司瑞華　王世謙　程昱明

摘 要：本文闡述特高壓直流接入受端電網(wǎng)的4種方式，即單層接入、分層接入、多端接入和分極接入，并針對4種方式的原理、適用范圍、優(yōu)缺點進(jìn)行比較分析，可為省級電網(wǎng)規(guī)劃中選擇合適的特高壓直流的接入方式提供參考。

關(guān)鍵詞：特高壓直流；接入方式；電網(wǎng)規(guī)劃

中圖分類號：TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2017）06-00673-03

Different Modes and Comparison of UHVDC Connects

to Receiving Power Grid

Si Ruihua Wang Shiqian Cheng Yuming

（State Grid Henan Electric Power Company Economic Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper described four modes of UHVDC connects to the receiving grid： single-layer connection mode， hierarchical connection mode， multi-access connection mode and separating pole connection mode， gave comparative analysis the principles， application scope， advantages and disadvantages of the four connection modes， which can provide a reference for UHVDC connection mode in the provincial power network planning.

Keywords： UHVDC；connection mode；power network planning

特高壓直流（UHVDC）作為高效、經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模遠(yuǎn)距離送電技術(shù)手段，得到了廣泛應(yīng)用，我國已成為世界上直流輸電技術(shù)應(yīng)用最廣泛的國家，尤其是華東、華北和華中電網(wǎng)，未來將逐步形成多個特高壓直流饋入的交直流混聯(lián)電網(wǎng)。特高壓直流的大量投運同時給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，會在一定程度上加重局部潮流，提升系統(tǒng)短路電流水平，并且一旦發(fā)生直流雙極閉鎖故障，將對受端交流電網(wǎng)造成很大沖擊，引起電網(wǎng)振蕩，甚至發(fā)生大面積停電事故。為減小特高壓直流接入受端電網(wǎng)帶來的不利影響，選擇合適的接入方式尤為重要，是電網(wǎng)規(guī)劃中需要考慮的重要問題。

1 特高壓直流接入電網(wǎng)方式

1.1 單層接入方式

特高壓直流換流站的交流側(cè)直接接入受端交流系統(tǒng)的500kV或1 000kV電網(wǎng)。單層接入方式的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 分層接入方式

特高壓直流輸電系統(tǒng)仍采用普通特高壓直流的雙閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其受端較特高壓單層接入方式有很大不同，屬于直流系統(tǒng)同一極（正極或負(fù)極）的高、低端兩個閥組分別接入500kV和1 000kV交流電網(wǎng)，500kV和1 000kV交流母線分別接收直流總功率的二分之一。分層接入方式的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示[1]。

1.3 多端接入方式

特高壓直流多端接入方式是指特高壓直流輸電線路經(jīng)多個換流站饋入受端電網(wǎng)，受端換流站的額定功率可以根據(jù)受端電網(wǎng)需要事先進(jìn)行分配。根據(jù)受端多個換流站之間的接線方式，可細(xì)分為并聯(lián)多端接入、串聯(lián)多端接入方式，并聯(lián)多端接線方式各個換流站電壓相同，串聯(lián)多端接線方式各個換流站電流相同，通常采用并聯(lián)多端接線方式[2]。根據(jù)受端多個換流站接入電壓等級的不同，高壓直流多端接入方式可以進(jìn)一步分為多端單層接入、多端分層接入方式。特高壓直流并聯(lián)多端接入方式的結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

1.4 分極接入方式

分極接入是指特高壓直流輸電系統(tǒng)的正極和負(fù)極輸電線路，通過不同的換流母線將功率輸送至不同區(qū)域的兩個受端交流系統(tǒng)，一般每個極的功率為直流總功率的二分之一[3]。分極接入方式的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

根據(jù)兩個受端交流系統(tǒng)的電壓等級又可細(xì)分為分極單層饋入和分極分層饋入。其中分極單層饋入是指兩個受端交流系統(tǒng)的電壓等級相同；分極分層饋入是指兩個受端交流系統(tǒng)的電壓等級不同。

2 特高壓直流不同接入方式比較

2.1 單層接入方式

單層接入適用于受端電網(wǎng)尚沒有特高壓交流變電站情況下，直接接入當(dāng)?shù)?00kV電網(wǎng)，并且盡量靠近負(fù)荷中心。

單層接入方式的優(yōu)點是將直流電力直接投放大負(fù)荷中心，提高了輸電效率，降低了系統(tǒng)損耗。缺點是對受端電網(wǎng)消納能力要求很高，至少需要2～4個不同送電方向，500kV送出線路6～10回[4]；對受端電網(wǎng)網(wǎng)架強度和無功支撐能力要求較高，直流電力失去后，事故影響較大，受端電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題，尤其電壓穩(wěn)定問題突出，需要本地機組留有足夠的旋轉(zhuǎn)備用和快速的無功支撐能力，傳統(tǒng)的并聯(lián)無功補償裝置在電壓跌落時輸出無功功率將急劇減少，需要在系統(tǒng)中配置一定容量動態(tài)無功補償裝置（如SVG）或者同步調(diào)相機，防止電壓瞬時跌落。

目前國內(nèi)在運的特高壓直流受端均采用單層接入方式，直接接入當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷中心。如±800kV錦屏-蘇州直流和±800kV哈密-鄭州直流（見圖5）。

2.2 分層接入方式

分層接入方式適用于受端電網(wǎng)已有特高壓交流變電站的情況下，可實現(xiàn)特高壓直流功率輸送的優(yōu)化，解決了單層接入500kV電網(wǎng)時局部潮流偏重的問題，引導(dǎo)潮流合理分布。

