黨杰，徐友平，奚江惠，潘曉杰，趙紅生

(1． 國網(wǎng)華中電力調(diào)控分中心，湖北 武漢430077;2． 國網(wǎng)湖北省電力公司，湖北 武漢430077)

1 華中電網(wǎng)現(xiàn)狀

2008年，1 000 kV 東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程落點華中，為華中、華北電網(wǎng)實現(xiàn)水火互濟提供了新的輸送通道;2010年，±800 kV復(fù)奉直流工程投產(chǎn)，為“綠色電力”由華中送往華東提供了條件，進一步增強了資源優(yōu)化配置的能力;2011年，特高壓擴建工程投產(chǎn)，形成世界首個1 000 kV/500 kV 電磁環(huán)網(wǎng)，特高壓聯(lián)絡(luò)線輸送能力達5 000 MW;2012年，世界裝機容量最大的水力發(fā)電站三峽水電站32 臺機組全部投產(chǎn)。大型清潔能源生產(chǎn)基地的建成和特高壓交直流工程的投產(chǎn)使得華中電網(wǎng)的交直流混聯(lián)格局、一體化特征更加明顯，資源配置能力進一步增強，凸顯了華中電網(wǎng)電力樞紐和資源優(yōu)化平臺的作用。

1.1 華中電網(wǎng)用電負荷

2010年，華中電網(wǎng)最大用電負荷112 000 MW，2013年豐水期，華中電網(wǎng)最大用電負荷149 000 MW?！笆濉鼻?年，華中電網(wǎng)最大用電負荷年平均增長率保持在10%左右。

1.2 跨區(qū)通道發(fā)展現(xiàn)狀

截止2013年底，華中電網(wǎng)是跨區(qū)交換通道數(shù)量最多、跨區(qū)交換能力最強的區(qū)域電網(wǎng)?？鐓^(qū)通道達到10 回，呈現(xiàn)“九直一交、三特七高”的格局，跨區(qū)交換能力為35 870 MW。其中，通過1 回1 000 kV 特高壓交流線路(長南Ⅰ線)與華北電網(wǎng)相聯(lián)，通過4 回±500 kV 直流線路(葛南、龍政、宜華、林楓直流)及2 回±800 kV 直流線路(復(fù)奉、錦蘇直流)與華東電網(wǎng)相聯(lián)，通過1 回±500 kV 直流線路(德寶直流)及1 回背靠背直流(靈寶直流)與西北電網(wǎng)相聯(lián)，通過1 回±500 kV 直流線路(江城直流)與南方電網(wǎng)相聯(lián)。

1.3 區(qū)內(nèi)500 kV 電網(wǎng)及省間聯(lián)絡(luò)線現(xiàn)狀

“十一五”末，華中500 kV 電網(wǎng)已形成“一個中部環(huán)網(wǎng)、2 個輸電通道、6 個負荷中心環(huán)網(wǎng)”的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。一個中部框架指位于華中腹地的湖北電網(wǎng)荊門—武漢—咸寧—荊州—荊門500 kV 雙回路大框架，該框架處于華中電網(wǎng)的核心位置，是華中電網(wǎng)西電東送、南北互供的“大平臺”。2 回輸電通道西起四川二灘，橫穿四川、重慶、湖北直至江西上饒的西電東送500 kV 大通道;北起河南安陽，縱貫河南、湖北至湖南永州的南北水火互濟500 kV 大通道。6 個負荷中心環(huán)網(wǎng)指圍繞華中6 省(市)負荷中心而形成鄂東環(huán)網(wǎng)、豫中環(huán)網(wǎng)、湘中環(huán)網(wǎng)、贛中環(huán)網(wǎng)、大成都環(huán)網(wǎng)、重慶環(huán)網(wǎng)，上述6個環(huán)網(wǎng)是華中電網(wǎng)安全可靠接受和消納電力的“集散地”〔1〕。

截止2013年底，華中電網(wǎng)各省(市)電網(wǎng)間均通過3 回及以上500 kV 聯(lián)絡(luò)，其中鄂豫斷面由1 000 kV 南荊Ⅰ線、500 kV 樊白Ⅰ，Ⅱ回線、孝浉Ⅰ，Ⅱ回線構(gòu)成，鄂湘斷面由500 kV 葛崗線、江復(fù)Ⅰ，Ⅱ回線構(gòu)成，鄂贛斷面由500 kV 磁永線、咸夢Ⅰ，Ⅱ回線構(gòu)成，川渝斷面由500 kV 洪板Ⅰ，Ⅱ線、黃萬Ⅰ，Ⅱ線構(gòu)成，渝鄂斷面由500 kV 盤龍Ⅰ，Ⅱ線、張恩Ⅰ，Ⅱ回線構(gòu)成。

