基于電網(wǎng)分層分區(qū)邊界條件的電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)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(yùn)行要求，可對(duì)下一階段電網(wǎng)發(fā)展、運(yùn)行等發(fā)揮重要指導(dǎo)作用，尤其在電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)域，可從宏觀角度把握發(fā)展方向，提供發(fā)展思路。本文結(jié)合某省電網(wǎng)實(shí)例，首先分析電網(wǎng)分層分區(qū)需滿足的具有普遍指導(dǎo)性的邊界條件;然后，對(duì)分層分區(qū)后，分區(qū)電網(wǎng)恢復(fù)合環(huán)運(yùn)行的相關(guān)要求展開(kāi)研究，最后，對(duì)地區(qū)間聯(lián)絡(luò)線在運(yùn)行中的功能進(jìn)行定位。

關(guān)鍵詞：分層分區(qū);合環(huán);聯(lián)絡(luò)線

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(yùn)行要求，可對(duì)下一階段電網(wǎng)發(fā)展、運(yùn)行等發(fā)揮重要指導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)了分層分區(qū)的引領(lǐng)性，尤其在電網(wǎng)規(guī)劃領(lǐng)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(biāo)。

一、分層分區(qū)邊界條件分析

一般情況下，對(duì)于電網(wǎng)發(fā)展初期，大范圍的潮流轉(zhuǎn)移往往成為分區(qū)主導(dǎo)因素;對(duì)網(wǎng)架相對(duì)集中、負(fù)荷密集的地區(qū)電網(wǎng)，短路電流是分區(qū)主導(dǎo)因素。

1.電磁環(huán)網(wǎng)

電磁環(huán)網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全在不同階段有利有弊，在高一級(jí)電網(wǎng)發(fā)展初期，保留必要的電磁環(huán)網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全往往是有利的;或者，即使對(duì)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(jí)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(zhuǎn)移，導(dǎo)致地區(qū)電網(wǎng)220千伏線路過(guò)載，并且安全控制措施復(fù)雜等情況下，應(yīng)考慮解開(kāi)區(qū)域或地區(qū)間的聯(lián)絡(luò)線。

結(jié)合某省電網(wǎng)歷史演變實(shí)績(jī)予以說(shuō)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(zhuǎn)移問(wèn)題，500千伏過(guò)江線N-1或N-2事故均會(huì)因潮流轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致220kV過(guò)江線嚴(yán)重過(guò)載。囿于全省500kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對(duì)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(wú)法解環(huán)運(yùn)行。直至2007年?yáng)|通道全線貫通，500千伏電網(wǎng)首次形成環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(shí)施。

2.短路電流

對(duì)于網(wǎng)架相對(duì)密集區(qū)域，由于短路電流問(wèn)題而實(shí)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(shè)計(jì)導(dǎo)則，[4]一般應(yīng)滿足：L≤T*70%+Gn-1（L為地區(qū)負(fù)荷，T為地區(qū)500千伏主變?nèi)萘浚珿為地區(qū)220千伏及以下裝機(jī)容量;Gn-1為停地區(qū)最大1臺(tái)機(jī)組后的裝機(jī)容量）。

另外，按照短路電流水平約束，[5]單座500千伏變電站構(gòu)建的分區(qū)電網(wǎng)在對(duì)應(yīng)2～4臺(tái)500千伏主變時(shí)，其最大可供負(fù)荷規(guī)模在410～460萬(wàn)千瓦之間;兩座500千伏變電站（相距30公里）構(gòu)建的分區(qū)電網(wǎng)在不同的組合方式下，其最大可供負(fù)荷規(guī)模在380～460萬(wàn)千瓦之間。

