特高壓直流電網(wǎng)建設(shè)的新趨勢(shì)

特高壓直流電網(wǎng)建設(shè)的新趨勢(shì)

0由四川電網(wǎng)向川北電力基地轉(zhuǎn)型,確定聯(lián)合外送能力根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)特高壓直流混合項(xiàng)目的進(jìn)展情況，2012年，華北電網(wǎng)和華中電網(wǎng)通過(guò)特高壓試驗(yàn)示范網(wǎng)絡(luò)加強(qiáng)了項(xiàng)目交流與互聯(lián)。華中電網(wǎng)和華東電網(wǎng)通過(guò)復(fù)合高壓線800kv和宜華龍亭官吏500kv連接。西川電網(wǎng)通過(guò)德陽(yáng)—寶雞背靠背±500kV與西北電網(wǎng)互聯(lián),預(yù)計(jì)2013年“三華”聯(lián)網(wǎng)格局將全面形成。作為大型水電外送基地,四川水電資源豐富,小水電多集中于川西、川南,大型水電基地如二灘、錦屏、溪洛渡、官地、向家壩等多集中于四川中部和北部。四川電網(wǎng)將在近年內(nèi)建成錦蘇、復(fù)奉、溪浙三大特高壓直流,屆時(shí)四川電網(wǎng)將形成交直流混聯(lián)格局,因此,大集群水電外送及特高壓交直流聯(lián)網(wǎng)外送能力是四川電網(wǎng)需要重點(diǎn)分析解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一?；趪?guó)家電網(wǎng)及各區(qū)域網(wǎng)省公司最新的電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃方案,建立“三華”電網(wǎng)2~3年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和典型方式數(shù)據(jù),并進(jìn)行校核分析,研究四川電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性及各重要斷面輸電能力,針對(duì)特高壓直流閉鎖后功率轉(zhuǎn)移情況,并結(jié)合特高壓交流電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程,分析與特高壓直流具有較強(qiáng)耦合關(guān)系的交流斷面,為四川電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供指導(dǎo)。1特高壓交直流系統(tǒng)與交流的耦合關(guān)系特高壓直流線路電壓等級(jí)高、送電距離長(zhǎng)、送電功率大,一旦發(fā)生閉鎖故障,將造成功率的大范圍轉(zhuǎn)移,與特高壓直流輸電線路并聯(lián)運(yùn)行的交流線路潮流加重,引發(fā)整流側(cè)有功過(guò)剩、換流母線電壓升高甚至出現(xiàn)過(guò)電壓等情況;而對(duì)于受端電網(wǎng)來(lái)說(shuō),直流閉鎖故障會(huì)導(dǎo)致受端電網(wǎng)有功不足、換流母線電壓短時(shí)升高等情況,嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)功角、電壓穩(wěn)定問(wèn)題。在特高壓交直流并聯(lián)系統(tǒng)中交流和直流系統(tǒng)相互的影響是特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響研究的核心,而直流系統(tǒng)和交流的耦合程度是影響特高壓電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的重要因素。對(duì)于復(fù)雜的“三華”電網(wǎng),與直流并聯(lián)的交流通道非常復(fù)雜,為了更好地研究交直流之間的交互影響,確定交直流電網(wǎng)之間的耦合關(guān)系非常重要。特高壓交流電網(wǎng)建設(shè)的不同階段,功率轉(zhuǎn)移的情況有所不同,與特高壓直流耦合關(guān)系密切的交流斷面也有所不同,從特高壓交流電網(wǎng)規(guī)劃情況來(lái)看,未來(lái)特高壓建設(shè)進(jìn)程大致可能為以下5個(gè)階段。(1)特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段;(2)特高壓西縱加強(qiáng)階段;(3)特高壓示范工程加強(qiáng)+東縱階段;(4)特高壓兩縱階段;(5)特高壓兩縱兩橫階段;從對(duì)四川電網(wǎng)影響的角度出發(fā),選取(1)、(4)、(5)三個(gè)階段分析四川特高壓直流與相關(guān)交流斷面之間的耦合關(guān)系。特高壓交流電網(wǎng)建設(shè)各階段重要斷面送電功率安排如表1所示。