2 華中電網(wǎng)主網(wǎng)架發(fā)展趨勢

2013年華中電網(wǎng)已投運輸送容量為8 000 MW的±800 kV 天中直流。根據(jù)國家電網(wǎng)公司“十二五”發(fā)展規(guī)劃，華中電網(wǎng)還將建成輸送容量8 000 MW 的±800 kV 溪浙等直流工程。隨著多回特高壓大容量直流工程的陸續(xù)投產(chǎn)，華中電網(wǎng)將逐漸由“以送為主”型電網(wǎng)向“送受并重”型電網(wǎng)過渡，進而發(fā)展為“以受為主”型電網(wǎng)。

3 華中電網(wǎng)主要特點

1)電網(wǎng)安全風(fēng)險及運行控制難度加大。在交流系統(tǒng)方面，隨著跨區(qū)通道輸電能力的提高，低頻及電壓安全風(fēng)險加大，運行控制更趨復(fù)雜，需考慮直流閉鎖、機組跳閘、500 kV 多重故障對特高壓交流線路影響。在直流方面，由于多送端直流送出點密集，直流與直流之間存在相互影響，加之交直流通道耦合關(guān)系較強，跨區(qū)直流送、受并重，電網(wǎng)運行方式變化大，運行控制措施更加復(fù)雜。

2)水電比重大，電網(wǎng)穩(wěn)定特性與來水情況密切相關(guān)。華中電網(wǎng)水力資源豐富，例如，四川省內(nèi)主要有雅礱江、大渡河、金沙江、岷江、嘉陵江等流域，湖北省內(nèi)主要有清江、漢江等流域，湖南省內(nèi)主要有湘江、資江、沅水、澧水等流域。依托各流域建成的水電站地理分布廣，水情變化復(fù)雜。水電裝機占全網(wǎng)總裝機41.74%，居區(qū)域電網(wǎng)之首。隨著四川大型水電機組的投產(chǎn)，網(wǎng)內(nèi)將形成三峽、向家壩—溪洛渡、官地—錦屏3 個裝機容量超過10 000 MW 的大型水電基地。華中6 省(市)中四川、湖北、湖南水電比重較大，其中，四川水電裝機占全省總裝機容量的70%。

運行中，電網(wǎng)豐枯轉(zhuǎn)換特征鮮明，網(wǎng)內(nèi)重要斷面潮流變化頻繁，豐、平、枯水期電網(wǎng)穩(wěn)定特性各不相同。例如豐水期，經(jīng)川渝斷面、渝鄂斷面東送的四川水電、彭水電廠出力，和接入西電東送通道上的恩施小水電、水布埡水電廠出力都匯集到三峽近區(qū)，依托三峽外送系統(tǒng)送出，三峽近區(qū)輸電通道輸送潮流較重。

3)同桿并架線路成為約束斷面交換能力的瓶頸。為充分利用走廊資源，500 kV 雙回線多為同桿并架線路。截止2013年底，華中6 省(市)電網(wǎng)500 kV 同桿并架線路條數(shù)占比超過50%，電網(wǎng)同桿并架線路長度占比約40%。按照文獻〔1〕的要求，電力系統(tǒng)承受大擾動能力的安全穩(wěn)定標準，同桿并架雙回線異名相故障按照第二級安全穩(wěn)定標準進行運行控制，允許采取切機和切負荷等安全穩(wěn)定措施。但部分地區(qū)穩(wěn)控措施難以實施，制約了部分重要輸電通道的交換能力。

