特高压交直流受端山东电网规划关键问题探讨

安 鹏，张友泉，刘晓明，李 勃，亓 超

（1.国网山东省电力公司，济南 250001；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南 250021）

特高压交直流受端山东电网规划关键问题探讨

安 鹏1，张友泉1，刘晓明2，李 勃2，亓 超2

（1.国网山东省电力公司，济南 250001；2.国网山东省电力公司经济技术研究院，济南 250021）

“十三五”是“外电入鲁”高速发展的时期，山东电网将形成特高压交直流大受端电网，电网结构形态将发生根本性变化。围绕山东电网实际，从特高压交直流落点选择、500 kV网架结构优化、220 kV电网分区、电磁环网开环以及大电源接入系统5个方面详细分析了在规划方面山东电网对特高压交直流入鲁后的适应性。分析结果对于优化山东电网网架结构，提高山东电网安全稳定运行能力具有重要意义。

外电入鲁；特高压；交直流落点；网架结构优化；电磁环网

0 引言

为满足山东省经济社会不断发展的用电需求，“十三五”期间特高压交直流将大规模入鲁。根据规划，截至“十三五”末期，山东电网将建成济南、潍坊、枣庄、临沂、东明5座特高压交流变电站和临沂、青州2座特高压直流换流站。届时山东电网将形成特高压交直流大受端电网，电网结构形态和运行特性将发生本质变化。

学者们对特高压交直流电网展开广泛探讨。文献［1］探索了特高压电网在形成坚强受端系统上的优势，给出了实现系统分层分区运行、提高同步电网自愈能力等降低特高压电网大停电风险的建议。文献［2］阐述了交流特高压与直流特高压的功能定位，并分析了特高压同步电网的安全性及可获取的综合效益。文献［3］以有效短路比、静态电压稳定指标以及受端电网有功损耗为属性，综合考虑稳定性与经济性，通过多属性决策，优选特高压直流落点。文献［4］针对特高压/超高压/高压电磁环网情况，应用模糊综合程序定量评价高低压电磁环网开环方案。文献［5］将特高压电网发展评估划分为协调、可靠、优质、高效、经济、社会6个子系统，通过建立三级指标，得出特高压电网技术经济评价方法。

围绕“十三五”期间及后续特高压交直流大规模入鲁、山东电网结构形态将发生本质变化的实际情况，从特高压交直流落点选择、500 kV网架结构优化、220 kV电网分区、电磁环网以及大电源接入系统选择5个方面详细阐述山东省受端电网对特高压交直流接入后的适应性。

1 特高压交直流工程落点选择

1.1 特高压交直流工程功能定位

能源资源与能源需求逆向分布是我国的基本国情，能源开发重心西移北移、负荷中心在东中部地区的格局长期不会改变，能源基地向负荷中心输送电力的规模将越来越大。现有的超高压输电网络难以实现能源的长距离大容量输送，决定了我国必须采用特高压电网来实现能源资源在更大范围的优化配置。

从电网结构特点来看，通过特高压交流联网，可以形成坚强网架结构，其规模和覆盖面广，对电力传输十分方便；特高压直流是点对点传输，必须依附于坚强交流电网才能更好地发挥作用。但在受端电网直流落点相对密集，可能会存在安全隐患，特别是多回直流的同时换相失败及闭锁问题。

因此，我国发展1 000 kV交流特高压，主要定位于国家电网骨干网架建设，进而实行跨大区联网甚至全球能源互联网的坚强连接；而发展±800 kV及以上电压等级特高压直流，主要定位于我国西南、西北、东北等能源充足地区大水电基地、大煤电基地、大可再生能源基地电力的远距离大容量外送上［2］。特高压交直流应同步发展。

