CN105098764A - 一种特高压交流落点送出工程优选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种特高压交流落点送出工程优选方法，包括以下步骤：通过电力电量平衡初步确定特高压交流落点500kV变电站范围，通过评估特高压落点后对近区500kV母线短路电流的影响初步筛选落点500kV变电站；结合特高压下送功率规模形成特高压交流落点送出工程方案集，通过评估各方案对特高压变电站1000、500kV母线短路电流的影响进一步筛选送出工程方案；通过短路电流和安全稳定校核，确定500kV送出工程优选方案。本发明提供通过评估特高压电网和近区500kV电网短路电流交互影响，可以有效剔除不合理的落点送出方案，显著减少不必要的计算工作量，方案指向性明确，可快速确定合理的特高压交流落点送出工程方案。

Description

一种特高压交流落点送出工程优选方法

技术领域

本发明属于电力系统安全稳定分析领域，具体涉及一种特高压交流落点送出工程优选方法。

背景技术

我国电网目前已形成华北-华中交流互联电网，华东电网孤网运行，通过直流系统与华北-华中电网相联。依据规划，未来10-20年我国还将建设数十回特高压直流工程，逐步形成特高压交直流混联电网，通过特高压直流、交流系统向中东部负荷中心供电。特高压交流落点位置的选择成为1000/500kV电网协调发展的关键技术。

目前，特高压交流落点送出工程的选择主要仍采用工程经验方法，首先初步选定几组500kV出线方案，然后对各出线方案进行短路电流计算、潮流分布计算和安全稳定计算，综合定性对各方案进行整体评估，选择相对较为合理的方案。整体看来，目前对特高压交流落点送出工程的选择方法仍嫌粗放，条理性和系统性相对不足。并且随着电网的快速发展，潮流方向、短路电流水平、安全稳定特性等均可能发生较大变化，仅依靠局部经验进行特高压交流落点送出工程的选择，难以适应电网复杂变化的近期和中远期综合需求。

因此，面对特高压电网加速建设，亟待解决特高压交流落点送出工程的优选等技术问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种可快速确定出特高压交流落点送出工程优选方法。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种特高压交流落点送出工程优选方法，包括以下步骤：

步骤一：通过电力电量平衡分析，确定500kV地区电网有功电力缺额，初步选定特高压交流落点的500kV电网范围；

步骤二：依据特高压电网网架和装机情况，计算落点前特高压电网提供给特高压落点变电站1000、500kV母线的短路电流；

步骤三：计算特高压变电站通过双回500kV线路送往近区500kV电网的短路电流；

步骤四：计算特高压落点前近区各500kV变电站短路电流，依据步骤三计算结果，判断特高压落点后近区500kV变电站短路电流是否超过变电站中断路器的额定遮断电流(该遮断电流可以为50kA、63kA或80kA，本发明中以63kA为佳)；若超过变电站中断路器的额定遮断电流，则不宜在该近区500kV变电站建设特高压交流落点送出工程；

步骤五：针对通过步骤四筛选得到的多个近区500kV变电站，依据特高压规划下网功率规模，确定特高压交流外送500kV线路条数，初步确定落点500kV变电站，形成特高压交流落点送出工程方案集；

步骤六：针对步骤五形成的每一个特高压交流落点送出工程方案，计算工程实施后特高压变电站1000、500kV母线短路电流，若导致特高压变电站1000或500kV任一母线短路电流超过变电站中断路器的额定遮断电流(该遮断电流可以为50kA、63kA或80kA，本发明中以63kA为佳)，则排除该方案；

步骤七：针对步骤六形成的每一个特高压交流落点送出工程方案，采用PSD程序进行短路电流校核和安全稳定校核，筛选最为合理的500kV送出工程方案。

所述步骤一中，从电力电量平衡结果中，确定出500kV区域电网中供电缺口大的区域电网，则初步选定这些区域电网作为特高压交流落点的范围。

确定500kV区域电网中供电缺口大的区域电网的方法为：当500kV线路能够满足对区域电网的供电需求，说明该区域电网无供电缺口；否则，说明该区域电网有供电缺口，当供电缺口达到3000MW以上，则属于区域电网中供电缺口大的区域电网，则初步选定该区域电网作为特高压交流落点的范围。

