郝鑫杰，劉 洋，邊 偉

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030021）

0 引言

2019 年，中共中央全面深化改革委員會(huì)第八次會(huì)議審議通過(guò)的相關(guān)文件，進(jìn)一步明確了山西國(guó)家電力外送基地戰(zhàn)略定位，并支持山西結(jié)合電力市場(chǎng)需求變化，有序推進(jìn)電力外送通道建設(shè)；2020 年12 月30 日山西審議通過(guò)的《關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃》和《2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，對(duì)山西電網(wǎng)的發(fā)展提出了新的目標(biāo)和要求。十四五期間，山西電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將逐步形成四交一直特高壓交直流互聯(lián)運(yùn)行的大型外送型電網(wǎng)。作為西電東送通道調(diào)整工程的一部分，陽(yáng)桂通道調(diào)整的具體方案為：斷開500 kV 陽(yáng)泉至桂山雙回線路，匯集西上莊132 萬(wàn)kW（2×66 萬(wàn)kW）、明泰70 萬(wàn)kW（2×35 萬(wàn)kW），合計(jì)202 萬(wàn)kW 機(jī)組，在陽(yáng)泉站旁利用陽(yáng)桂雙回500 kV 輸電通道點(diǎn)對(duì)網(wǎng)輸電。該工程實(shí)施后，500 kV 陽(yáng)泉站與主網(wǎng)連接出線由4 回減少為2 回，使得500 kV 侯陽(yáng)雙回線N-2 后，陽(yáng)泉站與松溪站失去與主網(wǎng)的聯(lián)系，區(qū)域網(wǎng)架嚴(yán)重破壞，可能帶來(lái)新的穩(wěn)定問(wèn)題。陽(yáng)泉電網(wǎng)的特征為：火電機(jī)組及新能源裝機(jī)容量大，電網(wǎng)負(fù)荷小，是典型的外送型地區(qū)電網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)部分站點(diǎn)的短路電流超標(biāo)嚴(yán)重[1]?；诖耍诒ＷC電網(wǎng)安全可靠供電的基礎(chǔ)上統(tǒng)籌解決短路電流超標(biāo)及電網(wǎng)穩(wěn)定問(wèn)題是本文研究的重點(diǎn)。

1 基礎(chǔ)條件

1.1 陽(yáng)桂通道調(diào)整前后網(wǎng)架變化情況

陽(yáng)桂通道調(diào)整前后網(wǎng)架結(jié)構(gòu)如圖1 與圖2 所示。對(duì)比解環(huán)前后陽(yáng)泉局部電網(wǎng)變化情況可知，由于500 kV 陽(yáng)桂雙回線的斷開，失去了1 條外送河北南網(wǎng)通道。陽(yáng)泉區(qū)域的盈余電力，由500 kV 侯陽(yáng)雙回線+220 kV 海白雙回線+220 kV 陽(yáng)鹿雙回線+220 kV 陽(yáng)巖線+220 kV 陽(yáng)昔線構(gòu)成的電磁環(huán)網(wǎng)聯(lián)合送出。當(dāng)高一級(jí)電壓等級(jí)的通道失去時(shí)，潮流大幅轉(zhuǎn)移至低電壓等級(jí)通道，易造成低電壓等級(jí)斷面過(guò)載及地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部機(jī)組暫態(tài)失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

圖1 解環(huán)前陽(yáng)泉地區(qū)電網(wǎng)主接線圖

圖2 解環(huán)后陽(yáng)泉地區(qū)電網(wǎng)主接線圖

1.2 陽(yáng)桂通道調(diào)整前后短路電流計(jì)算分析

短路電流計(jì)算采用中國(guó)電力科學(xué)研究院開發(fā)的SCCP 程序，考慮陽(yáng)泉電網(wǎng)220 kV 及以上設(shè)備為全接線方式，計(jì)算時(shí)間段內(nèi)山西電網(wǎng)所有機(jī)組滿出力全開機(jī)方式運(yùn)行，程序計(jì)入了新能源機(jī)組對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)。計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

由表1 可知，陽(yáng)泉電網(wǎng)220 kV 廠站相對(duì)密集，陽(yáng)光電廠短路電流超標(biāo)。綜合考慮斷開線路最少及抑制效果最佳的原則[3]，分別采取以下兩項(xiàng)措施：措施一為斷開220 kV 陽(yáng)紅雙回線（當(dāng)前運(yùn)行方式），措施二為斷開220 kV 陽(yáng)紅一回線+斷開220 kV 陽(yáng)鹿一回線。采取措施一后220 kV 廠站三相短路電流如表2 所示，采取措施二后220 kV 廠站三相短路電流如表3 所示。

表1 陽(yáng)泉電網(wǎng)部分220 kV 廠站三相短路電流表

由表2 與表3 可知，這兩項(xiàng)措施雖都可解決陽(yáng)光電廠短路電流超標(biāo)問(wèn)題，但措施一相較于措施二減少幅度更大，對(duì)網(wǎng)架的破壞嚴(yán)重。

表2 采取措施一后220 kV 廠站三相短路電流表

表3 采取措施二后220 kV 廠站三相短路電流表

2 陽(yáng)泉電網(wǎng)穩(wěn)定特性研究

本文分別基于短路措施一和措施二開展陽(yáng)泉電網(wǎng)穩(wěn)定特性研究。電網(wǎng)穩(wěn)定特性的因素主要包括電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、開機(jī)方式及電網(wǎng)參數(shù)等[4]。為明確不同因素對(duì)穩(wěn)定特性的影響，具體進(jìn)行以下分析。

