特高压接入对江西电网的影响研究

苏永春，周 宁，舒 展

（国网江西省电力科学研究院，江西南昌 330096）

0 引言

现代社会中，电能的使用与每个人息息相关。随着社会经济的发展和文明程度的提高，电力负荷不断增加，使得当前电力网络规模越来越大，电网供电电压也越来越高。特高压输电[1-2]可实现远距离、大容量、大区域电网的互联，可降低输电成本，因此，美国、日本、意大利、前苏联等国家都曾致力于特高压输电技术的研究。目前，国家电网公司建设的1 000 kV晋东南—南阳—荆门特高压交流输电示范工程成功运行已满6年，另外1 000 kV淮南-上海、浙北-福州交流特高压工程也已投运。这标志我国特高压交流输电的研究与应用进入了一个新的阶段，特高压输电成为必然的选择。

1）我国国土辽阔，能源和负荷的地理分布极不均衡，我国的能源资源和能源需求呈现逆向分布，能源资源主要分布在北部和西北部，但用电量最多的是东中部。两者相距甚远，这就决定了我国电力系统超大容量、超远距离的“西电东送”基本格局，而这种格局使已有的500 kV电压等级难以支撑，特高压交直流输电线路的建设势在必行。

2）特高压输电，可以大大缓解电煤运输紧张状况。我国在未来相当长时期内，以煤为主的能源格局不会发生根本变化，发电用煤占煤炭消费的比重将不断上升。2011年，我国的用电量达到4.7万亿kWh，57.8%的铁路运力“扑”在煤炭运输上；预计到2020年，我国的用电量将达到8.6万亿kWh，如果依然用“煤从地上跑”的运输方式和500 kV输电，将难以为继。特高压输电，是解决我国能源资源分布不均、缓解煤电运紧张现状的有效措施。

3）2013年以来，我国华北、黄淮、江淮、江南等中东部大部地区相继出现大范围雾霾天气，而东中部地区火电装机占全国火电的70%，是雾霾产生的重要原因之一。通过将煤炭产区的能源资源就地转化为电力，能大大减少燃煤污染，减轻雾霾。加大清洁能源的利用也是调整和优化能源结构、减轻雾霾的有效手段之一。高效消纳利用西部的清洁能源，需要发挥特高压同步电网平台的作用。

4）特高压输变电技术符合集约化社会发展需要。建一条1 000 kV特高压输电线路的线路走廊所占用的土地只相当于2条500 kV输电线路，而1 000 kV交流特高压输电线路输送电能的能力是500 kV超高压输电线路的5倍，而理论损耗只有四分之一左右。所以相对来说，建特高压输电线路能少占土地，这对土地资源稀缺的中东部地区来说尤其有利。

江西省一次能源资源匮乏，人均占有量仅为全国平均水平的11%，到2015年江西能源缺口折合标煤为6 300万t，自给率仅为28%。随着促进中部地区崛起、鄱阳湖生态经济区建设和赣南等原中央苏区振兴发展等国家战略的政策效应不断显现，为江西发展提供了重要机遇和有利条件。

一方面，是经济社会发展能源需求的刚性增长，另一方面，是建设生态江西、绿色江西节能环保的硬指标约束，因此，江西迫切需要加快推进特高压电网建设，架通空中的能源走廊，让“煤从空中走，电从远方来”，变过度依靠输煤为输煤与输电并举，构建能源综合运输体系。

本文从数字实时仿真的角度，进行了特高压接入江西电网后的影响分析。利用电力系统全数字实时仿真装置ADPSS，建立特高压接入江西电网的大电网实时仿真系统模型；基于该系统，研究特高压输变电工程接入江西电网后，是否存在低频振荡问题；研究当特高压输电线路故障时，对江西系统稳定性的影响；研究特高压对短路电流的影响等。

1 特高压接入江西电网规划

根据国家电网特高压电网规划，“十三五”期间，特高压电网建设步伐将逐步加快。至2020年，国家电网将建成以“三华”特高压同步电网为中心，东北特高压电网、西北750 kV电网为送端，联结各大煤电基地、大水电基地、大核电基地、大可再生能源基地，各级电网协调发展的坚强智能电网。“三华”特高压同步电网形成“五纵五横”主网架，并与南方电网形成特高压交流同步相连格局。

图1 国家电网公司2020年特高压网架

目前，江西电网分别通过磁湖-永修、咸宁-梦山Ⅰ、Ⅱ线共3回500 kV线路与华中电网相连，最大受电规模3 000 MW。随着国家支持原中央苏区振兴发展政策的落地，为江西发展提供了重要机遇和有利条件。预计到2020年用电负荷将达到3 400万kW，电力缺口将超过1 200万kW，电力供需紧张局势呈逐年加剧之势。

为解决江西电网受电问题，促进江西经济快速发展，特高压将会在“十三五”期间落点江西。国家电网规划2017年建成武汉-南昌交流特高压输变电工程。在江西建设南昌1 000 kV特高压变电站，特高压出线2回至武汉，500 kV出线共4回，至进贤和抚州各2回。

由于特高压输送容量大，特高压接入后将对受端电网产生重大影响[3-7]。为保证江西电网的安全稳定运行，必须对特高压输变电工程接入江西电网后的影响进行详细的分析研究。

