基于電網(wǎng)分層分區(qū)邊界條件的電網(wǎng)合環(huán)運行探索

雍文濤 楊娜

摘要：研究電網(wǎng)分層分區(qū)的邊界條件及運行要求，可對下一階段電網(wǎng)發(fā)展、運行等發(fā)揮重要指導作用，尤其在電網(wǎng)規(guī)劃領域，可從宏觀角度把握發(fā)展方向，提供發(fā)展思路。本文結合某省電網(wǎng)實例，首先分析電網(wǎng)分層分區(qū)需滿足的具有普遍指導性的邊界條件;然后，對分層分區(qū)后，分區(qū)電網(wǎng)恢復合環(huán)運行的相關要求展開研究，最后，對地區(qū)間聯(lián)絡線在運行中的功能進行定位。

關鍵詞：分層分區(qū);合環(huán);聯(lián)絡線

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）33-0200-02

分層分區(qū)[1-3]是電網(wǎng)發(fā)展所遵循的一般規(guī)律，電網(wǎng)沿著分層分區(qū)的軌跡不斷向前發(fā)展。研究電網(wǎng)分層分區(qū)的邊界條件及運行要求，可對下一階段電網(wǎng)發(fā)展、運行等發(fā)揮重要指導作用，實現(xiàn)了分層分區(qū)的引領性，尤其在電網(wǎng)規(guī)劃領域，可從宏觀角度把握發(fā)展方向，提供發(fā)展思路，明確發(fā)展目標。

一、分層分區(qū)邊界條件分析

一般情況下，對于電網(wǎng)發(fā)展初期，大范圍的潮流轉移往往成為分區(qū)主導因素;對網(wǎng)架相對集中、負荷密集的地區(qū)電網(wǎng)，短路電流是分區(qū)主導因素。

1.電磁環(huán)網(wǎng)

電磁環(huán)網(wǎng)對電網(wǎng)安全在不同階段有利有弊，在高一級電網(wǎng)發(fā)展初期，保留必要的電磁環(huán)網(wǎng)對電網(wǎng)安全往往是有利的;或者，即使對電網(wǎng)安全造成威脅，但由于網(wǎng)架薄弱，一般難以具備解環(huán)條件。在高一級電網(wǎng)發(fā)展到一定規(guī)模之后，電磁環(huán)網(wǎng)仍引起大范圍的潮流轉移，導致地區(qū)電網(wǎng)220千伏線路過載，并且安全控制措施復雜等情況下，應考慮解開區(qū)域或地區(qū)間的聯(lián)絡線。

結合某省電網(wǎng)歷史演變實績予以說明：“十一五”初期，該省江南江北電磁環(huán)網(wǎng)存在較為突出的潮流轉移問題，500千伏過江線N-1或N-2事故均會因潮流轉移而導致220kV過江線嚴重過載。囿于全省500kV網(wǎng)架結構相對薄弱，在N-1-1后可能出現(xiàn)與大區(qū)主網(wǎng)解列的威脅，一直無法解環(huán)運行。直至2007年東通道全線貫通，500千伏電網(wǎng)首次形成環(huán)網(wǎng)結構，安全穩(wěn)定水平大幅度提高，江南江北電磁環(huán)網(wǎng)具備解環(huán)條件。2007年9月19日，該省江南江北電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)成功實施。

2.短路電流

對于網(wǎng)架相對密集區(qū)域，由于短路電流問題而實施分區(qū)解環(huán)后，分區(qū)電網(wǎng)的供電能力按照規(guī)劃設計導則，[4]一般應滿足：L≤T*70%+Gn-1（L為地區(qū)負荷，T為地區(qū)500千伏主變容量，G為地區(qū)220千伏及以下裝機容量;Gn-1為停地區(qū)最大1臺機組后的裝機容量）。

另外，按照短路電流水平約束，[5]單座500千伏變電站構建的分區(qū)電網(wǎng)在對應2～4臺500千伏主變時，其最大可供負荷規(guī)模在410～460萬千瓦之間;兩座500千伏變電站（相距30公里）構建的分區(qū)電網(wǎng)在不同的組合方式下，其最大可供負荷規(guī)模在380～460萬千瓦之間。

結合省內HF、MA、WH等負荷密集區(qū)域發(fā)展經(jīng)驗，考慮普遍性但不是絕對性，可認為：一個獨立運行的分區(qū)電網(wǎng)，其最大可供負荷規(guī)模在400～450萬千瓦左右;換言之，由幾個地區(qū)組成的處于合環(huán)運行的密集區(qū)域電網(wǎng)，當區(qū)域內總負荷規(guī)模達到400萬千瓦以上的水平后，考慮區(qū)域電網(wǎng)分片解環(huán)運行的可能性。