2.1 斷開220 kV 陽(yáng)紅雙回線

陽(yáng)泉區(qū)域新能源大發(fā)方式下，220 kV 海白雙回線420 MW（滿載），220 kV 陽(yáng)紅雙回線斷開，該方式下陽(yáng)泉主變壓器上送1 100 MW，500 kV 侯陽(yáng)雙回線潮流1 338 MW。該方式下的潮流情況如圖3 所示。

圖3 220 kV 海白雙回線滿載+斷陽(yáng)紅雙回線潮流示意圖

該方式下，發(fā)生500 kV 侯陽(yáng)雙回線N-2，500 kV潮流大幅轉(zhuǎn)移至220 kV 電壓等級(jí)通道，陽(yáng)泉區(qū)域機(jī)組功角失穩(wěn)，220 kV 海白雙回線、陽(yáng)鹿雙回線等線路過(guò)載。

綜上可知，500 kV 陽(yáng)桂雙回線解環(huán)后，采取斷220 kV 陽(yáng)紅雙回線，能夠大大降低陽(yáng)光電廠的短路電流，但該措施對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)破壞大，系統(tǒng)穩(wěn)定水平低，易引發(fā)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題。

2.2 斷開220 kV 陽(yáng)紅一回線+陽(yáng)鹿一回線

陽(yáng)泉區(qū)域新能源大發(fā)方式下，220 kV 海白雙回線435 MW（負(fù)載率103%），220 kV 陽(yáng)紅雙回線斷一回+220 kV 陽(yáng)鹿雙回線斷一回，該方式下陽(yáng)泉主變壓器上送1 090 MW，500 kV 侯陽(yáng)雙回線潮流1 370 MW。該方式下的潮流情況如圖4 所示。

圖4 220 kV 海白雙回線滿載+斷陽(yáng)紅一回+斷陽(yáng)鹿一回潮流圖

該方式下，發(fā)生500 kV 侯陽(yáng)雙回線N-2 后，系統(tǒng)保持穩(wěn)定。220 kV 海白雙回線等線路過(guò)載嚴(yán)重，需采取切除機(jī)組及控制新能源出力的措施，保證相關(guān)線路不過(guò)載。故障前后220 kV 線路潮流如表4 所示。

表4 故障前后220 kV 線路潮流表

3 故障后220 kV 線路過(guò)載限制措施

通過(guò)合理優(yōu)化網(wǎng)架可以使得陽(yáng)泉電網(wǎng)在發(fā)生500 kV 侯陽(yáng)雙回線N-2 故障后，不發(fā)生暫態(tài)穩(wěn)定失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，但故障后220 kV 線路的嚴(yán)重過(guò)載是調(diào)度運(yùn)行面臨的重大問(wèn)題。本文通過(guò)潮流計(jì)算的方法給出切除不同機(jī)組對(duì)降低過(guò)載線路的靈敏度，依據(jù)靈敏度高低，給出不同組合下的切機(jī)方案。

3.1 切機(jī)靈敏度

該電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，220 kV 海白雙回線過(guò)載最嚴(yán)重，本文著重研究切除陽(yáng)泉電網(wǎng)內(nèi)不同位置、不同類型電源后對(duì)減輕220 kV 海白雙回線潮流的靈敏度。其中，傅莊與鄧莊為光伏匯集站，兩站分別匯集光伏裝機(jī)容量為500 MW。不同切機(jī)措施下的靈敏度如表5 所示。從表5 可以得出，切機(jī)靈敏度排序前三的依次是陽(yáng)煤電廠、陽(yáng)光電廠、鄧莊光伏匯集站。

表5 切機(jī)靈敏度表

3.2 切機(jī)方案分析

為保證發(fā)生故障后，迅速降低過(guò)載線路的潮流，又使出力損失最少，綜合考慮切機(jī)靈敏度、新能源消納及斷面控制要求[5-6]，給出的切機(jī)方案效果如表6 所示。

表6 推薦切機(jī)方案效果表

依據(jù)表6 的計(jì)算結(jié)果，本文給出的推薦參考切機(jī)方案為：切河光電廠1 臺(tái)機(jī)組+陽(yáng)光電廠1 臺(tái)機(jī)組+鄧莊站光伏25%+傅莊站光伏25%后，海白II線潮流達(dá)到361 MW，接近其最大允許功率，該切機(jī)方案可滿足故障后過(guò)載線路的控制要求。

4 結(jié)論

a）西電東送通道工程中的陽(yáng)桂解環(huán)工程實(shí)施后，陽(yáng)泉區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定水平降低，需統(tǒng)籌考慮抑制短路電流及保障電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的措施，合理優(yōu)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

b）發(fā)生500 kV 侯陽(yáng)雙回線N-2 故障后，陽(yáng)泉電網(wǎng)盈余電力全部轉(zhuǎn)移至220 kV 聯(lián)絡(luò)線，220 kV海白雙回線潮流過(guò)載最嚴(yán)重，本文給出了降低海白雙回線潮流的切機(jī)靈敏度排序及推薦切機(jī)方案。

c）為徹底解決陽(yáng)泉電網(wǎng)穩(wěn)定水平下降的風(fēng)險(xiǎn)，需加強(qiáng)500 kV 陽(yáng)泉站、松溪站與主網(wǎng)的聯(lián)絡(luò)，提升網(wǎng)架強(qiáng)度。