渝鄂背靠背补强工程投运后湖北电网适应性研究

刘海光，王文娜，蔡德福，董 航，周 楚

（国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077）

渝鄂背靠背补强工程投运后湖北电网适应性研究

刘海光，王文娜，蔡德福，董 航，周 楚

（国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077）

为解决鄂西500 kV电网潮流疏散及暂态稳定问题，分析了渝鄂背靠背补强工程对湖北电网短路电流、暂态稳定特性、潮流疏散特性、500 kV/220 kV电磁环网潮流穿越特性的影响，在此基础上提出了相应的稳定运行控制措施，可为渝鄂背靠背及其补强工程投产后湖北电网安全稳定运行提供参考。

渝鄂背靠背补强工程；短路电流；潮流特性；暂态稳定

0 引言

近年来，随着电力电子技术及相关控制技术的迅猛发展，采用电压源型换流器（VSC）技术的直流输电成为现实，即柔性直流输电[1-3]。柔性直流输电技术以其功率快速可调、可靠性高等优点已逐渐开始应用于异步电网互联[4-5]。

渝鄂背靠背柔性直流联网工程预计将于2018年建成投产，该工程是国内第一个采用500 kV柔性直流联网的工程，总输送功率为5 000 MW，是目前世界范围内电压等级最高、输送容量最大的柔性直流输电工程。目前重庆电网与湖北电网通过4回500 kV交流线（500 kV九盘至龙泉Ⅰ/Ⅱ回线，500 kV张家坝至恩施Ⅰ/Ⅱ回线）联络，夏季丰水期一般为重庆往湖北输送约2 800 MW电力。渝鄂背靠背建成投产后，湖北电网将受进5 000 MW电力，三峡近区及湖北省内西电东送通道疏散潮流加重；此外湖北电网与川渝电网由同步联络变为异步互联，湖北电网暂态稳定特性变差，且在检修方式下存在恩施或龙泉孤岛风险[6]。为解决渝鄂背靠背工程带来的鄂西500 kV电网潮流疏散及暂态稳定问题，湖北500 kV电网相关补强工程也将同步投产。本文将结合渝鄂背靠背补强工程，开展湖北电网短路电流、暂态稳定特性、潮流疏散特性、电磁环网潮流穿越特性分析，在此基础上提出确保湖北电网安全稳定运行的相关措施。

1 渝鄂背靠背补强工程基本情况

渝鄂背靠背建成投产后，为解决检修方式下恩施电网孤岛风险，新建恩施东变电站并π入恩渔Ⅰ回；为解决渝鄂背靠背南通道潮流疏散问题及渔峡、兴隆近区线路N-1故障后的暂态稳定问题，新建500 kV恩施东至朝阳线路（以下简称“东朝线”）；为解决渝鄂背靠背投产导致的湖北省内西电东送通道潮流疏散问题，新建500 kV孝感至编钟线路（以下简称“钟孝线”）及500 kV仙桃至江夏线路（以下简称“仙夏线”），同时将500 kV斗孝线改接至仙女山，形成斗山Ⅱ回。渝鄂背靠背工程投产后湖北500 kV电网补强工程如图1所示。

图1 渝鄂背靠背补强工程示意图Fig.1 Schematic diagram of the reinforcing project of Chongqing-Hubei back-to-back VSC-HVDC

上述补强工程加强了湖北省内500 kV东西部电网之间的电气联系，提高了系统暂态稳定水平，但将导致系统短路电流水平增加，局部电网潮流越限及电磁环网运行风险。

2 短路电流分析

湖北电网500 kV母线短路电流控制难度较大的站点主要有三峡近区的江陵、团林、荆门、斗笠以及鄂东地区的孝感、凤凰山、玉贤。渝鄂背靠背补强工程投产后进一步拉近了三峡近区电网与鄂东环网的电气距离，相关站点500 kV母线短路电流水平均有不同程度提升，对比是否有补强工程情况下湖北电网500 kV母线短路电流见表1。

表1 补强工程对湖北部分站点短路电流影响（单位：kA）Tab.1 Influence of the reinforcing project onshort-circuit current of Hubei Power Grid（Unit：kA）

补强工程投产后，鄂西地区500 kV短路电流较大的站点均未直接新增线路，短路电流增长均控制在1 kA以内，其中江陵短路电流增加0.74 kA并已接近63 kA的断路器遮断容量极限。鄂东地区500 kV站点之间电气距离较近，补强工程对鄂东部分站点影响较大，其中孝感增加4.72 kA，短路电流裕度已不大；玉贤及凤凰山分别增加2.77 kA和1.97 kA，同时这两个500 kV变电站目前仍采用遮断容量50 kA的断路器，短路电流越限严重，需要尽快更换遮断容量63 kA的断路器。

