酒泉
—湖南±800 kV特高壓直流入湘對湖南電網安全穩定性影響淺析

夏哲輝，饒成誠

(1. 國網湖南省電力公司，長沙　410007；2. 國網湖南省電力公司檢修公司，長沙　410004)

酒泉
—湖南±800 kV特高壓直流入湘對湖南電網安全穩定性影響淺析

夏哲輝1，饒成誠2

(1. 國網湖南省電力公司，長沙410007；2. 國網湖南省電力公司檢修公司，長沙410004)

摘要：落實國家大氣污染防治行動計劃，優化能源結構，“十二五”期間開工建設的酒泉—湖南±800 kV特高壓起于甘肅酒泉地區，落點在湖南湘潭地區。特高壓直流入湘在緩解用電緊張局面，同時也使得湖南電網結構變成更為復雜的交直流混聯系統。確保湖南電網安全穩定運行，就直流入湘后的電網控制、調峰、穩控方案以及直流偏磁等問題進行簡要討論。

關鍵詞：能源結構；直流工程；特高壓；電網結構；電網運行

國網公司正在大力實施“一特四大”戰略，著力解決特高壓和配電網“兩頭薄弱”問題，優質高效建設好特高壓重點工程[1]，統籌推進“三華”同步電網、西南電網構建和配電網改造升級，進一步優化電網結構，力爭盡快形成東北、西北、西南三送端和“三華”一受端四個同步電網的發展格局，構建更安全、更可靠、更高效、更堅強的國家電網[2]。

國網公司已建成并投運了包括“晉東南—南陽—荊門1 000kV特高壓交流試驗示范工程”以及“向家壩—上海±800kV特高壓直流輸電示范工程”在內的“三交四直”特高壓工程。

目前公司在建的“四交四直”特高壓工程、酒泉—湖南特高壓直流工程以及后續的“五交八直”特高壓工程對于落實國家大氣污染防治行動計劃，優化能源結構，發展遠距離大容量輸電技術，促進能源跨區域消納利用[3]，緩解中東部地區大氣污染防治壓力具有重要戰略意義[4]。

“十二五”期間開工建設的酒湖±800kV特高壓直流工程起于甘肅酒泉地區，途經甘肅、陜西、重慶、湖北，落點湖南湘潭地區，線路長度約2 413km，額定電壓為±800kV，額定功率為8 000MW[5]。特高壓直流入湘在緩解用電緊張的局面同時，也使得湖南電網結構變成更為復雜的交直流混聯系統[6]。要保障酒湖特高壓接入后湖南電網安全、穩定運行，需要對電網控制策略、調峰策略、穩控方案以及直流偏磁等問題進行分析研究。

1酒湖特高壓對湖南電網安全穩定特性影響及措施

位于國家電網供電區最南端之一的湖南電網，500kV電網已覆蓋了除張家界和吉首之外的12個地區，省內電源多集中在西部和北部。

1.1酒湖特高壓對鄂湘交流聯絡通道的影響及措施

湖南電網通過“葛洲壩—崗市一回”和“孱陵—復興雙回”三回500kV交流線路與湖北電網相連。如圖1所示。湖南電網接受來自三峽水電站的電能，通常的潮流方向為鄂送湘。按照電網運行既定的穩定性要求，目前鄂湘三回500kV交流聯絡線總的控制功率為2 600MW。

圖1　湖南電網與西北電網、湖北電網聯絡示意圖

(1)影響分析

酒湖特高壓直流工程投運后，其輸送功率較大時，一旦發生直流閉鎖故障，湖南電網的功率缺額將主要由鄂湘聯絡線承擔，使得鄂湘交流聯絡線過載、潮流加重，甚至超過熱穩極限控制功率。

(2)應對措施

1)若鄂湘交流聯絡線功率由鄂送湘(南送)，可采取預控使酒湖特高壓直流和鄂湘交流聯絡線送湘的功率之和不超過4 000MW。當酒泉特高壓直流系統發生雙極閉鎖故障時，保證鄂湘交流聯絡線穩定需切除湖南電網1 390MW負荷。

2)若鄂湘交流聯絡線功率由湘送鄂(北送)，可適量提高酒湖特高壓直流送湘的功率，但不利于三峽水電站電能外送。

3)加強湖南電網與華中主網交流聯絡措施—加快建設荊門至長沙交流特高壓工程，也是湖南電網更好地消納酒湖特高壓電能的舉措。

1.2酒湖特高壓對省內500 kV網絡的影響及措施

酒湖直流受端湘潭換流站500kV規劃出線7回，其中2回至鶴嶺變，2回至云田變，2回至古亭變，1回至船山變。

酒湖直流投運后，大量電力一方面通過湘潭換—船山送往衡郴永地區消納；另一方面通過湘潭換—鶴嶺雙回、湘潭換—云田雙回以及湘潭換—古亭雙回送往長株潭地區消納。

(1)影響分析

酒湖直流送湘功率較大時，若換流站近區500kV交流線路發生N-1或N-2故障，將可能導致部分線路過載，過載線路集中在導線截面積較小的湘潭換—鶴嶺雙回以及星城—云田線路。

