司瑞华 刘永民 孙思培 袁 鹏

（国网河南省电力公司经济技术研究院，河南 郑州 450052）

特高压直流落点选择实用方法及在河南电网中的应用

司瑞华 刘永民 孙思培 袁 鹏

（国网河南省电力公司经济技术研究院，河南 郑州 450052）

按照河南省“内节外引”能源发展战略，预计远期河南电网三分之一的电力需求需要依靠外来电力，需要新增3条特高压直流馈入。本文提出特高压直流落点选择的实用方法，以河南电网为例，提出远期河南电网3条特高压直流落点的可行性方案，推荐方案可以适应多直流馈入河南电网需求，保障河南电力供应。

特高压直流落点；电网；静态稳定性；暂态稳定性

按照河南省“内节外引”能源发展战略，预计远期河南电网将有三分之一的电力需求依靠区外来电，特高压直流大容量、多落点馈入将构筑河南电网新形态。依据最新规划，远期河南电网将新增3条特高压直流馈入，输电规模约30 000MW，河南电网特高压交直流混联馈入格局更为复杂。因此，迫切需要研究入豫特高压直流工程的落点布局方案和建设时序，针对不同落点布局方案对河南电网安全稳定运行的影响，推荐合理的特高压直流并网方案，确保外来电力落得下、送得出，提高河南电网能源安全保障能力。

1 特高压直流落点选择方法

特高压直流由于输电规模大，对落点区域的网架结构和负荷消纳能力有较高的要求，现提出特高压直流落点选择方法［1］。

①对受端电网进行电力缺额评估，初步选择落点区域和落点类型。对于受端某区域电网，电力缺额小于3 000MW时，应选择特高压交流落点；电力缺额在3 000MW～6 000MW时，选择特高压交流或直流落点均可；电力缺额在6 000MW以上时，应选择特高压直流落点。

②对受端电网与外区联络的500kV通道强度进行评估，初步确定可接受的直流输电规模。通过热稳和暂稳计算等，确定受端电网原有500kV联络通道的供电极限能力，评估特高压直流落点后，直流故障后损失的最大功率与500kV联络通道供电极限的关系，计算受端电网可接受外区来电的比例，确定直流输电规模。

③进行特高压直流落地后受端电网适应性评估，推荐合理落点方案。多个直流馈入后，对受端电网的潮流特性、短路电流和短路比指标进行评估；针对直流的严重故障，评估直流落点后的稳定风险，推荐合理的特高压直流落点布局方案。

对于特高压直流落点布局方案的评估，潮流、短路和暂稳计算比较常规，要考虑多个直流之间的相互影响，对于多直流馈入系统，引入一种计及各回直流相互影响和作用的交流电网强度评价指标，简称多直流馈入短路比（MSCR），如第i回直流的MSCR定义如下：

式（1）中，Pdi、Zsi分别为第i回直流线路的运行功率以及换流母线的自阻抗；Zij为直流线路i和j换流母线之间的互阻抗。

采用MSCR定量指标评价多直流馈入后交流系统的强弱，依据多直流馈入短路比评价交流系统强弱的标准为：MSCR＞3，交流系统强；2＜MSCR＜3，交流系统弱；MSCR＜2，交流系统极弱。

一般受端电网的MSCR应大于3，才能保证直流馈入后电网的安全稳定水平，但也不是越大越好，同时要考虑系统短路电流的约束。

2 远期河南电网特高压直流落点方案拟定

河南电网目前已投产特高压直流1条，即±800kV天中直流，额定功率8 000MW，根据国家电网中长期电力流规划，2020—2030年河南需新增3条特高压直流，每条直流额定功率在8 000～12 000MW。

为分析特高压直流落点区域，首先对河南电网各区域进行中长期电力平衡。根据河南电网结构特点，将河南电网分为豫北、豫中、豫南三大区域电网，其中：豫北电网涵盖安徽、鹤壁、濮阳（以下简称“安鹤濮”）以及焦作、新乡（以下简称“焦新”）地区；豫中电网涵盖洛阳、三门峡、济源、郑州以及开封、商丘（以下简称“开商”）地区；豫南电网涵盖平顶山、南阳、许昌以及漯河、周口、驻马店、信阳（以下简称“漯周驻信”）地区。

考虑河南省内规划电源，河南电网各分区电力平衡情况见表1。

从分大区电力平衡来看，豫北、豫中和豫南电网远期均是受端电网，需要外区来电补给。

豫北地区2030年电力缺额达到5783MW，考虑到豫北-豫中联络线仅4回线路，依靠500kV交流通道来满足电力需求易引发线路过载或系统失稳等问题，因此，豫北地区应考虑直流馈入，直流规模不宜超过8000MW，避免直流闭锁后，出现联络通道难以承受大规模潮流转移的情况。

豫中的郑开商地区是河南电力缺额较大地区，2030年电力缺额约为11 700MW，由于郑开商电网与外区联络500kV通道较多，多达11回线路，除保持以天中直流为电源点外，应新建直流接入或者继续补强交流受电通道，其中新增直流输电规模可以在8 000～12 000MW。

