1 000 kV北岳与洪善变电站落地工程对山西电网潮流转移及送电能力影响研究

刘焕明

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西太原 030001）

0 引言

山西电网是典型的外送型电网，承担着向京津唐地区送电任务，目前通过九回500 kV线路与华北电网相连。2020年，华北电网蒙西—北岳—北京西、榆横—洪善—石家庄两个1 000 kV特高压交流工程分别在北岳站与洪善站落地山西500 kV电网，同时山西外送华北九回500 kV线路与山西主网断开，以点对网方式向华北电网送电。届时，山西电网网架结构发生巨大变化，形成以北岳、洪善两座特高压交流变电站为核心，通过北岳—北京西双回、洪善—石家庄双回特高压线路与华北电网相连的结构，如图1所示。

北岳、洪善特高压站落地工程包括：扩建北岳3号主变、洪善2号主变，容量均为3 000 MVA；神头开闭站—雁同双回线路π入北岳特高压变电站；洪善特高压变电站双回500 kV线路接入500 kV吕梁变电站，双回500 kV线路接入500 kV榆社开闭站。山西九回500 kV点对网外送华北通道为：大同二电厂、京隆电厂利用原大同—房山三回线向北京送电；朔南电厂及神二电厂3号、4号机组利用原神开—保北双回线路向河北送电，明泰电厂、西上庄电厂利用原阳泉—桂山双回线路向河北送电，左权电厂、王曲电厂利用原潞城—辛安双回线路向河北送电。

图1 2020年山西电网与华北电网连接示意图

北岳、洪善特高压站落地及外送华北九回500 kV线路断开后，山西电网厂站潮流分布、特高压通道送电能力都将发生巨大变化，有必要研究新的电网结构下的山西电网运行特性，掌握特高压落地后山西电网潮流转移及特高压通道送电能力特性变化情况，为特高压变电站落地后山西电网安全稳定运行提供依据和参考[1-2]。

1 研究工具和技术原则

1.1 计算程序

本项目采用中国电力科学研究院系统所PSD（power system department）电力系统软件工具《中国版BPA潮流程序 （6.2） 及暂态稳定程序（4.15.7RM）》进行分析。

1.2 数据说明

计算数据：中国电力科学研究院下发的2020年三华电网2～3 a年滚动研究计算数据。

发电机模型：主要发电机采用Ed''、Eq''变化详细模型，并考虑励磁和调速系统。

负荷模型：华北电网为马达+恒阻抗；华东电网为静态负荷。

1.3 故障模拟

1 000 kV线路发生三相永久短路故障，故障后0.09 s跳开线路近故障侧三相开关；0.1 s跳开线路另一侧三相开关。

1 000 kV主变高压侧发生三相永久短路故障，故障后0.09 s跳开主变高压侧三相开关；0.1 s跳开主变中/低压侧三相开关。

1.4 稳定判据

电力系统稳定判据分为功角稳定、电压稳定、频率稳定三个方面。计算分析时，若三者都能保持稳定，则认为系统稳定，若有一个不能稳定，则认为系统不稳定。具体判据如下[3-4]。

功角稳定：电网遭受每一次大扰动后，引起电力系统各机组之间功角相对增大，在经过第一、第二摇摆不失步。

电压稳定：在电力系统受到扰动后的暂态过程中，负荷母线电压能够在10s以内恢复到0.80倍基准值以上；在电力系统受到扰动后的中长期过程中，负荷母线电压能够保持或恢复到0.90倍基准值以上。

频率稳定：系统频率能迅速恢复到额定频率附近继续运行，不发生频率崩溃，也不使事件后的系统频率长期悬浮于某一过高或过低的数值。

2 特高压落地工程实施前后山西电网潮流转移情况分析

2.1 研究思路

a） 在北岳、洪善特高压变电站不落地方式下，调整山西电网机组出力，使得山西外送华北电网电力达到12 000 MW，长南线南送潮流达到5 800 MW，雁淮直流潮流达到8 000 MW，计算该方式下山西电网潮流。

b）基于以上开停机方式，实施特高压落地及外送华北九回线断开工程，计算特高压落地后山西电网潮流。

c）比较特高压落地前后外送华北九回线潮流变化量，得出特高压落地前后山西电网的不平衡量。

d） 分析由c） 得到的不平衡量在特高压主变、线路及山西电网重要断面潮流转移比。

2.2 潮流转移分析

2020年北岳、洪善特高压变电站不落地方式，山西电网全网停机比例29.4%，风电机组出力按30%考虑，在此方式下山西外送华北12 003 MW。基于此开停机方式，计算特高压落地后山西电网潮流。对比分析特高压落地前后山西电网的潮流转移情况，研究结果如下。

