劉海光，王文娜，蔡德福，董 航，周 楚

（國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

渝鄂背靠背補強工程投運后湖北電網(wǎng)適應性研究

劉海光，王文娜，蔡德福，董 航，周 楚

（國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學研究院，湖北 武漢 430077）

為解決鄂西500 kV電網(wǎng)潮流疏散及暫態(tài)穩(wěn)定問題，分析了渝鄂背靠背補強工程對湖北電網(wǎng)短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定特性、潮流疏散特性、500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)潮流穿越特性的影響，在此基礎上提出了相應的穩(wěn)定運行控制措施，可為渝鄂背靠背及其補強工程投產(chǎn)后湖北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供參考。

渝鄂背靠背補強工程；短路電流；潮流特性；暫態(tài)穩(wěn)定

0 引言

近年來，隨著電力電子技術(shù)及相關(guān)控制技術(shù)的迅猛發(fā)展，采用電壓源型換流器（VSC）技術(shù)的直流輸電成為現(xiàn)實，即柔性直流輸電[1-3]。柔性直流輸電技術(shù)以其功率快速可調(diào)、可靠性高等優(yōu)點已逐漸開始應用于異步電網(wǎng)互聯(lián)[4-5]。

渝鄂背靠背柔性直流聯(lián)網(wǎng)工程預計將于2018年建成投產(chǎn)，該工程是國內(nèi)第一個采用500 kV柔性直流聯(lián)網(wǎng)的工程，總輸送功率為5 000 MW，是目前世界范圍內(nèi)電壓等級最高、輸送容量最大的柔性直流輸電工程。目前重慶電網(wǎng)與湖北電網(wǎng)通過4回500 kV交流線（500 kV九盤至龍泉Ⅰ/Ⅱ回線，500 kV張家壩至恩施Ⅰ/Ⅱ回線）聯(lián)絡，夏季豐水期一般為重慶往湖北輸送約2 800 MW電力。渝鄂背靠背建成投產(chǎn)后，湖北電網(wǎng)將受進5 000 MW電力，三峽近區(qū)及湖北省內(nèi)西電東送通道疏散潮流加重；此外湖北電網(wǎng)與川渝電網(wǎng)由同步聯(lián)絡變?yōu)楫惒交ヂ?lián)，湖北電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定特性變差，且在檢修方式下存在恩施或龍泉孤島風險[6]。為解決渝鄂背靠背工程帶來的鄂西500 kV電網(wǎng)潮流疏散及暫態(tài)穩(wěn)定問題，湖北500 kV電網(wǎng)相關(guān)補強工程也將同步投產(chǎn)。本文將結(jié)合渝鄂背靠背補強工程，開展湖北電網(wǎng)短路電流、暫態(tài)穩(wěn)定特性、潮流疏散特性、電磁環(huán)網(wǎng)潮流穿越特性分析，在此基礎上提出確保湖北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的相關(guān)措施。

1 渝鄂背靠背補強工程基本情況

渝鄂背靠背建成投產(chǎn)后，為解決檢修方式下恩施電網(wǎng)孤島風險，新建恩施東變電站并π入恩漁Ⅰ回；為解決渝鄂背靠背南通道潮流疏散問題及漁峽、興隆近區(qū)線路N-1故障后的暫態(tài)穩(wěn)定問題，新建500 kV恩施東至朝陽線路（以下簡稱“東朝線”）；為解決渝鄂背靠背投產(chǎn)導致的湖北省內(nèi)西電東送通道潮流疏散問題，新建500 kV孝感至編鐘線路（以下簡稱“鐘孝線”）及500 kV仙桃至江夏線路（以下簡稱“仙夏線”），同時將500 kV斗孝線改接至仙女山，形成斗山Ⅱ回。渝鄂背靠背工程投產(chǎn)后湖北500 kV電網(wǎng)補強工程如圖1所示。