結(jié)合省內(nèi)HF、MA、WH等負(fù)荷密集區(qū)域發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，考慮普遍性但不是絕對(duì)性，可認(rèn)為：一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的分區(qū)電網(wǎng)，其最大可供負(fù)荷規(guī)模在400～450萬(wàn)千瓦左右;換言之，由幾個(gè)地區(qū)組成的處于合環(huán)運(yùn)行的密集區(qū)域電網(wǎng)，當(dāng)區(qū)域內(nèi)總負(fù)荷規(guī)模達(dá)到400萬(wàn)千瓦以上的水平后，考慮區(qū)域電網(wǎng)分片解環(huán)運(yùn)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(shí)，大范圍潮流轉(zhuǎn)移導(dǎo)致220千伏線路過(guò)載，安控措施控制復(fù)雜 原合環(huán)區(qū)域電網(wǎng)最大負(fù)荷≥400～450萬(wàn)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(wàn)千伏安

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

解環(huán)后分區(qū)最大負(fù)荷≤T*70%+Gn-1

區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線交換能力不低于單臺(tái)500千伏主變?nèi)萘康?0%～70%

針對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)和短路電流兩類問(wèn)題，分別提出必要性和可行性條件，用于指導(dǎo)分區(qū)解環(huán)的具體實(shí)施，見(jiàn)表1。

分區(qū)解環(huán)一般必須在電網(wǎng)同時(shí)具備必要性和可行性時(shí)方可實(shí)施。其中，對(duì)于因短路電流問(wèn)題而解環(huán)的電網(wǎng)，必要性條件中滿足其中1條即認(rèn)為地區(qū)間可能需要解環(huán)運(yùn)行;可行性條件中3條必須全部滿足才認(rèn)為解環(huán)可以實(shí)施。對(duì)于因電磁環(huán)網(wǎng)而解環(huán)的電網(wǎng)，若形成較小范圍內(nèi)的獨(dú)立分區(qū)電網(wǎng)，一般也應(yīng)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(duì)單個(gè)地區(qū)而言，歸納其與周邊電網(wǎng)維持合環(huán)運(yùn)行的邊界條件，見(jiàn)表2。

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

（3）分區(qū)電網(wǎng)分類。省內(nèi)部分已有2臺(tái)主變的地區(qū)電網(wǎng)，在實(shí)際運(yùn)行中，由于潮流轉(zhuǎn)移或短路電流問(wèn)題，可能被迫實(shí)施分區(qū)運(yùn)行，例如MA、CH電網(wǎng)。對(duì)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(qiáng)分區(qū)電網(wǎng)。

二、分區(qū)電網(wǎng)恢復(fù)合環(huán)運(yùn)行的要求

1.弱分區(qū)電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行要求

電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行后，形成的分區(qū)電網(wǎng)應(yīng)具備一定的穩(wěn)定性，在單一設(shè)備檢修或故障方式下仍能維持獨(dú)立運(yùn)行;但對(duì)弱分區(qū)電網(wǎng)而言，在500千伏主變N-1或者分區(qū)內(nèi)大機(jī)組退出情況下，則往往需要恢復(fù)與周邊電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，倒閘操作多，風(fēng)險(xiǎn)大。因此，只有當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)、短路電流等問(wèn)題突出，不分區(qū)運(yùn)行不能解決問(wèn)題時(shí)，方可考慮兩臺(tái)主變帶獨(dú)立供區(qū)運(yùn)行，并應(yīng)制定詳細(xì)的運(yùn)行預(yù)案。

2.強(qiáng)分區(qū)電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行要求

強(qiáng)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(tái)之間。按N-1原則，考慮主變下受的不均衡性，主變最大負(fù)載率可達(dá)80%左右。因此，在分區(qū)內(nèi)大機(jī)組退出情況下，滿足：L-Gn-1≤（3～5）T×80%，強(qiáng)分區(qū)電網(wǎng)可維持獨(dú)立運(yùn)行;否則，也應(yīng)考慮與周邊電網(wǎng)合環(huán)。

2.合環(huán)電網(wǎng)選取原則

對(duì)于與周邊2個(gè)及以上分區(qū)電網(wǎng)之間存在聯(lián)絡(luò)線的分區(qū)電網(wǎng)，在電網(wǎng)需要合環(huán)運(yùn)行時(shí)，往往面臨一個(gè)問(wèn)題，即優(yōu)先與哪個(gè)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(jìn)行分析。

