冶煉，園區(qū)1、園區(qū)2主要規(guī)劃為高耗能企業(yè)，同時配套部分物流倉儲用地，用電需求量相對較大。在中、長期規(guī)劃中，園區(qū)1、園區(qū)2以及某冶煉企業(yè)將是主要負(fù)荷增長點(diǎn)。規(guī)劃區(qū)企業(yè)負(fù)荷預(yù)測如表2所示。

表2 規(guī)劃區(qū)企業(yè)負(fù)荷預(yù)測 單位：MW

1.1.3 規(guī)劃區(qū)內(nèi)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果

根據(jù)某冶煉企業(yè)以及園區(qū)1、園區(qū)2新增負(fù)荷特性，規(guī)劃區(qū)負(fù)荷預(yù)測如表3所示。預(yù)測區(qū)內(nèi)2019年需電量為39億kW·h，最高供電負(fù)荷為520 MW。

表3 規(guī)劃區(qū)負(fù)荷預(yù)測

1.1.4 規(guī)劃區(qū)內(nèi)電源建設(shè)規(guī)劃

規(guī)劃區(qū)新建2×350MW自備電廠，遠(yuǎn)期還擬擴(kuò)建1×350MW機(jī)組。規(guī)劃區(qū)電源投產(chǎn)情況如表4所示。

表4 規(guī)劃區(qū)內(nèi)電源投產(chǎn)情況 單位：MW

1.1.5 規(guī)劃區(qū)內(nèi)電力平衡

根據(jù)負(fù)荷預(yù)測及電源安排，規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)電力平衡結(jié)果如表5所示。由電力平衡結(jié)果可以看出，規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)2019—2025年電力盈余為145～217 MW，正常情況下，中、長期規(guī)劃基本可以滿足規(guī)劃區(qū)電力平衡。

表5 規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)電力平衡表 單位：MW

1.2 電量需求及平衡

1.2.1 電量預(yù)測

規(guī)劃區(qū)企業(yè)規(guī)劃用電項(xiàng)目電量表匯總?cè)绫?所示。

表6 規(guī)劃區(qū)電量預(yù)測 單位：億kW·h

1.2.2 電量平衡

電量平衡表如表7所示，規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)的發(fā)電量基本能夠滿足某冶煉企業(yè)和園區(qū)1、園區(qū)2的負(fù)荷需求。

表7 規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)電量平衡

2 網(wǎng)架規(guī)劃及主要設(shè)備選擇

根據(jù)電力體制改革對規(guī)劃方案的影響由小到大，按2×350 MW機(jī)組直供某冶煉企業(yè)、園區(qū)1、園區(qū)2構(gòu)成局域網(wǎng)系統(tǒng)思路，提出規(guī)劃方案。

2×350 MW機(jī)組直供某冶煉企業(yè)，還對園區(qū)1、園區(qū)2用戶供電，以單回1×240 mm2輸電線路分別為園區(qū)1、園區(qū)2各供電70 MVA，園區(qū)1、園區(qū)2之間以聯(lián)絡(luò)線連接互為備用，具體規(guī)劃方案：電源點(diǎn)取自新建2×350 MW機(jī)組；廠用電備用電源取自某110 kV變電站；新建35 kV園區(qū)1、園區(qū)2電站，35 kV側(cè)采用單母線接線；園區(qū)1、園區(qū)2之間以聯(lián)絡(luò)線連接互為備用。規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖

短路水平及主要設(shè)備選擇：220 kV、35 kV電壓等級短路電流分別按50 kA、40 kA考慮；220 kV主變壓器選用三相雙繞組油浸式有載調(diào)壓變壓器，容量：315 MVA，電壓：230±8×1.25%/69 kV，連接組別：YNd11；園區(qū)1、園區(qū)2變電站：35 kV主變壓器選用三相雙繞組油浸式無勵磁調(diào)壓變壓器，容量：31.5 MVA，電壓：35±2×2.5%/10.5 kV，連接組別：YNd11；220 kV、35 kV開關(guān)設(shè)備：220 kV、35 kV斷路器選用SF6瓷柱式單斷口斷路器；220 kV主變、出線斷路器的額定電流容量暫按4 000 A考慮，220 kV母聯(lián)斷路器暫按4 000 A考慮；35 kV主變、出線斷路器的額定電流容量暫按4 000 A考慮，35 kV母聯(lián)斷路器暫按4 000 A考慮；220 kV、35 kV母線隔離開關(guān)選用單柱垂直端口隔離開關(guān)，出線隔離開關(guān)選用雙柱水平斷口隔離開關(guān)；220 kV、35 kV電流互感器選用油浸式電流互感器，220 kV、35 kV電壓互感器選用電容式電壓互感器。

