酒泉—湖南±800 kV特高压直流入湘对湖南电网安全稳定性影响浅析

夏哲辉，饶成诚

(1. 国网湖南省电力公司，长沙　410007；2. 国网湖南省电力公司检修公司，长沙　410004)

酒泉
—湖南±800 kV特高压直流入湘对湖南电网安全稳定性影响浅析

夏哲辉1，饶成诚2

(1. 国网湖南省电力公司，长沙410007；2. 国网湖南省电力公司检修公司，长沙410004)

摘要：落实国家大气污染防治行动计划，优化能源结构，“十二五”期间开工建设的酒泉—湖南±800 kV特高压起于甘肃酒泉地区，落点在湖南湘潭地区。特高压直流入湘在缓解用电紧张局面，同时也使得湖南电网结构变成更为复杂的交直流混联系统。确保湖南电网安全稳定运行，就直流入湘后的电网控制、调峰、稳控方案以及直流偏磁等问题进行简要讨论。

关键词：能源结构；直流工程；特高压；电网结构；电网运行

国网公司正在大力实施“一特四大”战略，着力解决特高压和配电网“两头薄弱”问题，优质高效建设好特高压重点工程[1]，统筹推进“三华”同步电网、西南电网构建和配电网改造升级，进一步优化电网结构，力争尽快形成东北、西北、西南三送端和“三华”一受端四个同步电网的发展格局，构建更安全、更可靠、更高效、更坚强的国家电网[2]。

国网公司已建成并投运了包括“晋东南—南阳—荆门1 000kV特高压交流试验示范工程”以及“向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程”在内的“三交四直”特高压工程。

目前公司在建的“四交四直”特高压工程、酒泉—湖南特高压直流工程以及后续的“五交八直”特高压工程对于落实国家大气污染防治行动计划，优化能源结构，发展远距离大容量输电技术，促进能源跨区域消纳利用[3]，缓解中东部地区大气污染防治压力具有重要战略意义[4]。

“十二五”期间开工建设的酒湖±800kV特高压直流工程起于甘肃酒泉地区，途经甘肃、陕西、重庆、湖北，落点湖南湘潭地区，线路长度约2 413km，额定电压为±800kV，额定功率为8 000MW[5]。特高压直流入湘在缓解用电紧张的局面同时，也使得湖南电网结构变成更为复杂的交直流混联系统[6]。要保障酒湖特高压接入后湖南电网安全、稳定运行，需要对电网控制策略、调峰策略、稳控方案以及直流偏磁等问题进行分析研究。

1酒湖特高压对湖南电网安全稳定特性影响及措施

位于国家电网供电区最南端之一的湖南电网，500kV电网已覆盖了除张家界和吉首之外的12个地区，省内电源多集中在西部和北部。

1.1酒湖特高压对鄂湘交流联络通道的影响及措施

湖南电网通过“葛洲坝—岗市一回”和“孱陵—复兴双回”三回500kV交流线路与湖北电网相连。如图1所示。湖南电网接受来自三峡水电站的电能，通常的潮流方向为鄂送湘。按照电网运行既定的稳定性要求，目前鄂湘三回500kV交流联络线总的控制功率为2 600MW。

图1　湖南电网与西北电网、湖北电网联络示意图

(1)影响分析

酒湖特高压直流工程投运后，其输送功率较大时，一旦发生直流闭锁故障，湖南电网的功率缺额将主要由鄂湘联络线承担，使得鄂湘交流联络线过载、潮流加重，甚至超过热稳极限控制功率。

(2)应对措施

1)若鄂湘交流联络线功率由鄂送湘(南送)，可采取预控使酒湖特高压直流和鄂湘交流联络线送湘的功率之和不超过4 000MW。当酒泉特高压直流系统发生双极闭锁故障时，保证鄂湘交流联络线稳定需切除湖南电网1 390MW负荷。

2)若鄂湘交流联络线功率由湘送鄂(北送)，可适量提高酒湖特高压直流送湘的功率，但不利于三峡水电站电能外送。

3)加强湖南电网与华中主网交流联络措施—加快建设荆门至长沙交流特高压工程，也是湖南电网更好地消纳酒湖特高压电能的举措。

1.2酒湖特高压对省内500 kV网络的影响及措施

酒湖直流受端湘潭换流站500kV规划出线7回，其中2回至鹤岭变，2回至云田变，2回至古亭变，1回至船山变。

酒湖直流投运后，大量电力一方面通过湘潭换—船山送往衡郴永地区消纳；另一方面通过湘潭换—鹤岭双回、湘潭换—云田双回以及湘潭换—古亭双回送往长株潭地区消纳。

(1)影响分析

酒湖直流送湘功率较大时，若换流站近区500kV交流线路发生N-1或N-2故障，将可能导致部分线路过载，过载线路集中在导线截面积较小的湘潭换—鹤岭双回以及星城—云田线路。