（1）互供能力。在分析解環(huán)邊界條件時(shí)提出的其中1個(gè)可行性條件是區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線交換能力應(yīng)不低于單臺(tái)500千伏主變?nèi)萘康?0%～70%;該條件針對(duì)聯(lián)絡(luò)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(shí)上，除聯(lián)絡(luò)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(yīng)有一定裕度。

一般情況下，每對(duì)互聯(lián)分區(qū)電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線至少有2回及以上。按照單臺(tái)主變?nèi)萘康?0%～70%，2回聯(lián)絡(luò)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(shí)，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?nèi)萘吭６然蚩商峁┑难b機(jī)容量不應(yīng)低于單臺(tái)主變?nèi)萘康?0%～70%;否則，應(yīng)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(shí)，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(luò)線，需滿足分區(qū)內(nèi)500千伏主變500千伏側(cè)和220千伏側(cè)短路電流均不超標(biāo)的約束。按照500千伏和220千伏側(cè)均接近或達(dá)到開(kāi)關(guān)遮斷容量上限的最優(yōu)約束，可得到電網(wǎng)可供負(fù)荷規(guī)模、分區(qū)內(nèi)500千伏主變?nèi)萘縏、220千伏側(cè)裝機(jī)容量G三者之間的關(guān)系。在研究分區(qū)電網(wǎng)與相鄰多分區(qū)之一合環(huán)時(shí)，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(wàn);

Tn1+Tn2+Gn1+Gn2≥500～600萬(wàn);

Tn1-1+Tn2+Gn1+Gn2≤500～600萬(wàn);

其中：Tn1-1為分區(qū)停1臺(tái)500千伏主變后的容量。

例如：根據(jù)規(guī)劃，2020年前省內(nèi)WH電網(wǎng)內(nèi)部將分為東、西兩片運(yùn)行;WH東網(wǎng)分區(qū)主變?nèi)萘縏n1=200萬(wàn)千伏安，220千伏裝機(jī)Gn1=132萬(wàn)千瓦，與之相鄰的MA分區(qū)主變?nèi)萘縏n2=150萬(wàn)千伏安，220千伏裝機(jī)Gn2=320萬(wàn)千瓦，WH西網(wǎng)分區(qū)主變?nèi)萘縏n3=375萬(wàn)千伏安，見(jiàn)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(jì)接入電源規(guī)模應(yīng)滿足：Max（Gn1+Gn2）≤390萬(wàn)，與MA分區(qū)合環(huán)顯然超過(guò)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(fù)合環(huán)運(yùn)行的要求，結(jié)合省內(nèi)各地電網(wǎng)條件的差異，規(guī)劃“十二五”省內(nèi)電網(wǎng)分區(qū)定位（見(jiàn)表3）。

表3 “十二五”末省內(nèi)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(qiáng)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(jié)論

本文結(jié)合規(guī)劃實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面梳理總結(jié)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(fù)合環(huán)運(yùn)行的相關(guān)條件及要求。基于理論研究成果，對(duì)“十二五”省網(wǎng)解環(huán)方案及分區(qū)電網(wǎng)進(jìn)行了對(duì)照分析，對(duì)今后一段時(shí)期指導(dǎo)電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)及運(yùn)行都將發(fā)揮重要指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王梅義，等.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[2]安徽省電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究中心.安徽電網(wǎng)2012～2016年電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)規(guī)劃[R].合肥：安徽省電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究中心，2011.

[3]安徽省電力公司.安徽省電力公司“十二五”電網(wǎng)發(fā)展?jié)L動(dòng)規(guī)劃[R].合肥：安徽省電力公司，2012.

[4]國(guó)家電網(wǎng)公司.城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則（國(guó)家電網(wǎng)科〔2006〕1202號(hào)）[S].北京：國(guó)家電網(wǎng)公司，2006.

[5] 安徽省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院.安徽省地區(qū)電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架典型模式研究[R].合肥：安徽省電力公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，2012.

（責(zé)任編輯：王意琴）