2直流組合故障穩(wěn)定性分析特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段,長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門特高壓輸電工程僅考慮一回加串補(bǔ)線路,特高壓電網(wǎng)為“兩華”同步電網(wǎng)。該網(wǎng)架下由于特高壓?jiǎn)尉€加強(qiáng)工程安排功率送電方向?yàn)槟纤?故四川特高壓直流功率與特高壓?jiǎn)尉€加強(qiáng)工程送電功率之間的耦合關(guān)系不明顯,與四川特高壓直流送電功率耦合關(guān)系較為明顯的是川渝、渝鄂500kV交流斷面。四川特高壓直流一旦發(fā)生閉鎖故障,冗余功率將沿著川渝、渝鄂交流斷面向華中主網(wǎng)轉(zhuǎn)移,有可能導(dǎo)致斷面功率過(guò)載甚至沖破斷面靜穩(wěn)極限導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定。圖1為特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段系統(tǒng)接線圖。(1)復(fù)奉、溪浙、錦蘇直流發(fā)生單極閉鎖故障,系統(tǒng)均保持穩(wěn)定。復(fù)奉及錦蘇直流發(fā)生單極閉鎖故障后川渝斷面500kV線路洪板線功率接近熱穩(wěn)限額(2300MW),溪浙直流單極閉鎖后洪板線過(guò)載5.2%。(2)復(fù)奉直流發(fā)生雙極閉鎖故障,系統(tǒng)失穩(wěn),提升錦蘇直流單極額定功率的10%(360MW)或切向家壩電廠1臺(tái)機(jī)(800MW)即可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。(3)溪浙直流發(fā)生雙極閉鎖故障,系統(tǒng)失穩(wěn),提升錦蘇及復(fù)奉直流雙極額定功率的10%(1360MW)并切溪洛渡電廠1臺(tái)機(jī)(760MW),或直接切溪洛渡電廠3臺(tái)機(jī)(2280MW),系統(tǒng)可恢復(fù)功角穩(wěn)定。(4)錦蘇直流發(fā)生雙極閉鎖故障,系統(tǒng)失穩(wěn),提升溪浙及復(fù)奉直流雙極額定功率的10%(1440MW)并配合切錦屏電廠2臺(tái)機(jī)(1520MW),或直接切除錦屏電廠3臺(tái)機(jī)(2280MW)可使系統(tǒng)恢復(fù)功角穩(wěn)定。3控制策略分析特高壓兩縱階段,西縱長(zhǎng)治—南陽(yáng)—荊門特高壓線加強(qiáng)為三回,東縱錫盟—京北—濟(jì)南—徐州—南京為雙回特高壓雙回線結(jié)構(gòu),華東電網(wǎng)形成南京—泰州—蘇州—上?！惚薄钅稀茨稀暇╇p環(huán)特高壓網(wǎng),實(shí)現(xiàn)了“三華”聯(lián)網(wǎng)格局。相比于特高壓?jiǎn)尉€加強(qiáng)階段,四川直流外送功率與特高壓電網(wǎng)間的耦合關(guān)系變得更為緊密。四川特高壓直流發(fā)生閉鎖故障,大量冗余功率將沿著川渝、渝鄂、特高壓西縱工程注入華北電網(wǎng),并最終穿過(guò)華北電網(wǎng)沿著特高壓東縱工程轉(zhuǎn)入華東電網(wǎng),該網(wǎng)架下與四川特高壓直流送電功率存在耦合關(guān)系最為明顯的送電斷面為華北—華東特高壓交流斷面。圖2為特高壓兩縱階段系統(tǒng)接線圖。(1)四川特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障,系統(tǒng)失去穩(wěn)定,采用僅提升四川特高壓直流線路(健全)的功率或僅切除四川電網(wǎng)部分機(jī)組出力均可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。復(fù)奉、溪浙、錦蘇直流單極閉鎖,采用切機(jī)措施所需切機(jī)量分別為4000MW、6080MW、4800MW;采用直流調(diào)制措施所需的調(diào)制量分別為1180MW、1800MW、1600MW。(2)四川特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障對(duì)系統(tǒng)的沖擊較大,所需的安控量也很大,需要配合切機(jī)、直流調(diào)制及切負(fù)荷等措施。在計(jì)算分析中對(duì)直流雙極閉鎖安控明確安控原則為首先進(jìn)行直流調(diào)制,調(diào)制量為華中—華東健全直流功率的10%,然后采取切四川電網(wǎng)機(jī)組,切機(jī)量=閉鎖直流功率量-直流調(diào)制量,如果系統(tǒng)仍然不能恢復(fù)穩(wěn)定,則進(jìn)一步采取切華東負(fù)荷或繼續(xù)切四川電網(wǎng)機(jī)組。