3 孤網(wǎng)條件下的增量配網(wǎng)系統(tǒng)分析

3.1 潮流計算

潮流計算的目的就是校驗(yàn)各種運(yùn)行方式下電網(wǎng)的適應(yīng)性，在電網(wǎng)正常運(yùn)行情況下，電網(wǎng)中各條線路的潮流情況如圖2所示。

圖2 正常運(yùn)行情況下電網(wǎng)線路潮流圖

在一臺發(fā)電機(jī)故障時，220 kV升壓站母聯(lián)斷路器閉合；一條220 kV線路故障時，220 kV升壓站母聯(lián)斷路器、某冶煉企業(yè)母聯(lián)開關(guān)閉合；一臺發(fā)電機(jī)故障、一條220 kV線路故障時，220 kV升壓站母聯(lián)斷路器、某冶煉企業(yè)母聯(lián)開關(guān)閉合；一條園區(qū)線路故障、一條220 kV線路故障時，220 kV升壓站母聯(lián)斷路器、某冶煉企業(yè)母聯(lián)開關(guān)、園區(qū)聯(lián)絡(luò)線斷路器閉合；一臺發(fā)電機(jī)故障、一條園區(qū)線路故障、一條220 kV線路故障時，220 kV升壓站母聯(lián)斷路器、園區(qū)聯(lián)絡(luò)線斷路器、某冶煉企業(yè)母聯(lián)開關(guān)閉合；一臺發(fā)電機(jī)故障、一條園區(qū)線路故障時，220 kV升壓站母聯(lián)斷路器、園區(qū)聯(lián)絡(luò)線斷路器閉合等非正常工況下，通過甩負(fù)荷操作，可以滿足系統(tǒng)潮流正常。

從潮流分析中可以得出，在孤網(wǎng)情況下，處于非正常工況，需要配置相應(yīng)的安全穩(wěn)定性裝置，按負(fù)荷類型進(jìn)行優(yōu)先策略控制，切除部分負(fù)荷，潮流分布才符合電網(wǎng)系統(tǒng)要求。

3.2 暫態(tài)穩(wěn)定計算

在接網(wǎng)運(yùn)行情況下，進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計算，計算方式為1.5 s故障，1.7 s相關(guān)斷路器動作。暫態(tài)穩(wěn)定計算結(jié)果表明，規(guī)劃區(qū)電網(wǎng)在故障情況下能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)定計算結(jié)果如圖3所示。

圖3 一臺發(fā)電機(jī)故障時220 kV升壓站、某冶煉企業(yè)母線電壓波動曲線圖

在一臺發(fā)電機(jī)故障；一條220 kV線路故障；一臺發(fā)電機(jī)故障、一條220 kV線路故障；一條園區(qū)線路故障、一條220 kV線路故障；一臺發(fā)電機(jī)故障、一條園區(qū)線路故障、一條220 kV線路故障；一臺發(fā)電機(jī)故障、一條園區(qū)線路故障等非正常工況下，通過甩負(fù)荷操作，可以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定。

從暫態(tài)穩(wěn)定計算可以得出，在孤網(wǎng)情況下，處于非正常工況，需要配置相應(yīng)的安全穩(wěn)定性裝置，按負(fù)荷類型進(jìn)行優(yōu)先策略控制，切除部分負(fù)荷，系統(tǒng)才能滿足穩(wěn)定要求。

3.3 短路計算

為校驗(yàn)電網(wǎng)的短路電流水平，對正常接線方式進(jìn)行了短路計算。系統(tǒng)短路容量根據(jù)110 kV變電站的短路電流為40 kA計算得出，現(xiàn)有降壓變短路阻抗采用典型參數(shù)，新建某冶煉企業(yè)降壓變的短路阻抗采用高-中短路阻抗為14%。計算結(jié)果如圖4所示。

圖4 220 kV、35 kV母線三相短路電流計算結(jié)果圖

從計算結(jié)果來看，電網(wǎng)的短路電流水平符合電網(wǎng)系統(tǒng)要求。

4 結(jié)語

增量配網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析，為項(xiàng)目估算、財務(wù)分析及經(jīng)濟(jì)分析提供了技術(shù)支持，進(jìn)一步為項(xiàng)目的機(jī)會研究、可行性與可能性論證提供了科學(xué)依據(jù)。孤網(wǎng)條件下的增量配網(wǎng)系統(tǒng)符合電網(wǎng)N-1準(zhǔn)則，電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)，工程建成后形成高可靠性電網(wǎng)，工程在技術(shù)上可行。該類似系統(tǒng)是開展電力體制改革的有益嘗試，能促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展，創(chuàng)造更多工作崗位，符合國家電力體制改革的精神。孤網(wǎng)條件下的增量配網(wǎng)系統(tǒng)方案為電力體制改革實(shí)質(zhì)性地邁出了第一步，對其他類似工程也具有示范意義。