圖1 渝鄂背靠背補強工程示意圖Fig.1 Schematic diagram of the reinforcing project of Chongqing-Hubei back-to-back VSC-HVDC

上述補強工程加強了湖北省內(nèi)500 kV東西部電網(wǎng)之間的電氣聯(lián)系，提高了系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定水平，但將導致系統(tǒng)短路電流水平增加，局部電網(wǎng)潮流越限及電磁環(huán)網(wǎng)運行風險。

2 短路電流分析

湖北電網(wǎng)500 kV母線短路電流控制難度較大的站點主要有三峽近區(qū)的江陵、團林、荊門、斗笠以及鄂東地區(qū)的孝感、鳳凰山、玉賢。渝鄂背靠背補強工程投產(chǎn)后進一步拉近了三峽近區(qū)電網(wǎng)與鄂東環(huán)網(wǎng)的電氣距離，相關(guān)站點500 kV母線短路電流水平均有不同程度提升，對比是否有補強工程情況下湖北電網(wǎng)500 kV母線短路電流見表1。

表1 補強工程對湖北部分站點短路電流影響（單位：kA）Tab.1 Influence of the reinforcing project onshort-circuit current of Hubei Power Grid（Unit：kA）

補強工程投產(chǎn)后，鄂西地區(qū)500 kV短路電流較大的站點均未直接新增線路，短路電流增長均控制在1 kA以內(nèi)，其中江陵短路電流增加0.74 kA并已接近63 kA的斷路器遮斷容量極限。鄂東地區(qū)500 kV站點之間電氣距離較近，補強工程對鄂東部分站點影響較大，其中孝感增加4.72 kA，短路電流裕度已不大；玉賢及鳳凰山分別增加2.77 kA和1.97 kA，同時這兩個500 kV變電站目前仍采用遮斷容量50 kA的斷路器，短路電流越限嚴重，需要盡快更換遮斷容量63 kA的斷路器。

3 潮流疏散特性分析

3.1 湖北省內(nèi)西電東送斷面

渝鄂背靠背工程投產(chǎn)后，豐水期川渝電網(wǎng)向湖北電網(wǎng)輸送功率較四回交流線路進一步增加，無補強工程時豐小方式下湖北省內(nèi)西電東送斷面潮流越限嚴重：斗山Ⅰ/Ⅱ回斷面輸送潮流2 990 MW，興咸Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回輸送潮流5 160 MW，均無法滿足電網(wǎng)N-1靜態(tài)安全穩(wěn)定校核要求。

補強工程投產(chǎn)后，豐小方式下斗山Ⅰ/Ⅱ回斷面輸送潮流降至2 360 MW，興咸Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回輸送潮流降至3 320 MW，均未超過控制限額，湖北省內(nèi)西電東送通道斷面功率限額由6 300 MW提升至9 000 MW。

3.2 恩施電磁環(huán)網(wǎng)

現(xiàn)狀電網(wǎng)下，恩施地區(qū)220 kV網(wǎng)絡僅通過500 kV恩施變與湖北500 kV主網(wǎng)相連，500 kV恩漁Ⅰ/Ⅱ/Ⅲ回發(fā)生N-1或N-2故障后不存在220 kV潮流轉(zhuǎn)移通道。新建恩施東變電站后，其接入系統(tǒng)為：π入500 kV恩漁Ⅰ回，形成500 kV恩東線及東漁線；π入220 kV桑旗線及桑壩線，形成220 kV東桑Ⅰ/Ⅱ回、東旗線及東壩線，如圖2所示。恩施與恩施東將形成500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)，500 kV恩東線或恩漁Ⅱ回故障后，其潮流將轉(zhuǎn)移至恩施220 kV網(wǎng)絡。

圖2 恩施-恩施東電磁環(huán)網(wǎng)示意圖Fig.2 Schematic diagram of electromagnetic looped network from Enshi to Enshi East

