南疆750 kV電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)初步研究

林雪峰，張 崢

(中國能源建設(shè)集團(tuán)新疆電力設(shè)計院有限公司，新疆 烏魯木齊 830002)

新疆是我國重要的能源基地之一，各種能源資源儲量相當(dāng)豐富，特別是煤炭、風(fēng)力、光能等資源儲量居全國之首。新疆地處亞歐大陸腹地，與中亞和南亞多國接壤，具有獨特的區(qū)位優(yōu)勢，是我國向西開放，實現(xiàn)與歐洲互聯(lián)互通的門戶。南疆三地州(喀什地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州及和田地區(qū)，以下簡稱“喀什”、“克州”、“和田”)位于新疆西南部，與吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、阿富汗、巴基斯坦及印度五國接壤，是我國進(jìn)出中亞、南亞最便捷的通道之一，是“一帶一路”倡議的重要節(jié)點。隨著阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程的建設(shè)以及南疆光伏產(chǎn)業(yè)基地的開發(fā)，南疆也將成為構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的重要支撐點。本文立足于阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程的建設(shè)，對南疆750 kV電網(wǎng)進(jìn)行分析，研究南疆750 kV電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

1 新疆電網(wǎng)及南疆三地州電網(wǎng)概況

截至目前，新疆電網(wǎng)最高交流電壓等級為750 kV，750 kV電網(wǎng)向西延伸至伊犁、向南延伸至喀什，并形成圍繞烏昌負(fù)荷中心的750 kV環(huán)網(wǎng)。新疆750 kV 電網(wǎng)還分別通過哈密－敦煌、煙墩－沙州2路共4回750 kV交流輸電線實現(xiàn)與西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。新疆最高直流電壓等級為±800 kV，已建成哈密－鄭州±800 kV直流送電通道。

截至2016年底，全網(wǎng)總裝機(jī)容量78140 MW。其中：火電裝機(jī)42930 MW，占總裝機(jī)容量的54.9%；水電裝機(jī)6320 MW，占總裝機(jī)容量的8.1%；風(fēng)電裝機(jī)18790 MW，占總裝機(jī)容量的24.0%；光伏裝機(jī)8980 MWp，占總裝機(jī)容量的11.5%；其它電源裝機(jī)1120 MW，占總裝機(jī)容量的1.4%。調(diào)度口徑最大用電負(fù)荷為2603萬kW，同比增長1.15%。

截至2016年底，喀什和克州電網(wǎng)總裝機(jī)容量為3081.3 MW。其中：火電1020 MW，占總裝機(jī)容量的33.10%；水電655.3 MW，占總裝機(jī)容量的21.27%；光伏電站1190 MWp，占總裝機(jī)容量的38.62%；其它裝機(jī)216 MW，占總裝機(jī)容量的7.01%。喀什和克州電網(wǎng)最大負(fù)荷為1 253 MW。

截 至2016年 底， 和田 電 網(wǎng) 總裝 機(jī)1188.875 MW。其中：火電裝機(jī)(不含燃?xì)怆娬?270 MW，占總裝機(jī)容量的22.71%；水電裝機(jī)342.875 MW，占總裝機(jī)容量的28.84%；光伏裝機(jī)570 MWp，占總裝機(jī)容量的47.94%；其他6 MW，占總裝機(jī)容量的0.51%。2016年，和田電網(wǎng)最大用電負(fù)荷418 MW。

2 電力市場預(yù)測及南疆電力流分析

2.1 電力市場預(yù)測

南疆三地州經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)落后于全疆的平均水平，農(nóng)業(yè)用電量所占比重較大。今后隨著國家政策的支持，南疆鐵路的延伸，以及中巴經(jīng)濟(jì)走廊的建設(shè)，南疆三地州工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程必將加快，用電負(fù)荷也將隨之出現(xiàn)較快增長。依據(jù)《新疆 “十三五”電力發(fā)展規(guī)劃》，南疆三地州電力需求預(yù)測見表1。

為明確電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)，本文通過南疆三地州電力平衡(詳見表2和表3)，分析阿克蘇－南疆三地州斷面交換功率。

表1 南疆三地州負(fù)荷分地區(qū)預(yù)測

表2 南疆三地州電網(wǎng)夏大電力平衡

表3 南疆三地州電網(wǎng)冬大電力平衡

平衡原則：選擇夏大、冬大兩種方式進(jìn)行平衡；備用容量按照最大負(fù)荷的15%考慮；夏大方式水、火電機(jī)組按裝機(jī)容量的90%參與平衡；冬大方式火電機(jī)組按裝機(jī)容量的90%參與平衡，水電機(jī)組按裝機(jī)容量的40%參與平衡；光伏發(fā)電不參與平衡。