1)復(fù)奉特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障(1)提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2540MW),切除配套電源向家壩電廠3860MW出力,并切除華東電網(wǎng)560MW負(fù)荷。(2)提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2540MW),切除配套電源向家壩電廠5臺(tái)機(jī)(4000MW)、二灘電廠2臺(tái)機(jī)(1100MW)。2)溪浙特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障(1)提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2380MW),切除配套電源溪洛渡電廠5620MW,并切除華東電網(wǎng)1890MW負(fù)荷。(2)提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2380MW),切除配套電源溪洛渡電廠9臺(tái)機(jī)(6840MW)、二灘電廠5臺(tái)機(jī)(2750MW)。3)錦蘇特高壓直流發(fā)生雙極閉鎖故障(1)提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2460MW),切除配套電源錦屏電廠4790MW,并切除華東負(fù)荷1780MW。(2)提升華中—華東電網(wǎng)其余直流線路額定功率的10%(2460MW),切除配套電源錦屏電廠9臺(tái)機(jī)(5400MW)、二灘電廠4臺(tái)機(jī)(2200MW)。4兩縱兩橫接線網(wǎng)架結(jié)構(gòu)特高壓兩縱兩橫結(jié)構(gòu)下,川渝交流送電斷面增加雅安—重慶特高壓雙回線,四川電網(wǎng)送電能力大大提高,另外隨著特高壓南橫及北橫的建成,華東交流受電斷面在原來(lái)的濟(jì)南—徐州特高壓雙回線的基礎(chǔ)上增加了武漢—蕪湖特高壓雙回線,濟(jì)南—徐州特高壓雙回線的靜穩(wěn)極限也有所提高,川渝、渝鄂、華北—華東斷面承受特高壓直流閉鎖功率沖擊的能力均較特高壓兩縱網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下大大增強(qiáng),交流斷面與特高壓直流間耦合關(guān)系也有所弱化。圖3為特高壓兩縱兩橫接線圖。(1)四川特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障,系統(tǒng)可保持穩(wěn)定,無(wú)需采取安控措施。(2)復(fù)奉直流發(fā)生雙極閉鎖故障,系統(tǒng)失步,提升錦屏、溪浙直流雙極功率的10%(1520MW)系統(tǒng)即可恢復(fù)穩(wěn)定,或者直接在向加壩電廠切除3臺(tái)機(jī)(2400MW)。(3)溪浙直流發(fā)生雙極閉鎖故障,系統(tǒng)失步,僅提升復(fù)奉、錦屏直流雙極功率的10%系統(tǒng)無(wú)法恢復(fù)穩(wěn)定,還需切溪洛渡電廠4臺(tái)機(jī)(3040MW);或者直接采取切機(jī)措施切除溪洛渡電廠7臺(tái)機(jī)(5320MW)。系統(tǒng)可恢復(fù)穩(wěn)定。(4)錦蘇直流發(fā)生雙極閉鎖,系統(tǒng)失步,提升復(fù)奉、錦蘇雙極直流功率的10%,并配合切錦屏電廠3臺(tái)機(jī)(1800MW),或者直接切除錦屏電廠6臺(tái)機(jī)(3600MW),系統(tǒng)可恢復(fù)穩(wěn)定。5直流關(guān)鍵故障穩(wěn)定性分析特高壓交流工程建設(shè)不同階段,四川特高壓直流與特高壓交流網(wǎng)絡(luò)的耦合關(guān)系也有所不同。(1)特高壓示范工程單線加強(qiáng)階段,四川特高壓直流送電功率主要與500kV川渝、渝鄂斷面存在強(qiáng)耦合關(guān)系,與特高壓交流網(wǎng)絡(luò)耦合關(guān)系不明顯。特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障,系統(tǒng)可保持穩(wěn)定,發(fā)生雙極閉鎖故障,采取直流調(diào)制或切機(jī)措施均可使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。(2)特高壓兩縱階段,四川特高壓直流送電功率與華北—華東特高壓交流斷面耦合關(guān)系最為明顯,其次也與500kV川渝、渝鄂斷面間存在一定的耦合關(guān)系。特高壓直流發(fā)生單極閉鎖故障,需要采取切機(jī)或直流調(diào)制措施使系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定,發(fā)生雙極