特高压交流电网建设进程对四川特高压直流与相关交流断面耦合关系的影响

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(1.国网四川省电力公司电力科学研究院，四川 成都 610072；2. 中国电力科学研究院，北京 100192；3.华北电力大学电气与电子工程学院，河北 保定 071003)

0 引 言

根据国家电网特高压交直流混联工程建设[1-2]进度， 2012年华北电网与华中电网通过特高压试验示范串补加强工程交流互联，华中电网与华东电网通过复奉、锦苏±800 kV特高压直流线路以及宜华、龙政、江城、林枫等 ±500 kV直流线路互联。西川电网通过德阳—宝鸡背靠背±500 kV与西北电网互联，预计2013年“三华”联网格局将全面形成。作为大型水电外送基地，四川水电资源丰富，小水电多集中于川西、川南，大型水电基地如二滩、锦屏、溪洛渡、官地、向家坝等多集中于四川中部和北部。四川电网将在近年内建成锦苏、复奉、溪浙三大特高压直流，届时四川电网将形成交直流混联格局，因此，大集群水电外送及特高压交直流联网外送能力是四川电网需要重点分析解决的关键问题之一[3-4]。

基于国家电网及各区域网省公司最新的电网发展规划方案，建立“三华”电网2～3年基础数据和典型方式数据，并进行校核分析，研究四川电网安全稳定特性及各重要断面输电能力，针对特高压直流闭锁后功率转移情况，并结合特高压交流电网的建设进程，分析与特高压直流具有较强耦合关系的交流断面，为四川电网的安全稳定运行提供指导。

1 特高压建设进程

特高压直流线路电压等级高、送电距离长、送电功率大，一旦发生闭锁故障，将造成功率的大范围转移，与特高压直流输电线路并联运行的交流线路潮流加重，引发整流侧有功过剩、换流母线电压升高甚至出现过电压等情况；而对于受端电网来说，直流闭锁故障会导致受端电网有功不足、换流母线电压短时升高等情况，严重时可能会导致系统出现功角、电压稳定问题[5-8]。

在特高压交直流并联系统中交流和直流系统相互的影响是特高压电网安全稳定影响研究的核心，而直流系统和交流的耦合程度是影响特高压电网安全稳定水平的重要因素[9-12]。对于复杂的“三华”电网，与直流并联的交流通道非常复杂，为了更好地研究交直流之间的交互影响，确定交直流电网之间的耦合关系非常重要。特高压交流电网建设的不同阶段，功率转移的情况有所不同，与特高压直流耦合关系密切的交流断面也有所不同，从特高压交流电网规划情况来看，未来特高压建设进程大致可能为以下5个阶段。

(1) 特高压示范工程单线加强阶段；

(2) 特高压西纵加强阶段；

(3) 特高压示范工程加强+东纵阶段；

(4) 特高压两纵阶段；

(5) 特高压两纵两横阶段；

从对四川电网影响的角度出发，选取(1)、(4)、(5)三个阶段分析四川特高压直流与相关交流断面之间的耦合关系。特高压交流电网建设各阶段重要断面送电功率安排如表1所示。

表1 特高压交流电网建设各阶段重要

2 特高压示范工程单线加强阶段

特高压示范工程单线加强阶段，长治—南阳—荆门特高压输电工程仅考虑一回加串补线路，特高压电网为“两华”同步电网。该网架下由于特高压单线加强工程安排功率送电方向为南送，故四川特高压直流功率与特高压单线加强工程送电功率之间的耦合关系不明显，与四川特高压直流送电功率耦合关系较为明显的是川渝、渝鄂500 kV交流断面。四川特高压直流一旦发生闭锁故障，冗余功率将沿着川渝、渝鄂交流断面向华中主网转移，有可能导致断面功率过载甚至冲破断面静稳极限导致系统失去稳定。图1 为特高压示范工程单线加强阶段系统接线图。

图1 特高压示范工程单线加强阶段系统接线图

(1)复奉、溪浙、锦苏直流发生单极闭锁故障，系统均保持稳定。复奉及锦苏直流发生单极闭锁故障后川渝断面500 kV线路洪板线功率接近热稳限额(2 300 MW)，溪浙直流单极闭锁后洪板线过载5.2%。

(2)复奉直流发生双极闭锁故障，系统失稳，提升锦苏直流单极额定功率的10%(360 MW)或切向家坝电厂1台机(800 MW)即可使系统恢复稳定。

(3)溪浙直流发生双极闭锁故障，系统失稳，提升锦苏及复奉直流双极额定功率的10%(1 360 MW)并切溪洛渡电厂1台机(760 MW)，或直接切溪洛渡电厂3台机(2 280 MW)，系统可恢复功角稳定。

(4)锦苏直流发生双极闭锁故障，系统失稳，提升溪浙及复奉直流双极额定功率的10%(1 440 MW)并配合切锦屏电厂2台机(1 520 MW)，或直接切除锦屏电厂3台机(2 280 MW)可使系统恢复功角稳定。

3 特高压两纵阶段

特高压两纵阶段，西纵长治—南阳—荆门特高压线加强为三回，东纵锡盟—京北—济南—徐州—南京为双回特高压双回线结构，华东电网形成南京—泰州—苏州—上海—浙北—皖南—淮南—南京双环特高压网，实现了“三华”联网格局。相比于特高压单线加强阶段，四川直流外送功率与特高压电网间的耦合关系变得更为紧密。四川特高压直流发生闭锁故障，大量冗余功率将沿着川渝、渝鄂、特高压西纵工程注入华北电网，并最终穿过华北电网沿着特高压东纵工程转入华东电网，该网架下与四川特高压直流送电功率存在耦合关系最为明显的送电断面为华北—华东特高压交流断面。图2 为特高压两纵阶段系统接线图。