從南疆三地州電力平衡結(jié)果看，“十三五”期間，夏季南疆三地州電網(wǎng)2018年后出現(xiàn)電力缺口，到2020年夏季電力缺口約為990 MW，冬季電力缺口約為1960 MW。但由于該區(qū)域能源資源較為匱乏，加之晚高峰光伏發(fā)電不能出力，電力缺口將逐漸增大，到2030年，南疆三地州夏季電力缺口約為3260 MW，冬季電力缺口約為5480 MW。

2.3 南疆電力流分析

由平衡結(jié)果得出2020年與2030年南疆電力流，見圖1、圖2。

圖1 南疆2020年電力流

圖2 南疆2030年電力流

南疆三地州始終是新疆電網(wǎng)的受端電網(wǎng)，且電力缺口逐步增大。到2020年，阿克蘇－南疆三地州電網(wǎng)斷面交換功率最大將達(dá)到1960 MW；到2030年，阿克蘇－南疆三地州電網(wǎng)斷面交換功率最大將達(dá)到5480 MW。

3 阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程建成后的作用

3.1 構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)

喀什地區(qū)是“一帶一路”的重要節(jié)點，在地理位置上，喀什距中亞和南亞都很近，以喀什750 kV電網(wǎng)為依托，構(gòu)建中國與中亞、南亞，甚至西亞的全球能源互聯(lián)網(wǎng)，從工程技術(shù)的角度來看，是最經(jīng)濟(jì)可行的方案。阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程的建設(shè)將為喀什地區(qū)提供強大的電力支撐，同時也為以喀什為起點，構(gòu)建全球能源互聯(lián)網(wǎng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3.2 解決南疆三地州電力供應(yīng)不足

由于南疆三地州能源資源匱乏，缺乏穩(wěn)定的電源支撐一直是制約南疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，盡管可以新建一定容量的光伏電站彌補電力缺口，但由于光伏電站出力缺乏穩(wěn)定性，光伏發(fā)電依然不能成為南疆的主力電源。因此，隨著用電負(fù)荷的增長，新疆主網(wǎng)向南疆的送電容量將逐步增大。到2020年，阿克蘇－南疆三地州電網(wǎng)斷面交換功率最大將達(dá)到1960 MW。建設(shè)阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程，將750 kV電網(wǎng)延伸至南疆三地州，可大幅提高新疆北部向南疆三地州的送電能力，為南疆三地州國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供可靠的電力保障，是解決南疆三地州電力供應(yīng)不足的根本措施。

3.3 確保電網(wǎng)供電質(zhì)量和供電可靠性

南疆三地州地域廣袤，220 kV電網(wǎng)覆蓋范圍大，變電站之間線路距離長，電壓變化幅度大，供電質(zhì)量差。750 kV變電站的建設(shè)，為220 kV電網(wǎng)提供了更高一級電壓支撐，對保證電網(wǎng)的供電質(zhì)量和安全運行具有重要意義。

4 南疆750 kV電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案及經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

4.1 南疆750 kV電網(wǎng)目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)周邊電網(wǎng)現(xiàn)狀、負(fù)荷分布及交換功率，本文提出以下兩個750 kV電網(wǎng)建設(shè)方案，分別通過近期(2018年)、過渡期(2020～2025年)、遠(yuǎn)期(2030年)進(jìn)行分析。

(1)近期方案

方案一：立足于阿克蘇－巴楚－喀什輸變電工程，分別建設(shè)喀什－莎車－和田750 kV輸變電工程和阿克蘇－和田750 kV輸變電工程，形成圍繞南疆三地州的大環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)(詳見圖3)。

方案二：立足于阿克蘇－巴楚－喀什輸變電工程，分別建設(shè)喀什－莎車－和田750 kV輸變電工程和巴楚－莎車750 kV輸變電工程，形成圍繞喀什地區(qū)的小環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，和田變通過單回線接入莎車變(詳見圖4)。

