齊彩娟，田 星，周宗川

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750001）

寧夏電網(wǎng)分區(qū)及供電能力研究

齊彩娟，田 星，周宗川

（國(guó)網(wǎng)寧夏電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，寧夏回族自治區(qū) 銀川 750001）

針對(duì)寧夏電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性發(fā)生的變化及日益嚴(yán)重的短路電流超標(biāo)問(wèn)題，本文基于寧夏電網(wǎng)“十三五”規(guī)劃，提出將寧夏電網(wǎng)分為4個(gè)區(qū)域的供電分區(qū)方案。從電力電量平衡、短路電流水平、安全穩(wěn)定等方面進(jìn)行分析，并結(jié)合短路電流和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)對(duì)分區(qū)方案進(jìn)行最大供電能力研究。結(jié)果表明：分區(qū)方案合理、有效，可為寧夏“十三五”電網(wǎng)規(guī)劃提供了技術(shù)支持和決策參考。

電網(wǎng)分區(qū)； 短路電流； 供電能力； 寧夏電網(wǎng)

“十三五”寧夏電網(wǎng)將逐步發(fā)展形成大機(jī)組、遠(yuǎn)距離、多直流外送、交直流并列運(yùn)行的大型電網(wǎng)，電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特性將發(fā)生巨大的變化。同時(shí)，寧夏大型火電機(jī)組及新能源的集中接入造成目前的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不能很快適應(yīng)新的條件，電網(wǎng)靜態(tài)安全水平降低，潮流分布不均勻，輸電能力受限，短路電流超標(biāo)，繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置配置復(fù)雜等問(wèn)題愈趨明顯，其中短路電流超標(biāo)［1-4］問(wèn)題尤為突出。

目前，黃河、銀川東330 kV側(cè)單相短路電流分別達(dá)68 kA、65.4 kA，寧安330 kV側(cè)三相、單相短路電流分別達(dá)52.4 kA、52.7 kA，均已超過(guò)設(shè)備遮斷容量。為解決這些問(wèn)題，銀川東、賀蘭山、黃河、沙湖已采取加裝中性點(diǎn)小電抗、調(diào)整機(jī)組開(kāi)機(jī)方式、調(diào)整變壓器接地方式等措施解決，但這些措施只能暫時(shí)解決短路電流問(wèn)題，隨著新能源及負(fù)荷的不斷接入，短路電流仍在升高，打開(kāi)電磁環(huán)網(wǎng)［5-7］實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)分層分區(qū)迫在眉睫。

1 研究現(xiàn)狀及需要解決的問(wèn)題

1.1 研究現(xiàn)狀

針對(duì)寧夏短路電流問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，文獻(xiàn)［8］從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、設(shè)備更換及運(yùn)行方式調(diào)整等方面提出了寧夏電網(wǎng)短路電流限制措施。文獻(xiàn)［9］分析了寧夏電網(wǎng)短路電流增加的趨勢(shì)和原因，對(duì)電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行、采用高阻抗變壓器、安裝限流電抗器等多種限流措施進(jìn)行了探討和分析。文獻(xiàn)［10］結(jié)合寧夏電網(wǎng)介紹了短路電流限制技術(shù)在寧夏電網(wǎng)的應(yīng)用，并研究了這些措施在實(shí)施應(yīng)用中的效果及產(chǎn)生的問(wèn)題。文獻(xiàn)［11］分析了寧夏電網(wǎng)短路電流的突出點(diǎn)，重點(diǎn)分析了限制銀川東330 kV母線、黃河和銀川東750 kV母線短路電流的措施。這些研究在很大程度上都提出了限制寧夏短路電流的措施，但基本都停留在理論分析上，尤其是對(duì)電網(wǎng)分層分區(qū)［12-14］運(yùn)行均未提出明確的實(shí)施方案。

關(guān)于電網(wǎng)分層分區(qū)運(yùn)行，國(guó)內(nèi)許多省市均已結(jié)合各自地區(qū)情況開(kāi)始了研究和實(shí)施工作。文獻(xiàn)［15］提出2006年江蘇電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行的推薦方案，解決了江蘇電網(wǎng)潮流、N-1靜態(tài)安全性及短路電流超標(biāo)等問(wèn)題。文獻(xiàn)［16］論述了天津電網(wǎng)分區(qū)供電的必要性和分區(qū)供電方案的計(jì)算分析方案。文獻(xiàn)［17］針對(duì)唐山220 kV電網(wǎng)短路電流問(wèn)題，將唐山電網(wǎng)分為西北部分區(qū)、東北部分區(qū)、西南部分區(qū)、東南部分區(qū)和中部核心環(huán)網(wǎng)分區(qū)。各地分層分區(qū)的研究，進(jìn)一步說(shuō)明了電網(wǎng)分區(qū)是控制短路電流、優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)、有效方法，在條件成熟時(shí)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，逐步實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行。