所述步骤二中，通过PSD-SCCPC或PSD-SCCP短路电流程序计算落点前特高压电网提供给特高压落点变电站1000kV母线的短路电流I_B1000S；所述落点前特高压电网提供给特高压落点变电站500kV母线的短路电流I_B525S通过式(1)、(2)计算得到：

$I_{B525S}=\frac{1.0}{(X_S+U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}})}---\left(1\right)$

$X_S=\frac{100}{\sqrt{3}*1050*I_{B1000S}}---\left(2\right)$

式中： $U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}}$ 为取n台并列变压器的等值电抗；U_k％为1000kV变压器的短路电压百分比；S_T为1000kV变压器的额定容量；X_S为1000kV系统的等值电抗；I_B1000S为1000kV系统注入短路电流值。

所述步骤三中，计算特高压变电站通过双回500kV线路送往近区500kV电网的短路电流。结合目前特高压电网建设经验和初步规划，特高压变电站的500kV出线一般在30-90公里之间，考虑线路越长则短路电流衰减越多，为计算保守起见，按照长度为30公里的双回500kV出线评估其造成的近区500kV母线短路电流增量I_Bj+，并按照下式进行计算：

$I_{\mathrm{Bj}+}=\frac{1.0}{(\frac{100}{\sqrt{3}*525*I_{B525S}}+\frac{1}{2}{X}_{L0}*L)}---\left(3\right)$

其中，I_Bj+为特高压变电站通过双回500kV线路送往近区第j个500kV变电站的短路电流增量，j＝1，2，....m，m为特高压落点近区500kV变电站个数，X_L0为单回500kV线路单位长度阻抗值(X＝0.2712Ω/km)，L为500kV出线长度。，按30公里考虑。

所述步骤四中，计算特高压落点后各500kV变电站的短路电流的方法为：

首先，采用PSD-SCCPC或PSD-SCCP短路电流程序计算特高压落点前各500kV变电站的短路电流；

然后，将所述特高压落点前每个500kV变电站的短路电流依次与所述特高压变电站通过双回500kV线路送往500kV变电站的短路电流增量相加，得到特高压落点后各500kV变电站的短路电流。

所述步骤五中，下网功率水平最低标准为4000MW，其所对应的500kV输电通道为2个、500kV线路为4回；下网功率水平每增加1MW-2000MW时，500kV输电通道的增量为1个、500kV线路的增量为2回，以此规则来确定特高压交流外送500kV线路条数。

所述步骤六中，工程实施后特高压电网提供给特高压变电站1000kV母线的短路电流等于落点前特高压电网提供给特高压落点变电站1000kV母线的短路电流I_B1000S加上工程实施后特高压电网提供给特高压变电站1000母线的短路电流增量I_B1000S+；工程实施后特高压电网提供给特高压变电站500kV母线的短路电流等于落点前特高压电网提供给特高压落点变电站500kV母线的短路电流I_B525S加上工程实施后特高压电网提供给特高压变电站500kV母线的短路电流增量I_B525S+。

工程实施后近区特高压(500kV)电网提供给特高压变电站1000、500kV母线的短路电流增量I_B525S+、I_B1000S+按照下式进行计算：

$I_{B525S+}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1.0}{(\frac{100}{\sqrt{3}*525*I_{B525i}}+\frac{1}{2}{X}_{L0}*L_i)}---\left(4\right)$

$I_{B1000S+}=\frac{1.0}{(\frac{100}{\sqrt{3}*1050*I_{B525S+}}+U_{k1}\%\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}})}---\left(5\right)$

式中，k为特高压交流送出工程方案中500kV变电站个数，i＝1，2，....k，I_B525i为特高压交流落点前第i个500kV变电站高压母线短路电流数值，X_L0为单回500kV线路单位长度阻抗值(X＝0.2712Ω/km)，L_i为第i个500kV变电站到特高压变电站的500kV线路长度。

所述步骤七中，通过PSD-SCCPC或PSD-SCCP短路电流程序进行短路电流校核，若短路电流不超标，则保留该方案，反之，则排除该方案；通过PSD-BPA程序对经过短路电流校核后保留下来的方案进行安全稳定校核，在安全稳定校核过程中，选择故障潮流分布最合理以及母线电压恢复水平最合理的特高压交流落点送出工程方案为优选方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