渝鄂背靠背南通道功率為川渝滿送湖北2 500 MW，恩施地區(qū)小水電通過500 kV主變上網(wǎng)1 000 MW方式下，500 kV恩東線故障后潮流的21.9%轉(zhuǎn)移至220 kV東壩線，潮流的29.7%轉(zhuǎn)移至恩施東主變上網(wǎng)，導致東壩線、恩施東主變過載。若要保證220 kV網(wǎng)絡不過載，需要控制渝鄂背靠背南通道功率不超過1 400 MW。恩東線故障前后潮流轉(zhuǎn)移情況見表2。

表2 恩東線故障后電磁環(huán)網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移情況Tab.2 Power flow transfer of electromagnetic looped network after the fault

由于現(xiàn)狀電網(wǎng)下恩漁Ⅰ/Ⅱ回為同桿線路，恩施東變電站投產(chǎn)后，500 kV恩東線及恩漁Ⅱ回也存在N-2故障的可能。發(fā)生N-2故障后，東旗線、東壩線、恩施東主變均過載，其中東壩線潮流達到720 MW，恩施東主變上網(wǎng)1 002 MW，均過載1.5倍以上。考慮發(fā)生N-2故障時保證220 kV網(wǎng)絡不過載，需要控制渝鄂背靠背南通道功率不超過700 MW。恩東線及恩漁Ⅱ回同時故障前后潮流轉(zhuǎn)移情況見表3。

表3 恩東線及恩漁Ⅱ回同時故障后電磁環(huán)網(wǎng)潮流轉(zhuǎn)移情況Tab.3 Power flow transfer of electromagnetic looped network after the N-2 fault

為解決恩施～恩施東電磁環(huán)網(wǎng)過載風險，同時保證渝鄂背靠背輸送功率不受限，可考慮新建恩東Ⅱ回線。

3.3 葛大江近區(qū)潮流疏散

補強工程中新建東朝線后，豐大方式下渝鄂背靠背南通道送湖北潮流及恩施上網(wǎng)潮流均通過東朝線向葛大江近區(qū)輸送功率約800～1 200 MW，將會給葛大江電廠潮流疏散帶來問題。現(xiàn)狀電網(wǎng)，葛雙Ⅰ/Ⅱ回與葛軍線組成的斷面控制限額為2 600 MW，僅能滿足葛大江、隔河巖電廠的送出需求，宜昌水電通過朝陽變上網(wǎng)時，通道輸電能力已難以滿足需求。增加東朝線后，葛大江近區(qū)將匯聚電力共計3 500 MW，潮流疏散壓力增大。

補強工程投產(chǎn)前后出現(xiàn)葛雙Ⅰ/Ⅱ回N-2故障前后潮流見表4和表5。故障前東朝線加重了葛洲壩近區(qū)潮流，東朝線潮流的48%、19%、31%分別由葛雙Ⅰ/Ⅱ回、葛軍線、朝陽主變疏散；故障后東朝線可作為潮流轉(zhuǎn)移通道，葛雙Ⅰ/Ⅱ回故障后潮流向葛軍線的轉(zhuǎn)移比由46%（無東朝線）降低至32%（有東朝線），葛雙Ⅰ/Ⅱ回及葛軍線功率限額由2 600 MW（無東朝線）提升至3 000 MW（有東朝線）。

綜合考慮上述兩種效應對葛大江潮流疏散通道的影響，可得如下結(jié)論：正常方式下東朝線潮流超過600 MW時，葛雙Ⅰ/Ⅱ回N-2故障后潮流加重效應強于限額提升效應，東朝線導致葛大江近區(qū)潮流疏散難度增加；正常方式下東朝線潮流低于600 MW時，葛雙Ⅰ/Ⅱ回N-2故障后限額提升效應強于潮流加重效應，東朝線降低了葛大江近區(qū)潮流疏散難度。為解決葛大江外送通道潮流越限風險，建議開展葛軍線增容改造。