1.2 需要解決的問(wèn)題

（1）本著“應(yīng)用盡用、節(jié)省投資”的原則，解決寧夏電網(wǎng)短路電流問(wèn)題；

（2）結(jié)合寧夏近、遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架，提出合理的供電分區(qū)方案；

（3）研究各供電分區(qū)的供電能力。

2 電網(wǎng)分區(qū)方案研究

2.1 分區(qū)思路

當(dāng)高壓主干網(wǎng)絡(luò)形成后，為提高電網(wǎng)潮流控制，降低電網(wǎng)短路電流水平，最有效的辦法是簡(jiǎn)化改造低壓網(wǎng)絡(luò)并重新分層分區(qū)。根據(jù)寧夏電網(wǎng)發(fā)展，規(guī)劃提出了以2～3個(gè)750 kV變電站為核心，形成合理的750/330 kV、750/220 kV供電分區(qū)，清晰各級(jí)電網(wǎng)界面的分區(qū)思路。

2.2 分區(qū)原則

（1）分區(qū)內(nèi)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足文獻(xiàn)［18-19］中的要求，即使在比較嚴(yán)重的事故沖擊下，分區(qū)也能保持安全穩(wěn)定運(yùn)行。區(qū)和區(qū)之間界面要清晰，聯(lián)絡(luò)線回?cái)?shù)和并列點(diǎn)不宜太多，一旦系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故，應(yīng)保證在預(yù)定地點(diǎn)迅速而準(zhǔn)確地解列。

（2）電網(wǎng)分區(qū)應(yīng)兼顧電力供應(yīng)，盡量保持區(qū)內(nèi)電力基本平衡，減少分區(qū)間功率交換。

（3）分區(qū)后的網(wǎng)損滿足電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，并應(yīng)兼顧己建成的電網(wǎng)，最大限度地發(fā)揮其作用，避免投資浪費(fèi)。

（4）電網(wǎng)建設(shè)中，應(yīng)盡量加快重要輸變電工程的建設(shè)進(jìn)度，避免出現(xiàn)過(guò)多或不必要的運(yùn)行方式過(guò)渡，相關(guān)的配套項(xiàng)目也應(yīng)同步建成投運(yùn)，為一次性實(shí)施電網(wǎng)分區(qū)方案創(chuàng)造條件［20］。

（5）應(yīng)結(jié)合中、遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架統(tǒng)籌分區(qū)方案，并根據(jù)規(guī)劃調(diào)整情況予以同步調(diào)整。

2.3 分區(qū)方案

規(guī)劃期結(jié)束后，寧夏電網(wǎng)將形成750 kV雙回環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，與西北主網(wǎng)通過(guò)4回750 kV線路聯(lián)絡(luò)，電磁環(huán)網(wǎng)全部實(shí)施完畢，330、220 kV電網(wǎng)逐步弱化為區(qū)域電網(wǎng)，因此提出圖1所示的分區(qū)方案：

（1）形成以A變電站、B變電站為主供點(diǎn)的750/220 kV供電分區(qū)；

（2）打開(kāi)沙泉～羅山、甜水河～同利線路形成以I變電站、H變電站為主供點(diǎn)的750/330 kV供電分區(qū)；

（3）將啟明～寧安、啟明～E變電站、風(fēng)電場(chǎng)1～E變電站、風(fēng)電場(chǎng)2～啟明330 kV線路改造為啟明～F變電站、風(fēng)電場(chǎng)1～F變電站、風(fēng)電場(chǎng)2～F變電站，形成以C開(kāi)關(guān)站、D變電站、E變電站為主供點(diǎn)的750/330 kV供電分區(qū)和以F變、G變?yōu)橹鞴c(diǎn)的750/330 kV供電分區(qū)。

圖1 分區(qū)方案接線

2.4 分區(qū)方案合理性校驗(yàn)

2.4.1 各分區(qū)電力電量平衡校驗(yàn)