2 特高压接入江西电网建模

参考1 000 kV特高压晋长治-豫南阳-鄂荆门示范工程，武汉至南昌特高压线路选线采用LGJ-630×8导线，导线参数详见表1。考虑到特高压线路全长310 km，若每回特高压线路采用单段集中参数式线路模型，则会忽略长距离线路的波传输过程，从而降低了仿真准确度。因此应采用分段线路模拟更为准确，故而本研究中采用了三分段线路模型。

表1 LGJ-630×8导线参数

南昌特高压站主变容量为2×3000MVA，变压器参数参考特高压示范工程，具体参数详见表2。

表2 特高压主变参数

线路并联电抗器的设置同样参考特高压示范工程，按鄂赣特高压甲线首末端各分担40%和60%的补偿容量，特高压乙线首末端各分担60%和40%的补偿容量，将并联电抗分挂在线路两端。综合考虑稳态电压水平和经济角度，特高压线路并联电抗器补偿度取70%为佳。

除特高压相关元件的建模外，其余元件采用华中华北经特高压联网的规划及方式数据建模，以此建立特高压接入江西电网的大电网实时仿真系统模型。模型涵盖华北和华中特高压、500 kV及220 kV各网络节点。

3 特高压接入对江西电网的影响研究

3.1 潮流分析

南昌特高压交流变电站投运后，江西电网分别通过1 000 kV武汉-南昌双回特高压线路、500 kV磁湖-永修及咸宁-梦山Ⅰ、Ⅱ线3回线路，共计5回线路与华中电网相联。全网潮流分布如下：网供受电428万kW，通过特高压主变下网257万kW，通过鄂赣3回联网线受电171万kW。特高压下网潮流在消化南昌供电区负荷之后向西南输送至赣西及赣南电网，鄂赣500 kV联网线受电电力向中部及北部电网电网输送。北部电网主要通过500 kV永修-马廻岭双回线受电20万kW。

3.2 小干扰稳定分析

应用ADPSS仿真系统中的小干扰稳定分析模块，对包含特高压落点的江西电网进行分析。在表3中列出了与江西电网中的发电机组相关的阻尼比小于5%的几组振荡模式。

表3 特高压接入后江西电网震荡模式

由表3中可以看出，特高压接入后的江西电网中不存在负阻尼的振荡模式。其中与江西电网相关的弱阻尼模式均为小水电相对江西主网或者小水电之间的振荡模式，属于区域内振荡模式；而特高压线路为区域间联络线，其引入的振荡模式必然为区域间振荡模式，其对应的频率一般均在1 Hz以下，因此表3中的震荡模式与特高压的接入无关，即特高压接入江西电网不会产生新的低频震荡问题。

3.3 暂态稳定分析

在研究特高压输电线路故障对江西系统稳定性的影响时，考察武汉至南昌特高压双回线N-1和N-2两种故障形式，故障类型选取对系统稳定最不利的三相故障，故障地点选在南昌特高压站线路出口点。当特高压线路发生N-1故障时，故障前后系统的电压及功角变化情况如图2及图3所示。

图2 N-1故障时系统电压波动

图3 N-1故障时系统功角波动

从图2及图3中可看出，故障切除后，各母线电压迅速恢复至0.85 p.u.以上，并于1 s后恢复到0.95 p.u.以上，10 s时功角的振荡基本平息，系统保持功角稳定。

特高压双回线路N-2故障：南昌侧异名相单相永久性短路，双回线单相跳闸，重合失败后N-2跳线。故障前后系统的电压及功角变化情况如图4及图5所示。

图4 N-2故障时系统电压波动

图5 N-2故障时系统功角波动

由图4及图5可看出，故障第一次切除后，各母线电压迅速恢复至0.9 p.u.以上；重合并第二次切除故障后，各母线电压迅速恢复至0.85 p.u.以上，并于3 s后恢复到0.95 p.u.以上，10s时功角的振荡基本平息，系统保持功角稳定。

综合以上2种情况可知，武汉至南昌特高压双回线发生N-1或N-2故障不会导致江西电网系统失稳。

3.4 短路电流计算

特高压线路接入江西电网以后，将使得网络联系更加紧密，从而增加系统的短路电流水平。在本文中分析了特高压输电线路接入江西电网时，对江西系统短路电流的影响。分别研究了特高压输变电工程接入前后500 kV系统及220 kV系统母线短路电流水平的变化情况。

表4 500 k V母线短路电流变化k A

表5 200 k V母线短路电流变化k A

从表4及表5中可以看出，特高压接入对江西电网短路电流水平影响严重，500 kV系统母线短路电流增加幅度高于220 kV系统。在特高压变电站500 kV接入点抚州变及进贤变母线短路电流分别增加了17.9 kA及13.6 kA，其余500 kV母线短路电流按照与特高压接入点的电气距离远近也有不同程度增加。因而在特高压落点江西以后，需要根据各变电站母线短路电流水平及开关遮断容量情况进行具体分析，在短路电流超过开关遮断容量时需要采取电磁解环、线路出串、分母运行等限流措施。

4 结语

特高压输电以其输送距离远、输送功率大等优势在我国逐步得到推广应用，江西作为一次能源匮乏省份，采用特高压接受来自远方的清洁电力供应迫在眉睫。本文分析了特高压接入江西电网后可能产生的问题，表明特高压输电不会给江西电网带来新的小干扰及暂态稳定问题，但特高压接入后的短路电流增加问题需要采取相应措施加以控制。

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