特高压直流接入受端电网不同方式及其比较分析

司瑞华　王世谦　程昱明

摘 要：本文阐述特高压直流接入受端电网的4种方式，即单层接入、分层接入、多端接入和分极接入，并针对4种方式的原理、适用范围、优缺点进行比较分析，可为省级电网规划中选择合适的特高压直流的接入方式提供参考。

关键词：特高压直流；接入方式；电网规划

中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-00673-03

Different Modes and Comparison of UHVDC Connects

to Receiving Power Grid

Si Ruihua Wang Shiqian Cheng Yuming

（State Grid Henan Electric Power Company Economic Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper described four modes of UHVDC connects to the receiving grid： single-layer connection mode， hierarchical connection mode， multi-access connection mode and separating pole connection mode， gave comparative analysis the principles， application scope， advantages and disadvantages of the four connection modes， which can provide a reference for UHVDC connection mode in the provincial power network planning.

Keywords： UHVDC；connection mode；power network planning

特高壓直流（UHVDC）作为高效、经济的大规模远距离送电技术手段，得到了广泛应用，我国已成为世界上直流输电技术应用最广泛的国家，尤其是华东、华北和华中电网，未来将逐步形成多个特高压直流馈入的交直流混联电网。特高压直流的大量投运同时给电网安全稳定运行带来了严峻挑战，会在一定程度上加重局部潮流，提升系统短路电流水平，并且一旦发生直流双极闭锁故障，将对受端交流电网造成很大冲击，引起电网振荡，甚至发生大面积停电事故。为减小特高压直流接入受端电网带来的不利影响，选择合适的接入方式尤为重要，是电网规划中需要考虑的重要问题。

1 特高压直流接入电网方式

1.1 单层接入方式

特高压直流换流站的交流侧直接接入受端交流系统的500kV或1 000kV电网。单层接入方式的结构图如图1所示。

1.2 分层接入方式

特高压直流输电系统仍采用普通特高压直流的双阀组串联结构，其受端较特高压单层接入方式有很大不同，属于直流系统同一极（正极或负极）的高、低端两个阀组分别接入500kV和1 000kV交流电网，500kV和1 000kV交流母线分别接收直流总功率的二分之一。分层接入方式的结构图如图2所示[1]。

1.3 多端接入方式

特高压直流多端接入方式是指特高压直流输电线路经多个换流站馈入受端电网，受端换流站的额定功率可以根据受端电网需要事先进行分配。根据受端多个换流站之间的接线方式，可细分为并联多端接入、串联多端接入方式，并联多端接线方式各个换流站电压相同，串联多端接线方式各个换流站电流相同，通常采用并联多端接线方式[2]。根据受端多个换流站接入电压等级的不同，高压直流多端接入方式可以进一步分为多端单层接入、多端分层接入方式。特高压直流并联多端接入方式的结构图如图3所示。

1.4 分极接入方式

分极接入是指特高压直流输电系统的正极和负极输电线路，通过不同的换流母线将功率输送至不同区域的两个受端交流系统，一般每个极的功率为直流总功率的二分之一[3]。分极接入方式的结构图如图4所示。

根据两个受端交流系统的电压等级又可细分为分极单层馈入和分极分层馈入。其中分极单层馈入是指两个受端交流系统的电压等级相同；分极分层馈入是指两个受端交流系统的电压等级不同。

2 特高压直流不同接入方式比较

2.1 单层接入方式

单层接入适用于受端电网尚没有特高压交流变电站情况下，直接接入当地500kV电网，并且尽量靠近负荷中心。

单层接入方式的优点是将直流电力直接投放大负荷中心，提高了输电效率，降低了系统损耗。缺点是对受端电网消纳能力要求很高，至少需要2～4个不同送电方向，500kV送出线路6～10回[4]；对受端电网网架强度和无功支撑能力要求较高，直流电力失去后，事故影响较大，受端电网安全稳定问题，尤其电压稳定问题突出，需要本地机组留有足够的旋转备用和快速的无功支撑能力，传统的并联无功补偿装置在电压跌落时输出无功功率将急剧减少，需要在系统中配置一定容量动态无功补偿装置（如SVG）或者同步调相机，防止电压瞬时跌落。