3 潮流疏散特性分析

3.1 湖北省内西电东送断面

渝鄂背靠背工程投产后，丰水期川渝电网向湖北电网输送功率较四回交流线路进一步增加，无补强工程时丰小方式下湖北省内西电东送断面潮流越限严重：斗山Ⅰ/Ⅱ回断面输送潮流2 990 MW，兴咸Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回输送潮流5 160 MW，均无法满足电网N-1静态安全稳定校核要求。

补强工程投产后，丰小方式下斗山Ⅰ/Ⅱ回断面输送潮流降至2 360 MW，兴咸Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回输送潮流降至3 320 MW，均未超过控制限额，湖北省内西电东送通道断面功率限额由6 300 MW提升至9 000 MW。

3.2 恩施电磁环网

现状电网下，恩施地区220 kV网络仅通过500 kV恩施变与湖北500 kV主网相连，500 kV恩渔Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回发生N-1或N-2故障后不存在220 kV潮流转移通道。新建恩施东变电站后，其接入系统为：π入500 kV恩渔Ⅰ回，形成500 kV恩东线及东渔线；π入220 kV桑旗线及桑坝线，形成220 kV东桑Ⅰ/Ⅱ回、东旗线及东坝线，如图2所示。恩施与恩施东将形成500 kV/220 kV电磁环网，500 kV恩东线或恩渔Ⅱ回故障后，其潮流将转移至恩施220 kV网络。

图2 恩施-恩施东电磁环网示意图Fig.2 Schematic diagram of electromagnetic looped network from Enshi to Enshi East

渝鄂背靠背南通道功率为川渝满送湖北2 500 MW，恩施地区小水电通过500 kV主变上网1 000 MW方式下，500 kV恩东线故障后潮流的21.9%转移至220 kV东坝线，潮流的29.7%转移至恩施东主变上网，导致东坝线、恩施东主变过载。若要保证220 kV网络不过载，需要控制渝鄂背靠背南通道功率不超过1 400 MW。恩东线故障前后潮流转移情况见表2。

表2 恩东线故障后电磁环网潮流转移情况Tab.2 Power flow transfer of electromagnetic looped network after the fault

由于现状电网下恩渔Ⅰ/Ⅱ回为同杆线路，恩施东变电站投产后，500 kV恩东线及恩渔Ⅱ回也存在N-2故障的可能。发生N-2故障后，东旗线、东坝线、恩施东主变均过载，其中东坝线潮流达到720 MW，恩施东主变上网1 002 MW，均过载1.5倍以上。考虑发生N-2故障时保证220 kV网络不过载，需要控制渝鄂背靠背南通道功率不超过700 MW。恩东线及恩渔Ⅱ回同时故障前后潮流转移情况见表3。

表3 恩东线及恩渔Ⅱ回同时故障后电磁环网潮流转移情况Tab.3 Power flow transfer of electromagnetic looped network after the N-2 fault

为解决恩施～恩施东电磁环网过载风险，同时保证渝鄂背靠背输送功率不受限，可考虑新建恩东Ⅱ回线。

3.3 葛大江近区潮流疏散

补强工程中新建东朝线后，丰大方式下渝鄂背靠背南通道送湖北潮流及恩施上网潮流均通过东朝线向葛大江近区输送功率约800～1 200 MW，将会给葛大江电厂潮流疏散带来问题。现状电网，葛双Ⅰ/Ⅱ回与葛军线组成的断面控制限额为2 600 MW，仅能满足葛大江、隔河岩电厂的送出需求，宜昌水电通过朝阳变上网时，通道输电能力已难以满足需求。增加东朝线后，葛大江近区将汇聚电力共计3 500 MW，潮流疏散压力增大。

补强工程投产前后出现葛双Ⅰ/Ⅱ回N-2故障前后潮流见表4和表5。故障前东朝线加重了葛洲坝近区潮流，东朝线潮流的48%、19%、31%分别由葛双Ⅰ/Ⅱ回、葛军线、朝阳主变疏散；故障后东朝线可作为潮流转移通道，葛双Ⅰ/Ⅱ回故障后潮流向葛军线的转移比由46%（无东朝线）降低至32%（有东朝线），葛双Ⅰ/Ⅱ回及葛军线功率限额由2 600 MW（无东朝线）提升至3 000 MW（有东朝线）。