1.2 山东特高压交直流工程布点

根据地区电力平衡结果，山东电网未来主要受电区有三大区，一是中东部的淄博、济南、潍坊、青岛地区，二是南部的临沂、日照、枣庄地区，三是北部的德州、滨州、东营地区。

根据山东电网“十三五”规划，特高压交直流入鲁将主要填补以上地区电力缺额，满足经济社会不断发展的用电需求。山东中东部地区规划建设济南、潍坊2个特高压交流落点。济南特高压站供电范围为济南北部东部、淄博北部、滨州南部，潍坊特高压站供电范围为潍坊东部、南部地区。另外，建设扎鲁特—青州特高压直流工程，落点潍坊青州，主要满足潍坊西部、淄博东部的负荷需求。南部临沂、日照、枣庄区域规划建设上海庙—临沂特高压直流工程，还规划建设枣庄、临沂特高压交流站，可满足“十三五”期间地区的用电需求。山东电网北部的德州、滨州、东营地区，随着负荷增长，可作为特高压直流落点所考虑的地区。随着菏泽、济宁地区负荷增长，规划建设东明特高压交流输变电工程，满足地区经济不断发展的用电需求。

预计到2020年，山东电网将拥有济南、潍坊、临沂、枣庄、东明5座1 000 kV特高压交流变电站和胶东、临沂、青州3座直流换流站，形成以五个特高压交流落点为重要支撑，三个直流落点深入负荷中心的坚强网架结构。山东特高压交流电网形成“四角双回”环网，通过6个同塔双回路通道，12回特高压交流线路与天津（济南—天津南）、河北（济南—石家庄）、河南（东明—驻马店）、山西（东明—晋东南）、江苏（枣庄—徐州、临沂—连云港）电网联网。山东电网2020年特高压规划接线如图1所示。

图1 2020年山东特高压规划接线

在网架构建上，济南特高压变电站是我国北部、西北部电源电力经特高压电网输送至华东地区的重要支撑点，也是锡盟—南京特高压送电通道与榆横—潍坊特高压送电通道的交汇点。潍坊特高压变电站近期是特高压北横通道的受端站，远期连接临沂、连云港，成为潍坊—临沂—连云港—泰州—苏州—上海纵向输电通道与榆横—济南—潍坊横向输电通道的交汇点，进一步加强了特高压电网供电能力及供电可靠性。枣庄特高压站在锡盟—南京特高压送电通道上，也是我国北部、西北部电源电力经特高压电网输送至华东地区的重要支撑点。临沂特高压变电站的建成，不仅可以满足地区供电需求，还可以为上海庙—临沂特高压直流的高低端接入创造条件，提高山东南部电网故障条件下的稳定性。东明特高压站是锡盟—南京纵向工程和晋东南—临沂横向工程的重要交汇点。

2 500 kV主网架优化

特高压接入山东电网后，山东电网形态结构将发生本质变化，对主网承接大规模外电的能力和供电可靠性提出了更高要求。在特高压电网发展初期，由于尚不能形成坚强环网主网架，线路负载能力相对较低，此时主要用于大型电源的集中送出，并可能会因特高压线路或主变故障给系统稳定造成影响。

山东500 kV电网重点围绕满足济南、潍坊、枣庄、临沂、东明特高压交流站及临沂、青州特高压直流换流站的接入和核电安全送出要求，依据全寿命周期成本理念，多方位比选电网规划方案，并根据地区负荷增长情况，适当增加500 kV变电站布点，在“十二五”期间“五横两纵”主网架基础上，进一步优化完善网架结构，强化以特高压交直流为中心的各供电区域之间互供能力建设，提高电网受电能力、输送能力和供电能力，满足经济社会快速发展的供电需要。

随着特高压网络的建设以及山东500 kV电网的不断发展完善，山东500 kV系统短路水平将进一步增高，因此限制500 kV系统短路水平的过快增长、保证主网架安全可靠运行也是主网架规划需要解决的重要问题。特高压线路形成主干环网后，为合理控制山东电网短路电流，500 kV电网可以尝试解环运行，从根本上解决500 kV电网短路电流过大等安全隐患。

3 220 kV电网分区

伴随着特高压交直流入鲁，山东电网网架结构越来越密集，短路电流水平也在不断提高，特别是500 kV变电站220 kV侧和发电厂高压母线。电网采取分层分区运行方式是解决上述问题的有效途径［6］。