（1）解環(huán)邊界條件。

表1 分區(qū)解環(huán)邊界條件

電磁環(huán)網(wǎng)類 短路電流類

必要性 在發(fā)生線路N-1或重要的同塔雙回線路N-2故障時，大范圍潮流轉移導致220千伏線路過載，安控措施控制復雜 原合環(huán)區(qū)域電網(wǎng)最大負荷≥400～450萬千瓦左右

原合環(huán)區(qū)域500千伏主變與220千伏電源容量之和≥500～600萬千伏安

可行性 500千伏電網(wǎng)發(fā)展到相對成熟的階段，一般可抵御N-1甚至N-2故障 分區(qū)有3臺及以上500千伏主變

解環(huán)后分區(qū)最大負荷≤T*70%+Gn-1

區(qū)域間聯(lián)絡線交換能力不低于單臺500千伏主變容量的60%～70%

針對電磁環(huán)網(wǎng)和短路電流兩類問題，分別提出必要性和可行性條件，用于指導分區(qū)解環(huán)的具體實施，見表1。

分區(qū)解環(huán)一般必須在電網(wǎng)同時具備必要性和可行性時方可實施。其中，對于因短路電流問題而解環(huán)的電網(wǎng)，必要性條件中滿足其中1條即認為地區(qū)間可能需要解環(huán)運行;可行性條件中3條必須全部滿足才認為解環(huán)可以實施。對于因電磁環(huán)網(wǎng)而解環(huán)的電網(wǎng)，若形成較小范圍內的獨立分區(qū)電網(wǎng)，一般也應滿足短路電流類解環(huán)的3條可行性條件。

（2）合環(huán)邊界條件。

對單個地區(qū)而言，歸納其與周邊電網(wǎng)維持合環(huán)運行的邊界條件，見表2。

對于網(wǎng)架密集區(qū)域，以上必要條件滿足任意1條即認為地區(qū)間仍需要合環(huán)運行;可行性條件中3條必須全部滿足才認為合環(huán)后滿足電網(wǎng)運行要求。除以上條件之外，在地區(qū)有大量電力需通過220千伏電網(wǎng)送出/受進，同時周邊電網(wǎng)存在受電/送電需求時，一般情況下也不宜解環(huán)。

（3）分區(qū)電網(wǎng)分類。省內部分已有2臺主變的地區(qū)電網(wǎng)，在實際運行中，由于潮流轉移或短路電流問題，可能被迫實施分區(qū)運行，例如MA、CH電網(wǎng)。對于此類分區(qū)電網(wǎng)，由于其不完全具備解環(huán)的可行性條件，我們將其定義為弱分區(qū)電網(wǎng)。為便于分析并有所區(qū)別，將完全滿足解環(huán)條件的分區(qū)電網(wǎng)定義為強分區(qū)電網(wǎng)。

二、分區(qū)電網(wǎng)恢復合環(huán)運行的要求

1.弱分區(qū)電網(wǎng)合環(huán)運行要求

電網(wǎng)分區(qū)運行后，形成的分區(qū)電網(wǎng)應具備一定的穩(wěn)定性，在單一設備檢修或故障方式下仍能維持獨立運行;但對弱分區(qū)電網(wǎng)而言，在500千伏主變N-1或者分區(qū)內大機組退出情況下，則往往需要恢復與周邊電網(wǎng)合環(huán)運行。電網(wǎng)結構不穩(wěn)定，倒閘操作多，風險大。因此，只有當電磁環(huán)網(wǎng)、短路電流等問題突出，不分區(qū)運行不能解決問題時，方可考慮兩臺主變帶獨立供區(qū)運行，并應制定詳細的運行預案。

2.強分區(qū)電網(wǎng)合環(huán)運行要求

強分區(qū)電網(wǎng)通常有2座500千伏變電站，主變規(guī)模一般在3～5臺之間。按N-1原則，考慮主變下受的不均衡性，主變最大負載率可達80%左右。因此，在分區(qū)內大機組退出情況下，滿足：L-Gn-1≤（3～5）T×80%，強分區(qū)電網(wǎng)可維持獨立運行;否則，也應考慮與周邊電網(wǎng)合環(huán)。

2.合環(huán)電網(wǎng)選取原則

對于與周邊2個及以上分區(qū)電網(wǎng)之間存在聯(lián)絡線的分區(qū)電網(wǎng)，在電網(wǎng)需要合環(huán)運行時，往往面臨一個問題，即優(yōu)先與哪個分區(qū)電網(wǎng)合環(huán)較為適宜。以下分別從分區(qū)間的互供能力、短路電流控制等角度進行分析。