图2 特高压两纵阶段系统接线图

(1)四川特高压直流发生单极闭锁故障，系统失去稳定，采用仅提升四川特高压直流线路(健全)的功率或仅切除四川电网部分机组出力均可使系统恢复稳定。复奉、溪浙、锦苏直流单极闭锁，采用切机措施所需切机量分别为4 000 MW、6 080 MW、4 800 MW；采用直流调制措施所需的调制量分别为1 180 MW、1 800 MW、1 600 MW。

(2)四川特高压直流发生双极闭锁故障对系统的冲击较大，所需的安控量也很大，需要配合切机、直流调制及切负荷等措施。在计算分析中对直流双极闭锁安控明确安控原则为首先进行直流调制，调制量为华中—华东健全直流功率的10%，然后采取切四川电网机组，切机量=闭锁直流功率量-直流调制量，如果系统仍然不能恢复稳定，则进一步采取切华东负荷或继续切四川电网机组。

1)复奉特高压直流发生双极闭锁故障

①提升华中—华东电网其余直流线路额定功率的10%(2 540 MW)，切除配套电源向家坝电厂3 860 MW出力，并切除华东电网560 MW负荷。

②提升华中—华东电网其余直流线路额定功率的10%(2 540 MW)，切除配套电源向家坝电厂5台机(4 000 MW)、二滩电厂2台机(1 100 MW)。

2)溪浙特高压直流发生双极闭锁故障

①提升华中—华东电网其余直流线路额定功率的10%(2 380 MW)，切除配套电源溪洛渡电厂5 620 MW，并切除华东电网1 890 MW负荷。

②提升华中—华东电网其余直流线路额定功率的10%(2 380 MW)，切除配套电源溪洛渡电厂9台机(6 840 MW)、二滩电厂5台机(2 750 MW)。

3)锦苏特高压直流发生双极闭锁故障

①提升华中—华东电网其余直流线路额定功率的10%(2 460 MW)，切除配套电源锦屏电厂4 790 MW，并切除华东负荷1 780 MW。

②提升华中—华东电网其余直流线路额定功率的10%(2 460 MW)，切除配套电源锦屏电厂9台机(5 400 MW)、二滩电厂4台机(2 200 MW)。

4 特高压两纵两横阶段

特高压两纵两横结构下，川渝交流送电断面增加雅安—重庆特高压双回线，四川电网送电能力大大提高，另外随着特高压南横及北横的建成，华东交流受电断面在原来的济南—徐州特高压双回线的基础上增加了武汉—芜湖特高压双回线，济南—徐州特高压双回线的静稳极限也有所提高，川渝、渝鄂、华北—华东断面承受特高压直流闭锁功率冲击的能力均较特高压两纵网架结构下大大增强，交流断面与特高压直流间耦合关系也有所弱化。图3为特高压两纵两横接线图。

图3 特高压两纵两横接线图

(1)四川特高压直流发生单极闭锁故障，系统可保持稳定，无需采取安控措施。

(2)复奉直流发生双极闭锁故障，系统失步，提升锦屏、溪浙直流双极功率的10%(1 520 MW)系统即可恢复稳定，或者直接在向加坝电厂切除3台机(2 400 MW)。

(3)溪浙直流发生双极闭锁故障，系统失步，仅提升复奉、锦屏直流双极功率的10%系统无法恢复稳定，还需切溪洛渡电厂4台机(3 040 MW)；或者直接采取切机措施切除溪洛渡电厂7台机(5 320 MW)。系统可恢复稳定。

(4)锦苏直流发生双极闭锁，系统失步，提升复奉、锦苏双极直流功率的10%，并配合切锦屏电厂3台机(1 800 MW)，或者直接切除锦屏电厂6台机(3 600 MW)，系统可恢复稳定。

5 结 语

特高压交流工程建设不同阶段，四川特高压直流与特高压交流网络的耦合关系也有所不同。

(1)特高压示范工程单线加强阶段，四川特高压直流送电功率主要与500 kV川渝、渝鄂断面存在强耦合关系，与特高压交流网络耦合关系不明显。特高压直流发生单极闭锁故障，系统可保持稳定，发生双极闭锁故障，采取直流调制或切机措施均可使系统恢复稳定。

(2)特高压两纵阶段，四川特高压直流送电功率与华北—华东特高压交流断面耦合关系最为明显，其次也与500 kV川渝、渝鄂断面间存在一定的耦合关系。特高压直流发生单极闭锁故障，需要采取切机或直流调制措施使系统恢复稳定，发生双极闭锁故障需要配合采用切机、直流调制、切负荷等措施，安控量较大。

(3)特高压两纵两横阶段，川渝交流送电断面增加了雅安—重庆特高压双回线，华东电网特高压交流受电断面也加强为4回，川渝、渝鄂、华北—华东断面承受特高压直流闭锁功率冲击的能力大大增强，断面与特高压直流功率间的耦合关系也有所弱化。特高压直流发生单极闭锁故障系统可保持稳定，发生双极闭锁故障，采取直流调制或切机措施均可使系统恢复稳定。

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