分层分区是指按电网不同电压等级将电网分成若干结构层次，根据电网网架结构以及区域之间的电气联系，按供电能力划分出若干区域，在各区域内根据负荷情况安排相应的电源，包括区域内部电源和外来电源。采用分层分区不仅可以有效限制短路电流，还可以简化保护配置，增强电网运行的安全可靠性。同时，通过电网分层分区运行，能够充分发挥频率控制、电压控制以及保证电网安全稳定运行的各种技术措施，有效防止大电网安全稳定破坏事故的发生。

典型分区结构是指对于多个同类场合具有一定通用性与普遍性的电网分区接线方案，其价值是可作为规律和范例加以推广应用到具有同类特点、同类要求的多个场合，避免对同类的场合进行重复考虑和计算。

针对山东电网实际情况，提出典型电网分区的实用化接线原则。

1）为保证分区的独立性，当分区内无电厂时，分区内500 kV变压器台数应不少于4台，变压器额定容量应尽量相同；不推荐3座及以上大容量变电站组成分区。

2）当分区内有电厂时，电厂接入点应保持与500 kV变电站220 kV母线的电气距离，防止其短路电流超标；如果电厂装机容量较大或拥有多个发电厂，应尝试将发电厂机组分散接入不同系统母线，控制电厂高压母线短路电流。

3）对于一个分区，应尽量使其500 kV变压器来自不同变电站，这不仅可以均衡500 kV变压器220 kV母线的短路电流，而且可以防止极端情况下500 kV变电站全停带来的巨大停电损失。

根据以上分析，得出4种典型的220 kV电网分区结构。

1）2座500 kV变电站构成分区，2座500 kV变电站之间保持适当电气距离。

2）3座500 kV变电站各出2台变压器构成分区，3座500 kV变电站之间保持适当电气距离。

3）2座500 kV变电站各出2台变压器和发电厂构成分区，500 kV变压器220 kV母线之间以及与发电厂之间保持适当电气距离。

4）3座500 kV变电站各出2台变压器和发电厂构成分区，500 kV变压器220 kV母线之间以及与发电厂之间保持适当电气距离。

应该说明的是，以上典型分区只是原则性的，当具体规划电网时，还应该按照实际情况校验其合理性。

4 电磁环网

高低压电磁环网，是指两组不同电压等级运行的输电线路通过两端变压器磁回路并联运行［4］。电磁环网是由于在电力系统发展过程中，随着传输负荷增大，在同一地区出现更高一级电压等级的输电网络。电磁环网是电网发展过程中一种过渡电网结构。电磁环网可能引起功率转移问题和短路电流问题。统计资料显示，在导致我国电网稳定事故的各种因素中，20%是由电磁环网引起。

4.1 功率转移问题

当受端电网利用电磁环网供电时，若断面输送功率较大，则当高电压等级线路因故障退出运行后，断面功率将主要通过低电压等级线路送出，一是可能导致低电压等级线路过载现象发生，二是高电压等级线路开断使送受端系统阻抗增大，可能引起系统间功率振荡。

4.2 短路电流问题

建设高电压等级网络可以在一定程度上有效避免限制低电压等级网络密集发展、互联所引起的短路电流超标现象，避免大量更换开关设备。在更高一级电压等级网络发展初期，为有效提高系统运行的安全稳定性，通常保持电磁环网运行。此时，系统综合阻抗相对较小，短路容量较大，系统短路电流可能超过断路器额定开断电流，存在电网安全稳定运行隐患。

特高压入鲁初期，山东特高压济南、潍坊特高压交流站之间仅通过济南—潍坊双回1 000 kV特高压输电线路相连。省外电力以济南站为枢纽向济南周边以及东部潍坊地区送电。由于山东电力目前整体流向仍然为西电东送，在某些特殊运行方式下，会形成1 000／500／220 kV三级电磁环网。需要对特高压发展的不同阶段进行详细计算校核，并在电网规划中通过完善网架结构来避免电磁环网对山东电网发展的影响。