（1）互供能力。在分析解環(huán)邊界條件時提出的其中1個可行性條件是區(qū)域間聯(lián)絡線交換能力應不低于單臺500千伏主變容量的60%～70%;該條件針對聯(lián)絡線本身的交換能力，保證其滿足分區(qū)電網(wǎng)事故或檢修方式下的電力需求。事實上，除聯(lián)絡線本身外，系統(tǒng)還要求與之相連區(qū)域電網(wǎng)的供電能力也應有一定裕度。

一般情況下，每對互聯(lián)分區(qū)電網(wǎng)間的聯(lián)絡線至少有2回及以上。按照單臺主變容量的60%～70%，2回聯(lián)絡線的交換能力基本滿足要求。因此，在選取優(yōu)先合環(huán)的分區(qū)電網(wǎng)時，除考慮潮流流向、控制網(wǎng)損等因素外，還要求該分區(qū)電網(wǎng)的500千伏主變容量裕度或可提供的裝機容量不應低于單臺主變容量的60%～70%;否則，應增加與之合環(huán)的分區(qū)電網(wǎng)。

（2）短路電流控制。在選取合環(huán)分區(qū)電網(wǎng)時，還需考慮的因素是短路電流水平控制。分區(qū)間投合聯(lián)絡線，需滿足分區(qū)內500千伏主變500千伏側和220千伏側短路電流均不超標的約束。按照500千伏和220千伏側均接近或達到開關遮斷容量上限的最優(yōu)約束，可得到電網(wǎng)可供負荷規(guī)模、分區(qū)內500千伏主變容量T、220千伏側裝機容量G三者之間的關系。在研究分區(qū)電網(wǎng)與相鄰多分區(qū)之一合環(huán)時，可參照作為擇優(yōu)比選合環(huán)分區(qū)的重要因素：

Min（Gn1+Gn2+Tn1+Tn2）;

s.t. Max（Gn1+Gn2）≤390萬;

Tn1+Tn2+Gn1+Gn2≥500～600萬;

Tn1-1+Tn2+Gn1+Gn2≤500～600萬;

其中：Tn1-1為分區(qū)停1臺500千伏主變后的容量。

例如：根據(jù)規(guī)劃，2020年前省內WH電網(wǎng)內部將分為東、西兩片運行;WH東網(wǎng)分區(qū)主變容量Tn1=200萬千伏安，220千伏裝機Gn1=132萬千瓦，與之相鄰的MA分區(qū)主變容量Tn2=150萬千伏安，220千伏裝機Gn2=320萬千瓦，WH西網(wǎng)分區(qū)主變容量Tn3=375萬千伏安，見圖1。

比較兩種合環(huán)方案：WH東網(wǎng)分區(qū)和WH西網(wǎng)分區(qū)合環(huán);WH東網(wǎng)分區(qū)和MA分區(qū)合環(huán)。按照短路電流約束，兩分區(qū)電網(wǎng)合計接入電源規(guī)模應滿足：Max（Gn1+Gn2）≤390萬，與MA分區(qū)合環(huán)顯然超過這一限值，考慮裕度，建議WH東網(wǎng)分區(qū)與WH西網(wǎng)分區(qū)合環(huán)。

根據(jù)前文所述電網(wǎng)分層分區(qū)邊界條件及恢復合環(huán)運行的要求，結合省內各地電網(wǎng)條件的差異，規(guī)劃“十二五”省內電網(wǎng)分區(qū)定位（見表3）。

表3 “十二五”末省內電網(wǎng)分區(qū)定位

2012年 2013年 2014年 2015年

分區(qū)解環(huán) 分4片;

新增MA～WH解環(huán) 分4片 分5片;新增AQ～HF解環(huán) 分6片;新增WH～TC解環(huán)

強分區(qū) 江北電網(wǎng)、江南電網(wǎng) 江北電網(wǎng)、江南電網(wǎng) 其他分區(qū) 其他分區(qū)

弱分區(qū) CH分區(qū)、MA分區(qū) CH分區(qū)、MA分區(qū) CH分區(qū)、MA分區(qū) MA分區(qū)

三、結論

本文結合規(guī)劃實踐經(jīng)驗，全面梳理總結了電網(wǎng)分層分區(qū)的邊界條件，并研究提出分區(qū)電網(wǎng)恢復合環(huán)運行的相關條件及要求?；诶碚撗芯砍晒瑢Α笆濉笔【W(wǎng)解環(huán)方案及分區(qū)電網(wǎng)進行了對照分析，對今后一段時期指導電網(wǎng)規(guī)劃、建設及運行都將發(fā)揮重要指導作用。

參考文獻：

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（責任編輯：王意琴）