分區(qū)方案中常規(guī)電源裝機(jī)與負(fù)荷對(duì)比情況如表1所示。

表1 常規(guī)電源裝機(jī)與負(fù)荷對(duì)比情況

從表1可以看出，分區(qū)方案在不考慮新能源裝機(jī)的情況下基本能夠保證電力電量平衡，分區(qū)結(jié)構(gòu)是合理的。

2.4.2 短路電流對(duì)比

采取上述分區(qū)方案后，對(duì)分區(qū)前短路電流較高的變電站進(jìn)行短路電流計(jì)算，對(duì)比寧夏電網(wǎng)部分變電站分區(qū)前后的短路電流水平，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 分區(qū)前后寧夏電網(wǎng)部分站點(diǎn)短路電流水平

由表2可知，分區(qū)前I變電站330 kV側(cè)單相短路電流73.4 kA，E變電站330 kV側(cè)三相短路電流67.3 kA，均超過(guò)設(shè)備遮斷容量。分區(qū)后I變電站、E變電站短路電流均降至設(shè)備遮斷容量以下，其他站點(diǎn)短路電流也均明顯降低。

2.4.3 安全穩(wěn)定性分析

分區(qū)后對(duì)寧夏電網(wǎng)750 kV變壓器及重點(diǎn)線路進(jìn)行靜態(tài)安全分析，均不存在過(guò)載問(wèn)題。對(duì)分區(qū)后的寧夏電網(wǎng)進(jìn)行安全穩(wěn)定校驗(yàn)，線路N-1、N-2均不存在穩(wěn)定問(wèn)題，分區(qū)方案能夠滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

3 寧夏電網(wǎng)分區(qū)供電能力研究

為進(jìn)一步論證分區(qū)方案的有效性和可行性，對(duì)分區(qū)方案進(jìn)行供電能力［21-23］研究。

傳統(tǒng)評(píng)價(jià)城市供電能力的方法都是基于電力系統(tǒng)潮流計(jì)算結(jié)果來(lái)衡量的，忽略了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)、負(fù)荷模型等因素對(duì)供電能力的影響，得到的結(jié)果和系統(tǒng)實(shí)際情況可能有較大偏差，因此，本文提出利用全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真軟件，通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)在負(fù)荷以一定速率增長(zhǎng)情況下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裕度得到系統(tǒng)內(nèi)各分區(qū)的供電能力的計(jì)算方法。全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真程序的微分代數(shù)方程算法采用變階變步長(zhǎng)的GEAR法，網(wǎng)絡(luò)方程與微分方程聯(lián)立求解。為計(jì)算較為惡劣情況下分區(qū)供電能力，考慮寧夏電網(wǎng)新能源最大出力情況。

3.1 AB供電分區(qū)

AB分區(qū)共有2座750 kV變電站，變電容量8.4 GW，考慮AB供電分區(qū)按照現(xiàn)有負(fù)荷功率因數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，如圖2所示。

圖2 AB供電分區(qū)負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)

從圖2可以看出，AB分區(qū)初始負(fù)荷總量為7.292 GW，最大供電能力為10.258 GW，供電裕度為28.9%。

3.2 CDE供電分區(qū)

CDE供電分區(qū)共有2座750 kV變電站，變電容量為8.4 GW，考慮供電分區(qū)按照現(xiàn)有負(fù)荷功率因數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，如圖3所示。

圖3 CDE供電分區(qū)負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)

從圖3可以看出，CDE分區(qū)初始負(fù)荷總量為4.967 GW，最大供電能力為8.130 GW，供電裕度為38.9%。

3.3 HI供電分區(qū)

該供電分區(qū)共有2座750 kV變電站，變電容量為8.4 GW，考慮供電分區(qū)按照現(xiàn)有負(fù)荷功率因數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，如圖4所示。

圖4 HI供電分區(qū)負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)

從圖4可以看出，HI分區(qū)初始負(fù)荷總量為3.336 GW，最大供電能力為6.448 GW，供電裕度為48.3%。

3.4 FG供電分區(qū)

該供電分區(qū)共有2座750 kV變電站，變電容量為8.4 GW，考慮FG供電分區(qū)按照現(xiàn)有負(fù)荷功率因數(shù)持續(xù)增長(zhǎng)，如圖5所示。

圖5 FG供電分區(qū)負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)

從圖5可以看出，F(xiàn)G分區(qū)初始負(fù)荷總量為1.514 GW，最大供電能力為3.652 GW，供電裕度為58.5%。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，4個(gè)供電分區(qū)均有較大的供電裕度，分區(qū)方案合理。

4 效果評(píng)價(jià)

寧夏電網(wǎng)分區(qū)及供電能力研究建成層次分明、界面清晰、結(jié)構(gòu)合理、網(wǎng)架堅(jiān)強(qiáng)、靈活可靠、覆蓋寧夏全境的分層分區(qū)輸配電網(wǎng)絡(luò)，既滿足了地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，構(gòu)建了與“一帶三區(qū)、一核兩級(jí)”相匹配的電力支撐體系，又保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，效果顯著。