5 大型电源接入系统

大型电源接入系统方案论证中，接入电压等级的选择是一个重要问题。大电源是否接入500 kV电网，需要结合电源、电网的具体情况进行论证分析，利用全寿命周期成本理念，争取达到技术经济整体效益最优。如果对远景规划中电厂缺乏统筹分析，不能从系统角度远近结合考虑电厂接入系统，仅仅论证单个电厂接入方案合理性，很可能会造成电网结构不合理。在受端电网主网架发展初期，考虑对主网架的电压支撑作用和电源附近区域负荷发展较慢等因素，大型电源直接接入500 kV电网。随着负荷的发展，送端电网将来可能变成受端电网，届时直接接入当地500 kV电网的电源电力需升压后再降压到当地220 kV电网，这样会导致网损成倍增加，还造成变电容量的重复。

山东电网坚持电源分层分散接入，送端电网主力电厂一般接入500 kV，便于电力直接外送，减少网络损耗；位于负荷中心的电厂，若不受短路电流和系统稳定约束，创造条件接入220 kV，使220 kV及以下电网保持一定电源比例，在系统极端状态下能够提供基本供电。电源的分层分散接入，不仅使500 kV电网潮流分布均匀、有效控制了短路电流，而且在电网负荷较重或并入220 kV电网的机组检修、故障停机时，能够充分发挥500 kV电网的支撑作用，保障供电安全。

6 结语

结合“十三五”期间及以后特高压交直流大规模入鲁后山东电网结构形态将发生本质变化的实际情况，从特高压交直流落点选择、500 kV网架结构优化、220 kV电网分区、电磁环网、大电源接入系统5个方面分析了特高压交直流受端山东电网在规划中面临关键问题，分析结果对于提高山东电网规划对特高压交直流入鲁的适应性具有重要的现实意义。

［1］杨冬，刘玉田.中国未来输电网架结构初探［J］.电力自动化设备，2010，30（8）：1-5.

［2］张运洲.对我国特高压输电规划中几个问题的探讨［J］.电网技术，2005，29（19）：T11-T14.

［3］王康，刘崇茹，韩民晓，等.兼顾稳定性与经济性的交直流系统直流落点选择方法［J］.电力系统自动化，2011，35（24）：73-78.

［4］杨冬，刘玉田.特高压初期的电磁环网影响分析［J］.电力自动化设备，2009，29（6）：77-80，84.

［5］韩柳，庄博，王智冬.特高压电网技术经济指标与评价方法研究［J］.华东电力，2012，40（7）：1 099-1 103．

［6］张啸虎，朱忠烈，祝瑞金.220 kV分区电网的合理配置研究［J］.华东电力，2006，34（5）：36-41．

Key Issues of Shandong Power Grid Planning as an Ultra-high Voltage AC/DC Receiving End

AN Peng1，ZHANG Youquan1，LIU Xiaoming2，LI Bo2，QI Chao2
（1.State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250001，China；2.Economic&Technology Research Institute，State Grid Shandong Electric Power Company，Jinan 250021，China）

“The thirteen five-years” is a period in which“external power into Shandong” will develop at full speed. Shandong power gird will form a large receiving-end grid of ultra-high voltage alternating current and direct current，the structural form of grid will go through fundamental change.The reality of Shandong grid and the planned adaptability of Shandong grid were analyzed from five aspects after the ultra-high voltage AC/DC is going to be leaded in，including the receiving point selection for ultra-high voltage AC/DC，optimization of 500 kV grid structure，220 kV grid sub-area division，electromagnetic loop and large plant access system.Analysis results are significant to the optimization of Shandong grid structure and the improvement of safe and stable operation ability of Shandong grid.

external power into Shandong；EHV；receiving point selection for extra-high voltage AC/DC；optimization of power grid structure；electromagnetic loop

TM715

A

1007－9904（2017）01－0005－04

2016-06-03

安 鹏（1981），男，高级工程师，主要从事电网前期及规划设计管理等工作。