表4 補強工程投產(chǎn)前葛雙Ⅰ/Ⅱ回N-2潮流轉(zhuǎn)移特性Tab.4 N-2 power flow transfer characteristics of Ge-ShuangⅠ/Ⅱ before the reinforcing project

表5 補強工程投產(chǎn)后葛雙Ⅰ/Ⅱ回N-2潮流轉(zhuǎn)移特性Tab.5 N-2 power flow transfer characteristics of Ge-ShuangⅠ/Ⅱ after the reinforcing project

4 暫態(tài)穩(wěn)定特性分析

渝鄂柔性直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程投運后，湖北500 kV電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定水平顯著降低，其中南通道滿送情況下，其近區(qū)500 kV漁興Ⅰ回、漁宜線，宜興Ⅰ回等線路發(fā)生三永故障后，三峽右岸電廠、水布埡電廠和江坪河電廠均出現(xiàn)功角失穩(wěn)，恩施地區(qū)500 kV系統(tǒng)電壓波動較大。為保證上述故障下不出現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定問題，渝鄂背靠背南通道輸送功率需控制在1 000 MW以內(nèi)。補強工程投產(chǎn)前，渝鄂背靠背南通道近區(qū)重要500 kV故障校核結(jié)果見表6。

表6 補強工程投產(chǎn)前南通道近區(qū)N-1故障暫態(tài)穩(wěn)定校核結(jié)果Tab.6 Transient stability of the N-1 fault neighbouring the south channel before the reinforcing project

相關(guān)補強工程投產(chǎn)后，南通道暫穩(wěn)得到明顯改善。補強工程投產(chǎn)后，渝鄂背靠背南通道滿送2 500 MW時，僅漁興Ⅰ回故障后三峽右岸電廠、水布埡電廠和江坪河電廠出現(xiàn)功角失穩(wěn)，南通道功率降低至2 300 MW以內(nèi)時暫穩(wěn)問題消失。補強工程投產(chǎn)后，渝鄂背靠背南通道近區(qū)重要500 kV故障校核結(jié)果見表7。

表7 補強工程投產(chǎn)后南通道近區(qū)N-1故障暫態(tài)穩(wěn)定校核結(jié)果Tab.7 Transient stability of the N-1 fault neighbouring the south channel after the reinforcing project

補強工程投產(chǎn)前后某方式下漁興Ⅰ回三永故障后三峽右岸電廠功角曲線見圖3，可見補強工程投產(chǎn)后三峽右岸電廠在系統(tǒng)單一元件故障后功角擺動幅度減小，系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定特性提升。

圖3 補強工程投產(chǎn)前后漁興Ⅰ回故障功角曲線Fig.3 Generator power curve of the fault of Yu-XingⅠline before and after the project is put into operation

5 結(jié)論

(1)補強工程投產(chǎn)導致湖北電網(wǎng)500 kV短路電流有所提升，其中江陵站短路電流已接近其斷路器最大開斷能力63 kA；鄂東地區(qū)玉賢、鳳凰山短路電流已超過其斷路器最大開斷能力50 kA，建議盡快更換遮斷容量63 kA的斷路器。

(2)補強工程投產(chǎn)后解決了渝鄂背靠背投產(chǎn)導致的湖北省內(nèi)西電東送通道潮流疏散問題，西電東送通道輸送能力由6 300 MW提升至9 000 MW；恩施～恩施東電磁環(huán)網(wǎng)故障后恩施電網(wǎng)存在元件過載風險，建議控制渝鄂背靠背南通道輸送功率或新建恩東Ⅱ回線；東朝線投運造成葛大江近區(qū)潮流疏散難度增加，建議開展葛軍線增容改造。

(3)補強工程提高了渝鄂背靠背南通道暫態(tài)穩(wěn)定水平，受制于暫態(tài)穩(wěn)定的渝鄂背靠背南通道限額由1 000 MW提升至2 300 MW。

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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

劉海光（1989），男，河北衡水人，碩士，工程師。

國網(wǎng)公司科技項目（52153217000）