(2)應對措施

將原鶴嶺—云田雙回線改造成大截面導線，新建瀏陽500kV變電站，增加云田—瀏陽線路以及古亭—星城第二回線路，以滿足特高壓直流潮流疏散的需要。

1.3酒湖特高壓對湖南電網電壓穩定性的影響及措施

直流系統在換相過程中需要吸收無功功率。直流系統輸送功率越大，吸收無功越多，母線電壓下降也越大。因此酒湖直流送電后，湘南電網固有的電壓穩定問題和特高壓直流投運帶來的電壓穩定問題相互作用，使得湖南電網電壓穩定問題趨于復雜化。

(1)影響分析

直流系統故障時，交流系統將產生暫態電壓波動。如果交流系統不能支撐直流系統動態無功變化，交流系統將出現電壓失穩。

此外，若鄂湘聯絡線和酒湖直流送湘功率之和較大，長株潭地區500kV艾家沖—鶴嶺線路鶴嶺側三相短路故障仍然會導致湘南電壓失穩，對懷吉電源送出產生不利影響。

(2)應對措施

湖南電網小負荷時期對鄂湘聯絡線和酒湖直流送湘功率之和進行管控，在豐水期和枯水期科學合理地安排水火電機組運行方式。

1.4交流系統故障對特高壓直流的影響及措施

酒湖直流投運后，湖南電網成為交直流混聯電網。交流系統故障可能引起直流系統發生換相失敗。若直流系統發生換相失敗之后能迅速恢復正常運行，則對電網運行影響不大；若直流系統發生連續換相失敗，則可能導致直流保護動作閉鎖直流，從而直接沖擊交流系統暫態穩定性。

(1)影響分析

直流系統換相失敗將造成交直流電氣量發生劇烈波動，送端酒泉電網暫時失去部分直流負荷，頻率和電壓升高。受端湖南電網暫時失去直流電源，對受端交流電網造成沖擊，頻率電壓降低。

(2)應對措施

減少逆變器換相風險及其影響可以采取交直流電網元件參數調整；改變直流系統運行方式；直流輸電控制保護功能優化等措施。

2酒湖特高壓安全穩定控制策略專題分析

湖南電網現有的500kV廠站全部配置了雙套微機型綜合穩控裝置，所有的220kV變電站均配置了聯切/遠切負荷裝置。

(1)影響分析

酒湖直流投運后的輸送功率主要受制于兩個方面：1)從華中電網層面考慮，酒湖直流閉鎖后大量功率轉移到1 000kV特高壓交流長南線，可能導致長南線超暫穩極限與系統解列。2)從湖南電網層面考慮，酒湖直流閉鎖后大量功率轉移到500kV鄂湘交流聯絡線，可能導致鄂湘聯絡線超過其控制功率。

(2)應對措施

針對第1方面問題可以采取切華中電網負荷以及調制降低三峽直流送出功率的措施；針對第2方面問題只能采取直流閉鎖切湖南電網負荷的措施。

根據國務院“599號令”規定，特高壓直流發生雙極閉鎖可切湖南電網負荷總計約1 390MW，切負荷點分布在長株潭、常益張以及衡郴永地區，其中長沙地區切除負荷不超過該市負荷總量的5%，其他地區切除負荷不超過當地負荷總量的20%。根據“湘潭±800kV換流站工程受端安全穩定控制系統初步設計”，配置包含鶴嶺、云田500kV變在內的湖南切負荷主站、切負荷區域主站、切負荷執行站、1個抽水蓄能切負荷執行站。

3酒湖特高壓對湖南電網調峰能力的影響及措施

湖南電網年負荷曲線呈現夏季(7～8月)和冬季(12月)雙高峰特征，而在春節期間的1月或2月出現全年最小負荷。截至2015年4月底，湖南電網最大負荷為230 100MW，2015年2月2日，湖南電網最大峰谷差達到創歷史新高的120 200MW。

(1)影響分析

預計至2017年，湖南省內的并網風電規模由938MW(2015年4月)增加至2 500～2 800MW。風電具有反調峰特性，加大了湖南電網調峰難度。

在峰谷差不斷加大的背景下，為保證高峰時負荷需求，同時從系統安全角度，需加大火電的開機，這將造成負荷低谷時的調峰困難，酒湖特高壓直流的投運也將進一步加大湖南電網調峰難度。