目前国内在运的特高压直流受端均采用单层接入方式，直接接入当地的负荷中心。如±800kV锦屏-苏州直流和±800kV哈密-郑州直流（见图5）。

2.2 分层接入方式

分层接入方式适用于受端电网已有特高压交流变电站的情况下，可实现特高压直流功率输送的优化，解决了单层接入500kV电网时局部潮流偏重的问题，引导潮流合理分布。

分层接入方式的优点是可以利用特高压交流电网，方便直流电力在更大范围内的配置，不需本地电网留有大量旋转备用，直流电力一旦失去，可以利用特高压交流联网的优势，弱化故障影响，可使系统从整体上具有更大的抗扰动能力和电压支撑能力[5]；可以充分发挥特高压交流电网系统阻抗相对较小的优势，进一步降低电网运行损耗，经济效益更加明显。

分成接入方式的缺点是：受端换流站的结构、运行特性和控制保护系统比较复杂；受端电网必须发展特高压交流电网，否则无法实现直流的分层接入；由于受端电网同时存在特高压交直流电网，系统的短路电流水平更高，未来需要研究1 000kV/500kV电磁环网如何解环，以解决短路电流过高问题。

目前国内在建的±800kV锡盟-泰州直流、±800kV晋北-南京直流采用分层接入方式（见图6）。

2.3 多端接入方式

多端接入方式适用于受端电网存在多个分散负荷中心的情况，不需要受端建有特高压交流变电站，能够实现将直流功率分别直输送至受端电网的多个负荷中心，满足多个分散区域电力缺口。

多端接入的优点是实现了一条直流向受端多区域电网送电，可用于联系多个不同区域的交流电网或多个孤立运行的交流电网，带来直流输电应用上的极大便利和灵活性。直流严重故障时，对系统冲击较小，各个换流站的站用电系统、控制保护系统等分站布置，降低了发生双极闭锁的概率，提高了供电的可靠性。由于每个受端接入规模较小，不同特高压工程换流站之间距离可以更靠近，便于相互紧急支援。直流功率分散投射到两个及以上的负荷中心，减少功率折返，降低网络损耗。

多端接入的缺点是：多端接入需要统一协调控制多个换流站，控制保护系统更加复杂，受端单个换流站运行状态改变或者故障时，要尽量减小对其他换流站的影响；几个换流站之间的运行方式排列组合比较多，调整运行方式繁杂；换流站增多的情况下，工程整体投资较单层接入和分层接入方式更高。

目前国内外已投运的多端直流输电线路有多条，但是最高电压等级为±450kV，特高压直流多端接入目前尚无工程应用。

2.4 分极接入方式

分极接入方式同样适用于受端电网存在多个分散负荷中心的情况，不需要受端建有特高压交流电网，受端的两个极的换流设备可建在同一个换流站内，也可以建在不同的换流站内。

分极接入的优点和多端接入方式类似，实现一条特高压直流向多个分散的负荷中心送电，系统损耗小，直流故障时对受端系统影响小。另外分极接入方式，在受端两个极的换流站电气距离较大的情况下，可以使直流换相失败时的极间故障隔离，某一极发生换相失败时，该极电压会迅速下降并不能传输功率，而另一极受到很小影响并能迅速恢复正常运行状态，具有良好的故障恢复特性，能保证系统功率的稳定传输。

缺点是单极停运时，健全极需要通过大地构成电流回路，这样接地极电流就会上升为极电流，接地极电流过大；双极功率不平衡时，流过接地极的电流也偏大，需要研究提出措施控制接地极的电流在可接受的水平内；受端两个极的换流站造价高，工程整体投资较单层接入和分层接入方式高。

特高压直流分极接入方式目前尚处于研究阶段。

3 结论

本文通过对特高压直流接入受端电网4种不同方式的对比分析，给出每种接入方式的适用范围和优缺点，可以为省级电网规划中，选择合适的特高压直流接入方式提供参考，建议电网规划工作者结合当地受端电网的实际情况，采用成熟、合适的接入方式。

参考文獻：

[1]刘振亚.特高压交直流电网[M].北京：中国电力出版社，2013.

[2]刘振亚，秦晓辉，赵良，等.特高压直流分层接入在多馈入直流电网的应用研究[J].中国电机工程学报，2013（10）：1-7.

[3]王旌，韩民晓，姚蜀军，等.特高压直流分极接入运行特性分析[J].电力建设，2016（10）：54-60.

[4]杜旭，韩民晓，田春筝，等.±1100kV特高压多端馈入直流系统协调控制[J].电工技术学报，2016（S1）：177-183.

[5]徐箭，张华坤，孙涛，等.多馈入直流系统的特高压直流接入方式优选方法[J].电力自动化设备，2015（6）：58-63.