1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流對(duì)湖南電網(wǎng)影響分析

柳永妍，胡果莉，陳道君，咼虎

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007；2.湖南省湘電試驗(yàn)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004)

0 引言

湖南電網(wǎng)處于國(guó)家電網(wǎng)最南端，作為華中電網(wǎng)的重要組成部分，目前僅通過(guò)3回500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線與華中主網(wǎng)相連，省間交流通道十分薄弱。并且，在2017年±800 kV祁韶直流投運(yùn)后，受暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題制約[1－3]，省內(nèi)機(jī)組出力無(wú)法全部釋放。隨著湖南電網(wǎng)負(fù)荷的持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)有的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)已難以滿足湖南電網(wǎng)區(qū)外受電需求，湖南電網(wǎng)將面臨較大功率缺額[4]。為化解電力供需矛盾，迫切需要強(qiáng)化交流通道以提升湖南電網(wǎng)區(qū)外受電能力。

2021年6月，江西±800 kV雅中—鄱陽(yáng)湖特高壓直流(后簡(jiǎn)稱雅湖直流)落點(diǎn)江西[5－6]，為實(shí)現(xiàn)雅湖直流分電湖南，加強(qiáng)湘贛兩省能源互通互濟(jì)能力，1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流預(yù)計(jì)于2021年年底建成投運(yùn)。

本文從暫態(tài)電壓穩(wěn)定特性、省間交直流通道受電能力兩個(gè)方面，開(kāi)展1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)對(duì)湖南電網(wǎng)的影響分析。

1 特高壓交流投運(yùn)前湖南電網(wǎng)運(yùn)行特性

特高壓交流投運(yùn)前，湖南電網(wǎng)呈現(xiàn)明顯的“強(qiáng)直弱交”格局，湖南電網(wǎng)區(qū)外受電能力主要制約在直流閉鎖后500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線過(guò)載問(wèn)題上[7]，湖南電網(wǎng)500 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 湖南電網(wǎng)500 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

省內(nèi)由于電源主要分布于湘西北、湘西南地區(qū)[8]，而負(fù)荷主要集中于湘東、湘南地區(qū)，電源與負(fù)荷的逆向分布[9]，導(dǎo)致湖南電網(wǎng)存在明顯的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題[10－11]。并且，在祁韶直流投運(yùn)后，直流輸送功率替代了部分常規(guī)發(fā)電機(jī)組，電網(wǎng)發(fā)生故障后，直流需要從電網(wǎng)吸收大量無(wú)功功率，進(jìn)一步惡化了系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性[12－14]。湖南電網(wǎng)需在保持火電機(jī)組一定的開(kāi)機(jī)方式的同時(shí)，預(yù)留大量旋轉(zhuǎn)備用以保證系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定[15]。

2 特高壓交流對(duì)湖南電網(wǎng)的影響

1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，湖南電網(wǎng)新增兩回省間交流通道。湖南電網(wǎng)500 kV及以上網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 湖南電網(wǎng)500 kV及以上網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

2.1 暫態(tài)電壓穩(wěn)定特性

特高壓交流投運(yùn)前后，相同邊界條件下，負(fù)荷中心500 kV線路三永N－1故障，負(fù)荷中心110 kV母線電壓恢復(fù)曲線如圖3所示。

圖3 1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)前后湖南電網(wǎng)110 kV母線電壓恢復(fù)曲線

由圖3可知，1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，負(fù)荷中心500 kV線路N－1故障，110 kV母線暫態(tài)電壓恢復(fù)特性明顯提升。其原因在于，在暫態(tài)電壓恢復(fù)過(guò)程中，江西電網(wǎng)通過(guò)1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌雙回線路提供無(wú)功支援。

特高壓交流投運(yùn)前后，在湖南故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線無(wú)功功率變化曲線如圖4所示。

圖4 500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線無(wú)功功率變化曲線

由圖4可知，1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)前后，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線在故障后短時(shí)間內(nèi)無(wú)功功率支援無(wú)明顯變化。

1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，在湖南故障切除后的暫態(tài)過(guò)程中，江西電網(wǎng)通過(guò)1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流線路提供無(wú)功功率支援約2 053 Mvar，如圖5所示。有效支撐湖南電網(wǎng)負(fù)荷中心暫態(tài)電壓恢復(fù)，電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定水平大幅提升。

圖5 特高壓交流主變無(wú)功功率變化曲線

2.2 交流通道受電能力

特高壓交流投運(yùn)后，湖南電網(wǎng)通過(guò)500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線與湖北電網(wǎng)鄂西片區(qū)相連接，通過(guò)1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌雙回線路與江西電網(wǎng)相連接。

湖南電網(wǎng)交流通道受電能力在考慮500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線與1 000 kV特高壓交流總和的同時(shí)，仍需對(duì)相關(guān)性較強(qiáng)的500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線三回線路予以關(guān)注。

2.2.1 500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線

500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線由湖北葛洲壩換流站—湖南崗市變線路、湖北孱陵變—湖南澧州變雙回線路構(gòu)成。其中500 kV葛崗線湖北側(cè)所接葛洲壩換流站是三峽右岸電廠15—20號(hào)機(jī)組(以下簡(jiǎn)稱為三峽右一電廠)接入點(diǎn)，其開(kāi)機(jī)方式將影響500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線三回線路潮流分布。