(2)應對措施

特高壓直流不能像常規電源頻繁參與調峰，一方面需要結合湖南電網典型日負荷曲線，研究水—火—風—抽—聯絡線以及特高壓直流參與的協調優化調峰控制策略，另一方面需要評估實施峰谷差電價對于減小峰谷差的影響。

4酒湖特高壓對湖南電網變電設備直流偏磁的影響及措施

直流偏磁是變壓器的一種非正常工作狀態，即變壓器繞組的勵磁電流中出現直流分量。直流接地極流過較大電流是導致中性點接地變壓器產生直流偏磁的主要原因。

(1)影響分析

1)直流偏磁會使變壓器的機械性能、抗短路能力下降，在變壓器遭受外部突發短路故障時，可能引發更大的電網事故。

2)直流電流流經交流電網可能導致電流互感器傳變特性發生變化，對交流保護的動作產生影響，使得保護裝置拒動或誤動。此外直流偏磁可能造成變壓器差流的二次諧波含量增大，變壓器差動保護存在二次諧波誤閉鎖的風險。

3)變壓器因直流偏磁造成振動、噪聲加劇，會嚴重影響周圍居民的正常工作和生活。

因此酒湖特高壓工程投運后將面臨酒湖特高壓直流單極大地回線運行工況，需要開展直流偏磁治理工作。

(2)應對措施

目前國內直流偏磁治理方面有電容隔直和電阻限流2種方案。電容隔直裝置隔離直流電流的效果徹底，對繼電保護的影響較小，但電容隔直裝置結構復雜。電阻限流裝置結構簡單，運行可靠，限流裝置限流效果可能會受到電網網架變化的影響。

酒湖特高壓直流偏磁治理思路應以電阻限流為主、電容隔直為輔，即在個別變電站電阻參數選取困難或不能滿足限流要求時則采用電容隔直裝置。并從設備入網、調試、運行多個環節進行監督，提高設備可靠性，確保設備安全穩定運行。

5結語

(1)湖南電網前期已開展了鵝城換流站控制保護系統建模以及年度檢修工作，為后期提高酒湖特高壓控制保護系統的安全穩定運行水平有一定的借鑒作用。酒湖特高壓接入后對湖南電網控制策略、調峰策略、穩控方案以及直流偏磁等問題進行相應調控是湖南電網安全、穩定運行的必要條件。

(2)研究酒湖特高壓直流送電與500kV鄂湘聯絡線送電的合理比例，以實現電網運行安全穩定、節能減排以及經濟效益的最佳結合。

(3)建立遠距離、大容量的電力輸送通道實現“煤從空中走，電送全中國”是國家經濟社會發展對能源電力增長的需求所決定的，湖南省正處于經濟高速發展時期，對能源需求急速增長，能源缺口還很大[7]，電力的供需矛盾日益突出。酒泉特高壓直流入湘將成為突破能源“瓶頸”的制勝法寶。

參考文獻：

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[3]代紅才，李瓊慧，汪曉露.新能源與智能電網協調發展評價指標體系研究[J].能源技術濟, 2011, 23 (5):18-23.

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[6]廖國棟，謝欣濤，侯益靈，等.±800kV酒泉特高壓直流入湘對湖南電網暫態電壓穩定性的影響[J].電網技術,2012,36(2):23-28.

LIAOGuo-dong,XIEXin-tao,HOUYi-ling,etal.Impactsof±800kVDCpowertransmissionfromjiuquantohunanontransientvoltagestabilityofhunanpowergrid[J].PowerSystemTechnology, 2012,36(2):23-28.

[7]湖南省電網“十二五”主網架規劃設計報告[R].長沙:國網湖南省電力公司,2010.

(本文編輯：嚴加)

Analysis of Jiuquan-Hunan ±800kV DC Project and Its Impact on the Stability of Hunan Power Grid

XIA Zhe-hui1, RAO Cheng-cheng2

(1.StateGridHunanElectricPowerCompany,Changsha410007,China;2.StateGridMaintenanceCompany,HunanElectricPowerCompany,Changsha410004,China)

Abstract:For the target of implementing National Air Pollution Control Action Plan and optimizing energy structure, the Jiuquan-Hunan ±800kV DC project has been constructed during the Twelfth Five Year Plan. The EHV DC project could relieve the power supply tension, while the Hunan power grid would convert into AC/DC hybrid system. To ensure the safe and stable operation of Hunan power grid, the issues of grid control, electrical peak shaving, stability control scheme and DC bias are discussed briefly in this paper.

Key words:energy structure；DC project；EHV；grid structure；power grid operation

DOI：10.11973/dlyny201603006

作者簡介：夏哲輝(1977)，男，碩士，從事電網運營管理類相關工作。

中圖分類號：TM723；TK01+9

文獻標志碼：A

文章編號：2095-1256(2016)03-0291-04

收稿日期：2016-02-23