(2)应对措施

将原鹤岭—云田双回线改造成大截面导线，新建浏阳500kV变电站，增加云田—浏阳线路以及古亭—星城第二回线路，以满足特高压直流潮流疏散的需要。

1.3酒湖特高压对湖南电网电压稳定性的影响及措施

直流系统在换相过程中需要吸收无功功率。直流系统输送功率越大，吸收无功越多，母线电压下降也越大。因此酒湖直流送电后，湘南电网固有的电压稳定问题和特高压直流投运带来的电压稳定问题相互作用，使得湖南电网电压稳定问题趋于复杂化。

(1)影响分析

直流系统故障时，交流系统将产生暂态电压波动。如果交流系统不能支撑直流系统动态无功变化，交流系统将出现电压失稳。

此外，若鄂湘联络线和酒湖直流送湘功率之和较大，长株潭地区500kV艾家冲—鹤岭线路鹤岭侧三相短路故障仍然会导致湘南电压失稳，对怀吉电源送出产生不利影响。

(2)应对措施

湖南电网小负荷时期对鄂湘联络线和酒湖直流送湘功率之和进行管控，在丰水期和枯水期科学合理地安排水火电机组运行方式。

1.4交流系统故障对特高压直流的影响及措施

酒湖直流投运后，湖南电网成为交直流混联电网。交流系统故障可能引起直流系统发生换相失败。若直流系统发生换相失败之后能迅速恢复正常运行，则对电网运行影响不大；若直流系统发生连续换相失败，则可能导致直流保护动作闭锁直流，从而直接冲击交流系统暂态稳定性。

(1)影响分析

直流系统换相失败将造成交直流电气量发生剧烈波动，送端酒泉电网暂时失去部分直流负荷，频率和电压升高。受端湖南电网暂时失去直流电源，对受端交流电网造成冲击，频率电压降低。

(2)应对措施

减少逆变器换相风险及其影响可以采取交直流电网元件参数调整；改变直流系统运行方式；直流输电控制保护功能优化等措施。

2酒湖特高压安全稳定控制策略专题分析

湖南电网现有的500kV厂站全部配置了双套微机型综合稳控装置，所有的220kV变电站均配置了联切/远切负荷装置。

(1)影响分析

酒湖直流投运后的输送功率主要受制于两个方面：1)从华中电网层面考虑，酒湖直流闭锁后大量功率转移到1 000kV特高压交流长南线，可能导致长南线超暂稳极限与系统解列。2)从湖南电网层面考虑，酒湖直流闭锁后大量功率转移到500kV鄂湘交流联络线，可能导致鄂湘联络线超过其控制功率。

(2)应对措施

针对第1方面问题可以采取切华中电网负荷以及调制降低三峡直流送出功率的措施；针对第2方面问题只能采取直流闭锁切湖南电网负荷的措施。

根据国务院“599号令”规定，特高压直流发生双极闭锁可切湖南电网负荷总计约1 390MW，切负荷点分布在长株潭、常益张以及衡郴永地区，其中长沙地区切除负荷不超过该市负荷总量的5%，其他地区切除负荷不超过当地负荷总量的20%。根据“湘潭±800kV换流站工程受端安全稳定控制系统初步设计”，配置包含鹤岭、云田500kV变在内的湖南切负荷主站、切负荷区域主站、切负荷执行站、1个抽水蓄能切负荷执行站。

3酒湖特高压对湖南电网调峰能力的影响及措施

湖南电网年负荷曲线呈现夏季(7～8月)和冬季(12月)双高峰特征，而在春节期间的1月或2月出现全年最小负荷。截至2015年4月底，湖南电网最大负荷为230 100MW，2015年2月2日，湖南电网最大峰谷差达到创历史新高的120 200MW。

(1)影响分析

预计至2017年，湖南省内的并网风电规模由938MW(2015年4月)增加至2 500～2 800MW。风电具有反调峰特性，加大了湖南电网调峰难度。

在峰谷差不断加大的背景下，为保证高峰时负荷需求，同时从系统安全角度，需加大火电的开机，这将造成负荷低谷时的调峰困难，酒湖特高压直流的投运也将进一步加大湖南电网调峰难度。