4)對穩(wěn)控裝置依賴程度進一步增大。由于跨區(qū)大容量輸電通道和大型電源不斷增多，局部地區(qū)供電與電力外送對穩(wěn)控裝置依賴程度高，電網(wǎng)穩(wěn)控裝置數(shù)量持續(xù)增長，其中，湖南、江西電網(wǎng)穩(wěn)控裝置500 kV 廠站覆蓋率較大，分別達到73%，81%〔2〕。并且，電網(wǎng)穩(wěn)控系統(tǒng)日趨復(fù)雜，系統(tǒng)之間相互交織(含跨區(qū))，已逐漸脫離穩(wěn)控裝置配置應(yīng)簡單、可靠的原則，出現(xiàn)“一站多切、點多面廣”的局面，運行風(fēng)險日益增大。電網(wǎng)運行面臨著“保安全、保供電”的雙重壓力，穩(wěn)控裝置的運行風(fēng)險也隨之加大。

4 運行控制中面臨的挑戰(zhàn)及建議

1)電網(wǎng)嚴重故障時有發(fā)生。受地質(zhì)災(zāi)害、惡劣天氣等影響，一些較嚴重的電網(wǎng)故障時有發(fā)生，給電網(wǎng)運行控制來了較大的挑戰(zhàn)。如2012年8月8日，受臺風(fēng)影響，華東電網(wǎng)1 回500 kV 線路發(fā)生單相永久故障，華中送華東的4 回直流發(fā)生2 次同時換相失敗〔3－4〕。故障造成特高壓長南線功率波動幅度達1 240 MW，特高壓南陽站1 000 kV 母線電壓下降約30 kV，三峽電廠總送出有功功率瞬降約5 028 MW。故障的發(fā)生打破了傳統(tǒng)意義上直流系統(tǒng)可以隔離交流故障的認識，需要重新認知并探索大電網(wǎng)背景下交直流互聯(lián)系統(tǒng)的特性。另外，由于同桿并架及緊湊型線路的廣泛應(yīng)用，使得電網(wǎng)發(fā)生N－2 故障概率呈逐年上升趨勢，據(jù)統(tǒng)計，2006—2011年國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)500 kV 電網(wǎng)發(fā)生同桿及同通道N－2 及以上故障29 次，由此給電網(wǎng)帶來的運行風(fēng)險值得引起關(guān)注〔5－9〕。需要及時制定電網(wǎng)N－2 分析控制適用原則，對重要斷面的線路按照N－2 后保持系統(tǒng)穩(wěn)定的原則確定輸送能力;同時，應(yīng)結(jié)合地理、氣候環(huán)境特點，尤其對于災(zāi)害易發(fā)、多發(fā)地區(qū)，組織設(shè)計單位對電網(wǎng)已有設(shè)施進行全面評估和補強，對新建工程進行差異化設(shè)計，局部地區(qū)適當(dāng)提高設(shè)計標準。

2)變頻技術(shù)應(yīng)用給電網(wǎng)帶來新問題。當(dāng)前，火電廠輔機系統(tǒng)大量使用變頻調(diào)速裝置，2011年，某電網(wǎng)1 回500 kV 線路故障跳閘，事故造成系統(tǒng)電壓瞬時跌落，造成90 km 外某電廠機組給煤機變頻器低電壓閉鎖，導(dǎo)致發(fā)電機組跳閘。另外，隨著人們生活水平的不斷提高，變頻空調(diào)等負荷得到廣泛應(yīng)用。變頻空調(diào)的大量使用使電網(wǎng)負荷特性發(fā)生一定變化。針對電廠變頻技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要對火電機組進行全面核查和整改，解決可能存在的高電壓、低電壓穿越能力的問題。針對變頻空調(diào)的廣泛應(yīng)用，需要對電網(wǎng)負荷進行較全面的調(diào)查和統(tǒng)計，重新調(diào)整或制定能真實反映當(dāng)前電網(wǎng)負荷特性的模型。

3)大型水電站群出力變化大給電網(wǎng)運行帶來挑戰(zhàn)。在豐水期小負荷時段，華中電網(wǎng)用電負荷與一些大型水電站的出力呈逆向變化，系統(tǒng)運行風(fēng)險和電力電量平衡難度進一步增大。針對此問題，需要深入研究水火互補、水火調(diào)劑的聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度技術(shù)，結(jié)合華中區(qū)域現(xiàn)有的抽蓄、燃氣機組，深入研究水電、抽蓄、燃機、普通火電的調(diào)峰優(yōu)化組合，制定多元互補調(diào)峰優(yōu)化組合原則;研究制定水火電補償機制。在水電大發(fā)時段，建立靈活的水電實時交易或分配機制，以及火電機組強制輪停以消納水電、事后水電給火電以補償?shù)乃娙~消納機制和規(guī)則，保證水能的充分利用。