分層接入方式的優(yōu)點是可以利用特高壓交流電網(wǎng)，方便直流電力在更大范圍內(nèi)的配置，不需本地電網(wǎng)留有大量旋轉(zhuǎn)備用，直流電力一旦失去，可以利用特高壓交流聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，弱化故障影響，可使系統(tǒng)從整體上具有更大的抗擾動能力和電壓支撐能力[5]；可以充分發(fā)揮特高壓交流電網(wǎng)系統(tǒng)阻抗相對較小的優(yōu)勢，進(jìn)一步降低電網(wǎng)運行損耗，經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。

分成接入方式的缺點是：受端換流站的結(jié)構(gòu)、運行特性和控制保護(hù)系統(tǒng)比較復(fù)雜；受端電網(wǎng)必須發(fā)展特高壓交流電網(wǎng)，否則無法實現(xiàn)直流的分層接入；由于受端電網(wǎng)同時存在特高壓交直流電網(wǎng)，系統(tǒng)的短路電流水平更高，未來需要研究1 000kV/500kV電磁環(huán)網(wǎng)如何解環(huán)，以解決短路電流過高問題。

目前國內(nèi)在建的±800kV錫盟-泰州直流、±800kV晉北-南京直流采用分層接入方式（見圖6）。

2.3 多端接入方式

多端接入方式適用于受端電網(wǎng)存在多個分散負(fù)荷中心的情況，不需要受端建有特高壓交流變電站，能夠?qū)崿F(xiàn)將直流功率分別直輸送至受端電網(wǎng)的多個負(fù)荷中心，滿足多個分散區(qū)域電力缺口。

多端接入的優(yōu)點是實現(xiàn)了一條直流向受端多區(qū)域電網(wǎng)送電，可用于聯(lián)系多個不同區(qū)域的交流電網(wǎng)或多個孤立運行的交流電網(wǎng)，帶來直流輸電應(yīng)用上的極大便利和靈活性。直流嚴(yán)重故障時，對系統(tǒng)沖擊較小，各個換流站的站用電系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)等分站布置，降低了發(fā)生雙極閉鎖的概率，提高了供電的可靠性。由于每個受端接入規(guī)模較小，不同特高壓工程換流站之間距離可以更靠近，便于相互緊急支援。直流功率分散投射到兩個及以上的負(fù)荷中心，減少功率折返，降低網(wǎng)絡(luò)損耗。

多端接入的缺點是：多端接入需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制多個換流站，控制保護(hù)系統(tǒng)更加復(fù)雜，受端單個換流站運行狀態(tài)改變或者故障時，要盡量減小對其他換流站的影響；幾個換流站之間的運行方式排列組合比較多，調(diào)整運行方式繁雜；換流站增多的情況下，工程整體投資較單層接入和分層接入方式更高。

目前國內(nèi)外已投運的多端直流輸電線路有多條，但是最高電壓等級為±450kV，特高壓直流多端接入目前尚無工程應(yīng)用。

2.4 分極接入方式

分極接入方式同樣適用于受端電網(wǎng)存在多個分散負(fù)荷中心的情況，不需要受端建有特高壓交流電網(wǎng)，受端的兩個極的換流設(shè)備可建在同一個換流站內(nèi)，也可以建在不同的換流站內(nèi)。

分極接入的優(yōu)點和多端接入方式類似，實現(xiàn)一條特高壓直流向多個分散的負(fù)荷中心送電，系統(tǒng)損耗小，直流故障時對受端系統(tǒng)影響小。另外分極接入方式，在受端兩個極的換流站電氣距離較大的情況下，可以使直流換相失敗時的極間故障隔離，某一極發(fā)生換相失敗時，該極電壓會迅速下降并不能傳輸功率，而另一極受到很小影響并能迅速恢復(fù)正常運行狀態(tài)，具有良好的故障恢復(fù)特性，能保證系統(tǒng)功率的穩(wěn)定傳輸。

缺點是單極停運時，健全極需要通過大地構(gòu)成電流回路，這樣接地極電流就會上升為極電流，接地極電流過大；雙極功率不平衡時，流過接地極的電流也偏大，需要研究提出措施控制接地極的電流在可接受的水平內(nèi)；受端兩個極的換流站造價高，工程整體投資較單層接入和分層接入方式高。

特高壓直流分極接入方式目前尚處于研究階段。

3 結(jié)論

本文通過對特高壓直流接入受端電網(wǎng)4種不同方式的對比分析，給出每種接入方式的適用范圍和優(yōu)缺點，可以為省級電網(wǎng)規(guī)劃中，選擇合適的特高壓直流接入方式提供參考，建議電網(wǎng)規(guī)劃工作者結(jié)合當(dāng)?shù)厥芏穗娋W(wǎng)的實際情況，采用成熟、合適的接入方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉振亞.特高壓交直流電網(wǎng)[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2]劉振亞，秦曉輝，趙良，等.特高壓直流分層接入在多饋入直流電網(wǎng)的應(yīng)用研究[J].中國電機工程學(xué)報，2013（10）：1-7.

[3]王旌，韓民曉，姚蜀軍，等.特高壓直流分極接入運行特性分析[J].電力建設(shè)，2016（10）：54-60.

[4]杜旭，韓民曉，田春箏，等.±1100kV特高壓多端饋入直流系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制[J].電工技術(shù)學(xué)報，2016（S1）：177-183.

[5]徐箭，張華坤，孫濤，等.多饋入直流系統(tǒng)的特高壓直流接入方式優(yōu)選方法[J].電力自動化設(shè)備，2015（6）：58-63.