圖3 方案一近期目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

圖4 方案二近期目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(2)過渡期方案

兩個方案過渡期目標(biāo)均為通過和田變向東連接民豐、且末、若羌、尉犁，至吐魯番，形成環(huán)南疆塔里木盆地的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高南疆電網(wǎng)的供電可靠性。無論方案一還是方案二，圍繞塔里木盆地的750 kV環(huán)網(wǎng)均建議建成雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)(詳見圖5、圖6)，其目的在于：首先，塔里木盆地光照資源極為豐富，遠(yuǎn)期將是重要的光伏發(fā)電基地，在夏季光伏大發(fā)情況下將產(chǎn)生大量的電力外送，如僅建成單環(huán)網(wǎng)，N－1情況下將產(chǎn)生大幅潮流轉(zhuǎn)移，不利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行；其次，圍繞塔里木盆地的750 kV環(huán)網(wǎng)建成后，將形成一個全長約3100 km的超大環(huán)網(wǎng)，根據(jù)目前新疆電網(wǎng)的實際運行情況來看，這種超大單環(huán)網(wǎng)在N－1情況下電壓控制很困難。綜合上述兩點原因，建議環(huán)塔里木盆地750 kV環(huán)網(wǎng)建成雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

圖5 方案一過渡期目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

圖6 方案二過渡目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

(3)遠(yuǎn)期方案

由于喀什電網(wǎng)是距離中亞、巴基斯坦距離最近的地區(qū)電網(wǎng)，因此，遠(yuǎn)期目標(biāo)均為通過喀什電網(wǎng)與中亞電網(wǎng)、巴基斯坦電網(wǎng)互聯(lián)，形成中亞能源互聯(lián)網(wǎng)和中巴能源互聯(lián)網(wǎng)。而在此之前，有必要再補強南疆三地州電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，補強方案如下：

方案一：分別建設(shè)阿克蘇－巴楚－喀什、喀什－莎車－和田以及和田－阿克蘇的二回線，形成南疆三地州雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)(詳見圖7)。

方案二：分別建設(shè)巴楚－喀什、喀什－莎車以及莎車－巴楚的二回線，形成喀什地區(qū)雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)(詳見圖8)。

圖7 方案一遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

圖8 方案二遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

4.2 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

從投資、供電可靠性、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和施工難易程度等幾方面進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，結(jié)果見表4。

表4 兩個方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

根據(jù)上述分析，同時分別計算近、遠(yuǎn)期電網(wǎng)送電能力(見表5)，可以看出，兩個方案在送電能力方面區(qū)別不大，遠(yuǎn)期形成雙環(huán)網(wǎng)后，送電能力均能得到大幅提升。

綜合以上因素，方案二在送電能力、投資、供電可靠性、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和施工難易度方面具有一定優(yōu)勢，因此，建議目標(biāo)網(wǎng)架按方案二實施。

表5 阿克蘇－南疆三地州斷面近遠(yuǎn)期送電能力比較

采用PSASP計算軟件驗證本文所推薦的目標(biāo)網(wǎng)架，潮流計算結(jié)果見圖9。可以看出，本文所推薦的目標(biāo)網(wǎng)架可以滿足運行要求，潮流分布均勻，電壓水平合理。

以阿克蘇－巴楚750 kV輸電線三相短路故障斷開為校驗條件，采用PSASP計算對南疆電網(wǎng)的穩(wěn)定水平進(jìn)行了校驗，計算結(jié)果見圖10和圖11。

圖9 2020年潮流計算結(jié)果

圖10 南疆電網(wǎng)750 kV變電站母線電壓振蕩曲線

圖11 南疆電網(wǎng)主要電廠與主電網(wǎng)功角搖擺曲線

通過計算可以看出，在電網(wǎng)N-1故障情況下各點母線電壓振蕩和發(fā)電機(jī)功角振蕩都不超過規(guī)程規(guī)范允許值，并呈逐漸衰減的趨勢，南疆750 kV目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強。通過穩(wěn)定計算，方案二初期目標(biāo)網(wǎng)架形成后，新疆主電網(wǎng)向南疆三地州的送電能力將提升至3000 MW。

5 結(jié)語

阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程的建成投運，意味著新疆750 kV電網(wǎng)延伸到了南疆的核心腹地，從而為實現(xiàn)新疆境內(nèi)的大規(guī)模北電南調(diào)奠定了堅實的基礎(chǔ)，同時也為實現(xiàn)新疆電網(wǎng)與中亞、南亞等國電網(wǎng)的互聯(lián)創(chuàng)造了條件。在阿克蘇－喀什750 kV輸變電工程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過建設(shè)喀什－莎車－和田750 kV輸變電工程，可實現(xiàn)新疆750 kV電網(wǎng)延伸至和田；通過巴楚－莎車750 kV輸變電工程，可形成覆蓋喀什地區(qū)的750 kV環(huán)網(wǎng)。這種目標(biāo)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不僅建設(shè)投資較為優(yōu)化，還能盡可能避免形成750 kV超長輸電線路，進(jìn)而便于南疆750 kV電網(wǎng)的電壓控制，有利電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，是南疆未來750 kV電網(wǎng)的發(fā)展方向。

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