4)短路電流持續(xù)增長成為電網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。隨著網(wǎng)架不斷增強，華中電網(wǎng)短路電流超標的500 kV 廠站數(shù)不斷增加。為解決短路電流超標問題，已采取或擬采取拉停線路、加裝串抗、出串等措施降低短路電流，上述措施不同程度地降低了運行方式的靈活性，增大了電網(wǎng)安全運行風(fēng)險，且根據(jù)華中電網(wǎng)2—3年滾動計算結(jié)論，按照2015年規(guī)劃網(wǎng)架，三峽近區(qū)即使采取加裝串抗的措施也依然面臨再度超標的問題。針對此問題，需要在電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計階段，對短路電流問題進行充分考慮和論證;同步開展研制大容量遮斷電流的開關(guān)，從根本上解決短路電流超標的問題。

5)現(xiàn)有穩(wěn)控系統(tǒng)管理模式不適應(yīng)未來電網(wǎng)發(fā)展。隨著直流工程的不斷投產(chǎn)，配套穩(wěn)控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，交直流穩(wěn)控系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度、復(fù)雜度越來越高，多個穩(wěn)控系統(tǒng)可能同時依賴于某一對象的動作效果，電網(wǎng)一旦發(fā)生相繼故障，可能會出現(xiàn)穩(wěn)控策略不能適應(yīng)電網(wǎng)運行方式的變化。另外，在穩(wěn)控系統(tǒng)相互交織、穩(wěn)控布點面廣量大的背景下，一旦受入型大容量直流發(fā)生閉鎖，無論穩(wěn)控裝置是否動作，都會帶來電壓、頻率大幅波動、潮流大范圍轉(zhuǎn)移的次生影響，加之網(wǎng)內(nèi)重要斷面潮流大小、方向多變、開機方式多變，穩(wěn)控策略的適應(yīng)性較差。因此，如何優(yōu)化設(shè)計穩(wěn)控系統(tǒng)及改進現(xiàn)有穩(wěn)控系統(tǒng)管理模式以適應(yīng)未來電網(wǎng)的需要是亟待解決的問題?，F(xiàn)階段，盡量減少穩(wěn)控裝置的配置，避免“一次不足，二次補”，降低穩(wěn)控裝置依賴程度，并推進穩(wěn)控裝置標準化建設(shè)，建立和實施統(tǒng)一的配置原則、設(shè)計標準、檢驗標準等，進一步提高穩(wěn)控裝置標準化水平。

6)現(xiàn)有計算分析模式不能適應(yīng)電網(wǎng)的快速發(fā)展。目前，電網(wǎng)計算分析工作多采用單人單機離線方式，計算效率較低，采用加班加點的工作方式將難以勝任電網(wǎng)安全運行控制要求;同時，由于電網(wǎng)聯(lián)系緊密程度不斷增加，省內(nèi)輸變電設(shè)備故障有可能造成省外電網(wǎng)事故，成為區(qū)域性問題甚至是大電網(wǎng)問題，因此，以分省計算為主的離線、分散計算模式以及現(xiàn)有的常規(guī)計算工具不能適應(yīng)電網(wǎng)的快速發(fā)展，亟待開發(fā)先進技術(shù)，發(fā)展新型計算模式及先進計算工具，解決計算量大及智能化計算的問題，以適應(yīng)未來“三華”同步電網(wǎng)或更大規(guī)模電網(wǎng)的計算需求。

5 結(jié)語

隨著特高壓交直流工程的投產(chǎn)及通道輸送能力的進一步加大，華中電網(wǎng)“大電網(wǎng)、大水電、大火電、大容量交直流混聯(lián)、多跨區(qū)通道”的特點更加顯著，運行方式更加多變，電網(wǎng)運行特性、控制策略更加復(fù)雜，運行控制要求更高，加之地理位置特殊、自然災(zāi)害頻發(fā)，給電網(wǎng)運行帶來巨大挑戰(zhàn)。及時總結(jié)電網(wǎng)運行中存在的困難及挑戰(zhàn)，剖析原因、提前防范，提出解決問題的思路或應(yīng)對措施，對保證大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及電力可靠供應(yīng)具有參考意義。

〔1〕DL 755—2001 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則〔S〕． 北京:中國電力出版社，2001．

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