(2)应对措施

特高压直流不能像常规电源频繁参与调峰，一方面需要结合湖南电网典型日负荷曲线，研究水—火—风—抽—联络线以及特高压直流参与的协调优化调峰控制策略，另一方面需要评估实施峰谷差电价对于减小峰谷差的影响。

4酒湖特高压对湖南电网变电设备直流偏磁的影响及措施

直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，即变压器绕组的励磁电流中出现直流分量。直流接地极流过较大电流是导致中性点接地变压器产生直流偏磁的主要原因。

(1)影响分析

1)直流偏磁会使变压器的机械性能、抗短路能力下降，在变压器遭受外部突发短路故障时，可能引发更大的电网事故。

2)直流电流流经交流电网可能导致电流互感器传变特性发生变化，对交流保护的动作产生影响，使得保护装置拒动或误动。此外直流偏磁可能造成变压器差流的二次谐波含量增大，变压器差动保护存在二次谐波误闭锁的风险。

3)变压器因直流偏磁造成振动、噪声加剧，会严重影响周围居民的正常工作和生活。

因此酒湖特高压工程投运后将面临酒湖特高压直流单极大地回线运行工况，需要开展直流偏磁治理工作。

(2)应对措施

目前国内直流偏磁治理方面有电容隔直和电阻限流2种方案。电容隔直装置隔离直流电流的效果彻底，对继电保护的影响较小，但电容隔直装置结构复杂。电阻限流装置结构简单，运行可靠，限流装置限流效果可能会受到电网网架变化的影响。

酒湖特高压直流偏磁治理思路应以电阻限流为主、电容隔直为辅，即在个别变电站电阻参数选取困难或不能满足限流要求时则采用电容隔直装置。并从设备入网、调试、运行多个环节进行监督，提高设备可靠性，确保设备安全稳定运行。

5结语

(1)湖南电网前期已开展了鹅城换流站控制保护系统建模以及年度检修工作，为后期提高酒湖特高压控制保护系统的安全稳定运行水平有一定的借鉴作用。酒湖特高压接入后对湖南电网控制策略、调峰策略、稳控方案以及直流偏磁等问题进行相应调控是湖南电网安全、稳定运行的必要条件。

(2)研究酒湖特高压直流送电与500kV鄂湘联络线送电的合理比例，以实现电网运行安全稳定、节能减排以及经济效益的最佳结合。

(3)建立远距离、大容量的电力输送通道实现“煤从空中走，电送全中国”是国家经济社会发展对能源电力增长的需求所决定的，湖南省正处于经济高速发展时期，对能源需求急速增长，能源缺口还很大[7]，电力的供需矛盾日益突出。酒泉特高压直流入湘将成为突破能源“瓶颈”的制胜法宝。

参考文献：

[1]不断进取—牵头开展国家电网公司“十二五”电网规划[R].国家电网公司,2009.

[2]张玉佳，艾欣，刘晓，等.特高压系统输电能力仿真研究[J].现代电力,2009,26(6):1-5.

ZHANGYu-jia,AIXin,LIUXiao,etal.SimulationofUHVpowersystemtransfercapability[J].ModernElectricPower,2009,26(6):1-5.

[3]代红才，李琼慧，汪晓露.新能源与智能电网协调发展评价指标体系研究[J].能源技术济, 2011, 23 (5):18-23.

DAIHong-cai,LIQiong-hui,WANGXiao-lu.Studyonassessmentindicatorssystemofcoordinateddevelopmentbetweennewenergyandsmartgrid[J]．EnergyofChina，2011，23(5)：18-23．

[4]于大海.智能电网：坚强先行[J].高科技与产业化,2012,5(192):48-51.

[5]甘肃省发展和改革委员会.甘肃省电力发展“十二五”规划[R].

[6]廖国栋，谢欣涛，侯益灵，等.±800kV酒泉特高压直流入湘对湖南电网暂态电压稳定性的影响[J].电网技术,2012,36(2):23-28.

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

[7]湖南省电网“十二五”主网架规划设计报告[R].长沙:国网湖南省电力公司,2010.

(本文编辑：严加)

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

作者简介：夏哲辉(1977)，男，硕士，从事电网运营管理类相关工作。

中图分类号：TM723；TK01+9

文献标志码：A

文章编号：2095-1256(2016)03-0291-04

收稿日期：2016-02-23