覃惠玲，許 峰，劉裕昆

（1.廣西電網(wǎng)公司規(guī)劃研究中心，廣西 南寧 530000；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引 言

我國海岸線較長，沿海島嶼眾多，通過開發(fā)海島從而帶動(dòng)整個(gè)海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性是保障海島建設(shè)的前提，同是也是我國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的重要任務(wù)之一。

目前國內(nèi)已對(duì)交流與柔性直流的聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行了研究，并對(duì)大中型海島開展了詳細(xì)的聯(lián)網(wǎng)供電方案的規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。其中文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]對(duì)舟山電網(wǎng)和存在的問題進(jìn)行深入分析，從功率交換、電網(wǎng)穩(wěn)定與新能源并網(wǎng)、運(yùn)行方式和控制模式等角度闡述了與大陸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的必要性，提出應(yīng)用多端柔性直流輸電技術(shù)對(duì)大量風(fēng)電進(jìn)行并網(wǎng)的設(shè)想；文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]用柔直聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在海島供電方案上進(jìn)行了應(yīng)用和分析；文獻(xiàn)[5]介紹了南方電網(wǎng)南澳島多端柔性直流輸電示范工程中接線方式、運(yùn)行方式和工程參數(shù)選型等內(nèi)容；文獻(xiàn)[8]對(duì)海上風(fēng)電場不同的輸電方式進(jìn)行了分析比較，對(duì)于中大型海島和內(nèi)陸之間的聯(lián)網(wǎng)送電方式的選擇有一定的借鑒意義。

本文以國內(nèi)南部沿海某中大型海島A作為案例。首先分析了海島A的電力系統(tǒng)現(xiàn)況和需求預(yù)測，接著對(duì)聯(lián)網(wǎng)供電的必要性進(jìn)行了論述，然后對(duì)交流和柔性直流的聯(lián)網(wǎng)方案進(jìn)行了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的對(duì)比分析，最后對(duì)不同的聯(lián)網(wǎng)方案進(jìn)行了總結(jié)。

1 聯(lián)網(wǎng)方案擬定及比較

1.1 聯(lián)網(wǎng)方案擬定

根據(jù)A島實(shí)際供電情況和負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，預(yù)測至遠(yuǎn)景2035年島內(nèi)最大負(fù)荷約145 MW。本文將基于 2020年的規(guī)劃情況，以遠(yuǎn)景2035年作為水平年，進(jìn)行供電方案研究。分別擬定交流聯(lián)網(wǎng)和柔直聯(lián)網(wǎng)兩種方案進(jìn)行比選[6,7]。

交流方案（2回）：為滿足遠(yuǎn)景供電N-1要求，建設(shè)2回110 kV島內(nèi)b站至陸上c站的海底電纜聯(lián)網(wǎng)線路，大陸側(cè)電纜線路長度約2.5 km，海纜線路長約43 km，島上電纜長度約0.5 km，選用三芯500 mm2導(dǎo)線。陸上c站擴(kuò)建2個(gè)110 kV間隔，并配套裝設(shè)2組18 MVA高抗。新建110 kV全戶內(nèi)島內(nèi)b變電站1座。

柔直方案（2回）：為滿足遠(yuǎn)景供電N-1要求，建設(shè)2回“主網(wǎng)～A 島”的±80 kV、規(guī)模為100 MW的柔性直流線路，大陸側(cè)新建全戶內(nèi)d換流站1座（2×100 MW），對(duì)側(cè)單極接線，直流出線2回，110 kV交流出線2回至陸上c站，電纜長度約2.5 km，陸上c站擴(kuò)建2個(gè)110 kV 間隔。A島內(nèi)新建一座交直流合建e站1座。

1.2 聯(lián)網(wǎng)方案比較

1.2.1 技術(shù)比較

（1）潮流方面。采用遠(yuǎn)景2035年A島中方案負(fù)荷水平進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)潮流計(jì)算結(jié)果可以得出，2035年豐大正常運(yùn)行方式下，兩種聯(lián)網(wǎng)方案均能滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，電壓均在（-3%，+7%）合理范圍內(nèi)。正常運(yùn)行方式下，交流兩回線路平均輸送約50 MW潮流，在一回海纜故障下，另一回健全海纜輸送約100 MW潮流，滿足N-1運(yùn)行要求；兩回柔直在正常運(yùn)行情況下每回按輸送 50 MW 考慮，當(dāng)任意一回柔直其中的一極海纜線路發(fā)生故障，整一回柔直都將被迫停運(yùn)，此時(shí)另一回柔直需啟動(dòng)緊急功率提升至100 MW。因此，兩種方案在可靠性方面相當(dāng)[9,10]。