综合考虑上述两种效应对葛大江潮流疏散通道的影响，可得如下结论：正常方式下东朝线潮流超过600 MW时，葛双Ⅰ/Ⅱ回N-2故障后潮流加重效应强于限额提升效应，东朝线导致葛大江近区潮流疏散难度增加；正常方式下东朝线潮流低于600 MW时，葛双Ⅰ/Ⅱ回N-2故障后限额提升效应强于潮流加重效应，东朝线降低了葛大江近区潮流疏散难度。为解决葛大江外送通道潮流越限风险，建议开展葛军线增容改造。

表4 补强工程投产前葛双Ⅰ/Ⅱ回N-2潮流转移特性Tab.4 N-2 power flow transfer characteristics of Ge-ShuangⅠ/Ⅱ before the reinforcing project

表5 补强工程投产后葛双Ⅰ/Ⅱ回N-2潮流转移特性Tab.5 N-2 power flow transfer characteristics of Ge-ShuangⅠ/Ⅱ after the reinforcing project

4 暂态稳定特性分析

渝鄂柔性直流背靠背联网工程投运后，湖北500 kV电网暂态稳定水平显著降低，其中南通道满送情况下，其近区500 kV渔兴Ⅰ回、渔宜线，宜兴Ⅰ回等线路发生三永故障后，三峡右岸电厂、水布垭电厂和江坪河电厂均出现功角失稳，恩施地区500 kV系统电压波动较大。为保证上述故障下不出现暂态稳定问题，渝鄂背靠背南通道输送功率需控制在1 000 MW以内。补强工程投产前，渝鄂背靠背南通道近区重要500 kV故障校核结果见表6。

表6 补强工程投产前南通道近区N-1故障暂态稳定校核结果Tab.6 Transient stability of the N-1 fault neighbouring the south channel before the reinforcing project

相关补强工程投产后，南通道暂稳得到明显改善。补强工程投产后，渝鄂背靠背南通道满送2 500 MW时，仅渔兴Ⅰ回故障后三峡右岸电厂、水布垭电厂和江坪河电厂出现功角失稳，南通道功率降低至2 300 MW以内时暂稳问题消失。补强工程投产后，渝鄂背靠背南通道近区重要500 kV故障校核结果见表7。

表7 补强工程投产后南通道近区N-1故障暂态稳定校核结果Tab.7 Transient stability of the N-1 fault neighbouring the south channel after the reinforcing project

补强工程投产前后某方式下渔兴Ⅰ回三永故障后三峡右岸电厂功角曲线见图3，可见补强工程投产后三峡右岸电厂在系统单一元件故障后功角摆动幅度减小，系统暂态稳定特性提升。

图3 补强工程投产前后渔兴Ⅰ回故障功角曲线Fig.3 Generator power curve of the fault of Yu-XingⅠline before and after the project is put into operation

5 结论

(1)补强工程投产导致湖北电网500 kV短路电流有所提升，其中江陵站短路电流已接近其断路器最大开断能力63 kA；鄂东地区玉贤、凤凰山短路电流已超过其断路器最大开断能力50 kA，建议尽快更换遮断容量63 kA的断路器。

(2)补强工程投产后解决了渝鄂背靠背投产导致的湖北省内西电东送通道潮流疏散问题，西电东送通道输送能力由6 300 MW提升至9 000 MW；恩施～恩施东电磁环网故障后恩施电网存在元件过载风险，建议控制渝鄂背靠背南通道输送功率或新建恩东Ⅱ回线；东朝线投运造成葛大江近区潮流疏散难度增加，建议开展葛军线增容改造。

(3)补强工程提高了渝鄂背靠背南通道暂态稳定水平，受制于暂态稳定的渝鄂背靠背南通道限额由1 000 MW提升至2 300 MW。

（References）

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Research on the Adaptability of Hubei Power Grid after the Reinforcing Project of Chongqing-Hubei Back-to-back VSC-HVDC Goes into Operation

LIU Haiguang，WANG Wenna，CAI Defu，DONG Hang，ZHOU Chu
（State Grid Hubei Electric Power Research Institute,Wuhan Hubei 430077,China）

In order to solve the problem of power flow evacuation and transient stability of 500 kV power grid in Western Hubei Province,the impacts of the reinforcement project of Chongqing-Hubei back-to-back VSC-HVDC is analyzed in the aspects of short-circuit current,power flow evacuation and transient stability characteristics,on the basis of which the corresponding control strategies are proposed.This work can provide certain reference value for the security and stability of Hubei Power Grid after commission of Chongqing-Hubei back-to-back VSC-HVDC and its reinforcement projects.

Chongqing-Hubei back-to-back VSC-HVDC reinforcement projects;short-circuit current;power flow characteristics;transient stability

TM74

B

1006-3986(2017)03-0006-04

10.19308/j.hep.2017.03.002

2017-02-18

刘海光（1989），男，河北衡水人，硕士，工程师。

国网公司科技项目（52153217000）