豫南是未来河南电网电力缺额最多地区，特别是周口、驻马店、信阳地区，至2030年，电力缺额约为17 339MW，鉴于电力缺额太大，豫南地区必须引进特高直流。目前，南阳地区已建设有南阳特高压交流站，可以满足特高压直流以不同方式接入，新增直流输电规模应在10 000MW以上。

从分小区电力平衡来看，2020年电力缺额最大的是漯周驻信、安鹤濮和南阳地区，2030年电力缺额最大的依次是漯周驻信、郑州、安鹤濮地区。

根据以上电力平衡和各分区电网网架特点，对河南电网未来新增的第二、三、四条直流落点拟定两个方案，如表2所示。

表2 新增直流落点方案

方案一：三条直流分别落点南阳、漯周驻信和安鹤濮地区。

方案二：三条直流分别落点漯周驻信、安鹤濮以及郑州和开商地区。

3 方案比较

3.1 静态稳定性比较

静态稳定性主要从潮流、短路电流和多直流馈入短路比3个方面进行评估比较。

①潮流方面。方案一：第二条直流接入近期南阳地区后，特高压直流大部分功率需经过南阳换流站—嵖岈变双回线路转送至漯周驻信地区，两回线路潮流偏重，远期豫南地区拥有两条直流，河南电网传统“北电南送”潮流格局逆转为“南电北送”，豫中-豫南断面北送潮流偏重。方案二：豫北、豫中和豫南电网潮流以特高压为中心呈辐射状分布，豫北-豫中和豫中-豫南等重要输电断面潮流较轻，避免了潮流的大范围转送。

②短路电流方面。方案一和方案二，短路电流偏高站点均分布在南阳特高站周围，南阳特高压站500kV母线必须采取分列运行措施，方案一和方案二南阳特高压站500kV母线短路电流分别控制为62.8kA和60.6kA，均接近断路器的开断能力。

③多直流馈入短路比方面。方案一由于漯周驻信地区电源装机较少，对第三条直流接入该地区后的支撑能力较弱，其多馈入短路比略低于3。方案二，各条直流的多馈入短路比均在3以上，说明受端电网能够达到强交流电网的水平。多直流馈入短路比比较见表3。

表3 多直流馈入短路比比较

3.2 暂态稳定性比较

从系统的暂稳稳定性评估两个直流落点方案下河南电网安全稳定水平，暂稳计算采用中国电科院BPA电力系统分析程序。

交流系统发生N-1故障时或直流单极闭锁故障时，两个方案下的河南电网均能保持稳定运行。

对于直流双极闭锁故障，方案一，正常情况下，豫中-豫南断面已处于重载状态，在天中直流或者第四条直流发生双极闭锁故障后，交流系统潮流发生大范围转移，豫中-豫南输电断面北送潮流进一步加重，造成系统电压降低，最终导致系统振荡，不能维持稳定运行，仿真计算结果如图1所示。该方案下需要研究直流双极闭锁后的系统稳控措施，以保证系统安全稳定运行。

图1 方案一天中直流双极闭锁时相关母线电压

方案二，任一直流双极闭锁时，系统均可保持稳定运行，仿真计算结果如图2所示。

图2 方案二天中直流双极闭锁时相关母线电压

综合以上分析，方案二潮流分布、系统稳定性方面优于方案一，推荐方案二作为远期河南电网特高压直流落点布局方案，即第二条直流优先落点电力缺口最大的漯周驻信地区，第三、四条直流根据负荷发展分别落点安鹤濮和郑开商地区。

4 结论

本文提出了一种特高压直流落点选择实用方法，首先根据电力平衡结果确定落点区域和落点类型，然后从受端电网与外区电网联络强度初步确定直流规模，最后评估不同特高压直流落点方案，分析多直流的相互影响和系统的安全稳定性，推荐合理方案。经比较分析，得出远期河南电网直流落点布局方案：第二条直流优先落点电力缺口最大的漯周驻信地区，第三、四条直流根据负荷发展2030年以前分别落点安鹤濮和郑开商地区，推荐方案可以适应多直流馈入河南电网的需求，保障远期河南电力供应。

［1］周勤勇，刘玉田，汤涌.受端电网最大直流受入规模分析方法［J］.高电压技术，2015（3）：770-777.

A Practical Method for Selectingthe Placement of UHVDC and Its Application in Henan Power Grid

Si Ruihua Liu Yongmin Sun Sipei Yuan Peng
（State Grid Henan Electric Power Company Economic Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

According to the"internal saving and external introduction"energy development strategy of Henan province,about one third of power of Henan power grid should get from external in the future,and three UHVDC should be increased.This paper presented a practical method for selecting the placement of UHVDC,took Henan power grid as an example,presented some feasible schemes of three UHVDC feed in Henan power grid,the proposed scheme can adapt to the demand of Henan power grid with multi infeed UHVDC,and guarantee the power supply.

UHVDCplacement；power grid；static stability；transient stability

TM715

A

1003-5168（2017）07-0137-03

2017-06-02

司瑞华（1984-），男，硕士，工程师，研究方向：电网规划与电力系统分析；刘永民（1976-），男，硕士，高级工程师，研究方向：电网规划与电力系统分析；孙思培（1987-），男，硕士，工程师，研究方向：电网规划与电力系统分析；袁鹏（1987-），男，硕士，工程师，研究方向：电网规划与电力系统分析。