（2）損耗方面。交流方案主要為線路損耗，而柔直方案損耗則包括直流線路損耗和兩端換流站損耗兩部分。直流線路由于沒有無功傳輸影響，因此線路損耗比交流輸送損耗??；換流站損耗包括換流閥損耗、換流變壓器損耗、連接電抗器損耗及其他如冷卻設(shè)備損耗等，總體而言柔直聯(lián)網(wǎng)方案損耗比交流方案高。結(jié)合潮流計(jì)算結(jié)果，交流方案損耗約1.3 MW，柔直方案約3.4 MW。

（3）功角穩(wěn)定方面。采用BPA-PSD軟件進(jìn)行模擬，計(jì)算條件如下。

（a）計(jì)算水平年及運(yùn)行方式：對(duì)220 kV陸上c站及本工程投產(chǎn)后遠(yuǎn)景2035年進(jìn)行潮流計(jì)算和穩(wěn)定計(jì)算；

（b）運(yùn)行方式：選取豐大方式進(jìn)行計(jì)算；

（c）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)：包括中國南部4個(gè)省份500 kV和220 kV電網(wǎng)，考慮本工程與A島聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)；

（d）島內(nèi)自備電廠機(jī)組參數(shù)暫按小型內(nèi)燃機(jī)典型參數(shù)考慮。

經(jīng)仿真計(jì)算，交流聯(lián)網(wǎng)方案和柔直聯(lián)網(wǎng)方案在一回線路發(fā)生三相永久性故障時(shí)，切除故障線路后（0 s故障，0.12 s跳開），系統(tǒng)均可以保持穩(wěn)定。

1.2.2 經(jīng)濟(jì)比較

參考國內(nèi)類似工程造價(jià)情況，初步估算交流聯(lián)網(wǎng)方案總投資約57 983萬元，柔直聯(lián)網(wǎng)方案總投資約 123 463萬元。

1.2.3 占地面積比較

交流方案中主網(wǎng)側(cè)擴(kuò)建間隔需額外增加高抗位置，新增占地約1.3 m2，A島內(nèi)新建110 kV交流戶內(nèi)站占地約5.5 m2，總占地6.8 m2。柔直方案中，2回柔直合建送端換流站占地約19.7 m2，受端換流站交直流合建占地約25.1 m2，總占地約44.8 m2。

1.2.4 綜合比較

綜合上述各個(gè)方面的比較分析，匯總交流聯(lián)網(wǎng)與柔直聯(lián)網(wǎng)方案對(duì)比情況如表1所示?？梢钥吹?，交流與柔直方案聯(lián)網(wǎng)規(guī)模與最大送電能力一致，安全性均能滿足要求，交流方案網(wǎng)損低于柔直方案。

表1 交流與柔直方案綜合比較表

總投資、占地面積方面，交流方案均優(yōu)于柔直方案。因此綜合技術(shù)和經(jīng)濟(jì)比較，本工程推薦采用交流聯(lián)網(wǎng)方式對(duì)A島送電。

2 結(jié) 論

本文以國內(nèi)沿海某大型島嶼為例，分析了中大型島嶼與內(nèi)陸聯(lián)網(wǎng)的必要性和聯(lián)網(wǎng)方案。結(jié)合已投產(chǎn)的工程經(jīng)驗(yàn)和造價(jià)，通過技術(shù)安全性、投資經(jīng)濟(jì)性、土地資源使用情況和海洋資源占用情況對(duì)交流和柔性直流聯(lián)網(wǎng)送電方案進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，交流聯(lián)網(wǎng)方案在滿足技術(shù)性要求的前提下，總投資和土地及海洋資源占用方面更優(yōu)，因此為滿足海島的電力需求，推薦采用交流聯(lián)網(wǎng)的方案。