500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線三回線路潮流分布的變化，將導(dǎo)致500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線制約故障發(fā)生變化。三峽右岸電廠15—20號(hào)機(jī)組不同開(kāi)機(jī)方式，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線大功率受電方式，鄂湘聯(lián)絡(luò)線制約故障見(jiàn)表1。

由表1可知，僅在三峽右一電廠全開(kāi)滿發(fā)方式500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線制約故障為500 kV孱澧雙回線路N－2故障(切湖南負(fù)荷900 MW)；三峽右一電廠其他開(kāi)機(jī)方式，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線制約故障均為孱澧N－1。

表1 500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線制約故障

因此，在以孱澧雙回N－2故障(切湖南負(fù)荷900 MW)給定500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線控制值的同時(shí)，需對(duì)孱澧雙回線路進(jìn)行功率預(yù)控。

2.2.2 省間交流通道

1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，由于長(zhǎng)沙—南昌雙回線路存在同桿架設(shè)的情況，長(zhǎng)沙—南昌雙回線路需按N－2開(kāi)展故障校核。湖南電網(wǎng)省間交流通道受電能力主要受限于長(zhǎng)沙—南昌特高壓雙回線路跳閘，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線過(guò)載約束。

500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線三回線路分電比，將導(dǎo)致湖南省間交流通道制約故障發(fā)生變化。三峽右一電廠不同開(kāi)機(jī)方式，長(zhǎng)沙—南昌特高壓雙回線路跳閘，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線過(guò)載線路見(jiàn)表2。

表2 省間交流通道制約故障

由表2可知，僅在三峽右一電廠全開(kāi)滿發(fā)方式省間交流通道制約為1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌雙回線路N－2故障，葛崗線過(guò)載；三峽右一電廠其他開(kāi)機(jī)方式，省間交流通道制約故障為1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌雙回線路N－2故障，孱澧雙回線路過(guò)載。

2.3 交直流整體外受電能力

1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，湖南電網(wǎng)、江西電網(wǎng)聯(lián)合為一個(gè)整體，如圖6所示，湖南電網(wǎng)與江西電網(wǎng)的外受電能力需統(tǒng)籌考慮。

圖6 湖南、江西電網(wǎng)通過(guò)特高壓交流聯(lián)網(wǎng)

湘贛兩省的省間聯(lián)絡(luò)通道包括500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線(葛換－崗市＋孱陵－澧州雙回)、500 kV鄂贛聯(lián)絡(luò)線(磁湖－永修＋咸寧－夢(mèng)山雙回)、1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌雙回線路以及分別饋入湘贛兩省的祁韶直流與雅湖直流。

湘贛兩省外受電能力主要制約在祁韶直流、雅湖直流雙極閉鎖500 kV鄂湘、鄂贛聯(lián)絡(luò)線過(guò)載問(wèn)題上。就湖南而言，祁韶直流雙極閉鎖故障，功率缺額大幅轉(zhuǎn)移至500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線，轉(zhuǎn)移比約為60%，其余功率缺額將通過(guò)500 kV鄂贛聯(lián)絡(luò)線、1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌雙回線路傳送。

由于500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線受電能力制約故障因三峽右一電廠開(kāi)機(jī)方式不同而不同，針對(duì)三峽右一電廠全開(kāi)滿發(fā)方式和三峽右一電廠開(kāi)機(jī)3臺(tái)方式對(duì)祁韶直流與500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線耦合關(guān)系進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 祁韶直流雙極閉鎖鄂湘聯(lián)絡(luò)線潮流轉(zhuǎn)移情況

表3中，三峽右一電廠兩種開(kāi)機(jī)方式，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線分別受孱澧雙回N－2與孱澧N－1故障制約，其受電已接近極限。兩種不同故障約束的500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線受電邊界，祁韶直流最大受電能力分別為3 860 MW、4 200 MW。

綜合兩種方式計(jì)算結(jié)論，祁韶直流與500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線受電能力(不考慮穩(wěn)控動(dòng)作切負(fù)荷)約為7 000 MW。

3 結(jié)語(yǔ)

1)1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，湖南電網(wǎng)在故障后的暫態(tài)過(guò)程中，江西電網(wǎng)通過(guò)特高壓交流通道提供大量無(wú)功支援，湖南電網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題大幅提升，湖南電網(wǎng)預(yù)留旋轉(zhuǎn)備用容量大幅減少。

2)1 000 kV長(zhǎng)沙—南昌特高壓交流投運(yùn)后，強(qiáng)化了湖南電網(wǎng)省間交流通道，湖南電網(wǎng)“強(qiáng)直弱交”問(wèn)題大幅改善。由于500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線相關(guān)性較強(qiáng)，因此在給定湖南電網(wǎng)交流通道受電能力的同時(shí)，需要對(duì)500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行單獨(dú)預(yù)控。并且，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線三回線路分電比隨三峽右一電廠開(kāi)機(jī)方式變化而變化，為提升控制策略的靈活性，需對(duì)500 kV孱澧雙回線路進(jìn)行功率預(yù)控。

3)特高壓交流投運(yùn)后，祁韶直流雙極閉鎖，轉(zhuǎn)移至鄂湘聯(lián)絡(luò)線的功率缺額由100%降低至60%，500 kV鄂湘聯(lián)絡(luò)線與祁韶直流的耦合特性減弱，祁韶直流與鄂湘聯(lián)絡(luò)線受電功率之和提升。