（1）提出的電網(wǎng)分區(qū)方案從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)方面解決了寧夏電網(wǎng)短路電流問(wèn)題，減少了不必要的投資浪費(fèi)。

若不實(shí)施電網(wǎng)分區(qū)方案，I變電站、E變電站短路電流均超過(guò)設(shè)備遮斷容量，分區(qū)方案實(shí)施后，I變電站330 kV側(cè)單相短路電流由73.4 kA下降至62.2 kA；E變電站330 kV側(cè)三相短路電流由67.3 kA下降至49.5 kA,均降至設(shè)備遮斷容量以下，其他站點(diǎn)短路電流也均明顯降低。

此外，常規(guī)限制短路電流的方法有高阻抗變壓器、提高開(kāi)關(guān)遮斷容量、加裝小電抗等，工程投資大、浪費(fèi)較多；大量的設(shè)備改造也給生產(chǎn)運(yùn)行造成較大影響和損失，并且這些措施只能暫時(shí)或局部性緩解站點(diǎn)短路電流，并未從根本上解決。本文結(jié)合遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架，提出寧夏電網(wǎng)分區(qū)方案，在網(wǎng)架優(yōu)化方面解決了短路電流問(wèn)題，減少了不必要的投資浪費(fèi)。

（2）首次明確提出寧夏電網(wǎng)供電分區(qū)方案，運(yùn)用330 kV、220 kV電網(wǎng)分片運(yùn)行理念，優(yōu)化遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架。

本文以2～3個(gè)750 kV變電站為核心，形成AB、CDE、HI、FG4個(gè)750/330 kV、750/220 kV供電分區(qū)方案，清晰了各級(jí)電網(wǎng)供電界面，優(yōu)化遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架。

（3）結(jié)合短路電流和動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)分析了寧夏電網(wǎng)各分區(qū)供電能力。

通過(guò)研究負(fù)荷以一定速率增長(zhǎng)情況下的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定裕度，得到寧夏電網(wǎng)各分區(qū)的供電能力：AB分區(qū)最大供電能力為10.258 GW，供電裕度為28.9%；CDE分區(qū)最大供電能力為8.130 GW，供電裕度為38.9%；HI分區(qū)最大供電能力為6.448 GW，供電裕度為48.3%；FG分區(qū)最大供電能力為3.652 GW，供電裕度為58.5%。

5 結(jié)論

（1）本文提出寧夏未來(lái)以2～3個(gè)750 kV變電站為核心，統(tǒng)籌多個(gè)界面清晰的750/220 kV、750/330 kV分區(qū)的主網(wǎng)架功能形態(tài)，2020年形成AB、CDE、HI、FG 4個(gè)供電分區(qū)，并用全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真軟件對(duì)供電分區(qū)能力進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明分區(qū)方案優(yōu)化了遠(yuǎn)期目標(biāo)網(wǎng)架，有效解決了寧夏目標(biāo)年短路電流超標(biāo)問(wèn)題。

（2）本文對(duì)寧夏電網(wǎng)“十三五”電網(wǎng)近期建設(shè)提出了具體方案，為寧夏“十三五”電網(wǎng)規(guī)劃提供了重要技術(shù)支持和決策參考，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

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Research on the power grid division and power supply capacity in Ningxia power grid

QI Caijuan，TIAN Xing，ZHOU Zongchuan
（Economic Research Institute of State Grid Ningxia Power Company,Yinchuan Ningxia750001,China）

Aiming at the problems such as the changes of Ningxia power grid structure and operation performance and increasingly short-circuit current overproof,based on the 13th Five-Year plan of Ningxia power grid,proposes the scheme of power supply division that Ningxia power grid is divided into four regions.Analyzes from the aspects as the power supply balance,short circuit current level,safety and stability，and combining with the short-circuit current and the dynamic voltage stability margin,studies the maximum power supply capacity of division scheme.The results show that the partition scheme is reasonable and effective,and it can provide technical support and decisionmaking reference for the 13th Five-Year plan of Ningxia power grid.

power grid division;short-circuit current;power supply capacity;Ningxia power grid

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.005

2017-06-15

齊彩娟（1990），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)規(guī)劃、電力市場(chǎng)分析預(yù)測(cè)、新能源接入等。

TM728.2

A

1672-3643（2017）05-0034-05

有效訪問(wèn)地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.005