特高压不落地方式，山西外送华北电网潮流12 003 MW；特高压落地方式，山西电网通过点对网送电方式向华北电网送电8 763 MW；特高压落地后，山西电网出现电力盈余，电力盈余量为3 240 MW，如表1所示。

表1 外送九回线潮流变化情况MW

特高压落地后，北岳特高压主变上送电力增加3 040 MW，占不平衡量的94%；洪善特高压主变上送电力增加200 MW，占不平衡量的6%。北岳主变转移了绝大部分不平衡量，如表2所示。

表2 特高压主变潮流变化情况MW

特高压落地后，北岳—北京西线路电力增加2 234 MW，占不平衡量的69%；洪善—石家庄电力增加1 006 MW，占不平衡量的31%，如表3所示。

表3 特高压线路潮流变化情况MW

3 特高压落地工程实施前后山西外送华北特高压通道送电能力分析

根据《电力系统安全稳定导则》要求：在正常运行方式（含计划检修方式，下同）下，系统中任一元件（发电机、线路、变压器、母线）发生单一故障时，不应导致主系统非同步运行，不应发生频率崩溃和电压崩溃。故本文以任一元件发生三相永久性N-1故障系统不失稳作为判定条件，分析山西外送华北特高压通道送电能力[5]。

3.1 特高压落地工程实施前特高压通道送电能力分析

特高压不落地方式，考虑北岳、洪善、蒙西、榆横分散开机方式，受洪善—石家庄N-1动稳约束，山西外送华北特高压通道送电能力为10 027 MW，具体如表4、图2所示。

表4 特高压落地工程实施前山西外送华北特高压通道送电能力计算表 MW

表5 特高压落地工程实施后山西外送华北特高压通道送电能力计算表 MW

3.2 特高压落地工程实施后特高压通道送电能力分析

特高压落地方式，考虑北岳、洪善、蒙西、榆横分散开机方式，受北岳—北京西N-1动稳约束，山西外送华北特高压通道送电能力为14 932MW，提高了4 905MW，具体如表5、图3所示。

图2 洪善—石家庄N-1故障下机组功角曲线图—特高压外送10 027 MW方式

图3 北岳—北京西N-1故障下机组功角曲线图—特高压外送14 932 MW方式

4 结论与建议

a） 特高压不落地方式，山西外送华北12 103 MW；在此方式下，特高压落地，外送华北九回线断开，山西通过九回线路外送华北潮流由12 103 MW下降至8 863 MW，省内盈余的3 240 MW电力通过特高压主变送至华北电网，其中北岳主变转移94%，洪善主变转移6%。北岳主变转移了绝大部分不平衡量，极大地缓解了北部电网北电南送通道送电压力。

b）考虑北岳、洪善、蒙西、榆横分散开机方式，特高压不落地方式，受洪善—石家庄N-1动稳约束，山西外送华北特高压通道送电能力为10 027 MW；特高压落地方式，受北岳—北京西N-1动稳约束，山西外送华北特高压通道送电能力为14 932 MW，提高了4 905 MW。特高压落地后，山西电网通过特高压通道向华北电网送电能力大幅提高。

c）特高压落地后，山西电网形成以北岳、洪善两座特高压交流变电站为核心向华北电网供电的格局，网架结构变化巨大，迫切需要开展进一步的深入研究。建议相关部门提前开展特高压落地专题研究，制定相应的电网运行方案及安控策略。

[1] 刘振亚．特高压电网 [M]．北京：中国经济出版社，2005：27-35.

[2] 张文亮，印永华.华北—华中—华东特高压同步电网构建和安全性分析 [J].中国电机工程学报，2016，30(16):1-5.

[3] 舒印彪，张文亮，周孝信，等．特高压同步电网安全性评估[J]．中国电机工程学报，2007，27(34)：3-8．

[4] 张晋华，蒋卫平，印永华．特高压规划电网安全稳定性研究[J]．中国电机工程学报，2008，28(22)：64-68．

[5] 卢锦玲，蔡红艳，周明．交直流混合系统可用输电能力评估[J] ．电网技术，2011，35(4)：29-34．