通过电力电量平衡初步确定特高压交流落点500kV变电站范围，通过评估特高压落点后对近区500kV母线短路电流的影响初步筛选落点500kV变电站，大大缩小了可选近区500kV变电站范围；结合特高压下送功率规模形成特高压交流落点送出工程方案集，通过评估各方案对特高压变电站1000、500kV母线短路电流的影响进一步筛选送出工程方案，有效减少了对各方案的综合评估计算工作量。与其他方法相比，该方法物理意义，通过特高压电网和近区500kV电网短路电流配合约束剔除不合理的落点送出方案，大大减少了不必要的计算分析，指向性明确，可快速确定合理的特高压交流落点送出工程方案。

附图说明

图1是一种特高压交流落点送出工程优选方法流程图；

图2是本发明实施例中初步选定特高压交流落点的500kV电网范围结构示意图；

图3是本发明实施例中特高压交流送出工程方案1电网结构示意图；

图4是本发明实施例中特高压交流送出工程方案2电网结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种特高压交流落点送出工程优选方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：从河南电网电力电量平衡的结果来看，许漯周、驻信地区供电缺口较大，需要配置特高压交流落点，从500kV电网的实际情况来看，初步可供选择的500kV并网变电站包括周口、周口西、邵陵、驻北、嵖岈、驻东、浉河、信阳东，图2所示即为初步选定特高压交流落点的500kV电网范围结构示意图。

步骤2：特高压驻马店站落点前短路计算表明，1000kV电网注入驻马店1000kV母线的短路电流为46.6kA，以45kA考虑。规划驻马店站为2*45000MVA变压器，1000kV变压器高中侧短路电压百分比按照18％考虑，则依照式(1)、式(2)1000kV电网注入驻马店500kV母线短路电流为34.1kA。

步骤3：按照式(3)计算特高压变电站通过双回500kV线路送往近区500kV电网的短路电流为23.3kA。

步骤4：计算特高压落点前近区各500kV变电站短路电流，依据步骤3计算结果，判断特高压落点后近区500kV变电站短路电流是否超过63kA，计算结果如表1所示：

表1特高压落点前后近区各500kV变电站短路电流

步骤5：通过对表1计算结果分析可知，以距离遮断容量裕度为(15，25)kA作为理想裕度标准，考虑特高压经500kV双回线与500kV电网相联后，邵陵母线短路电流超标，因此排除邵陵母线；周口西、驻北母线短路电流裕度较小，排除；周口、嵖岈与泖河母线短路电流裕度较为理想，可优先选择；驻东、信阳东母线短路电流裕度偏大，说明该地区网架相对较为薄弱，是否需要接入特高压500kV出现需要综合考虑。因此初步确定落点500kV变电站优选泖河、周口、嵖岈母线，其次为信阳东、驻东。

从实际电网结构来看，泖河、嵖岈两站紧邻，同时与特高压500kV电网接线相联并不合适，因此分别对新建500kV特高压驻马店-泖河双回+特高压驻马店-周口双回、新建500kV特高压驻马店-嵖岈双回+特高压驻马店-周口双回。考虑到特高压驻马店站规划为2*4500MVA主变，正常方式下其功率下注水平应在5000-6000MW左右，4回500kV线路难以满足单一通道故障后的潮流送出任务，因此考虑再增加一个500kV双回输电通道，可选母线包括驻东、信阳东。从完善特高压驻马店站近区500kV电网环网结构的角度来说，新建500kV通道应落点驻东母线，这样可形成500kV双环网，供电可靠性较高。若新建500kV通道落点信阳东母线，则500kV驻东站仅通过双回500kV信阳东-驻东双回联络，网架薄弱，供电可靠性偏低；且驻马店地区将通过500kV驻北、嵖岈、驻东站形成500/220kV电磁环网，若发生500kV信阳东-驻东N-2故障，则大量潮流穿越驻马店220kV电网，安全稳定隐患较大。

因此确定方案1为新建500kV特高压驻马店-泖河双回+特高压驻马店-周口双回+特高压驻马店-驻东双回，方案2为新建500kV特高压驻马店-嵖岈双回+特高压驻马店-周口双回+特高压驻马店-驻东双回，分别如图3、图4所示。

步骤6：针对步骤5形成的每一个特高压交流落点送出工程方案，计算工程实施后特高压变电站1000、500kV母线短路电流，结果如表2所示：

表2500kV出线工程投运后对特高压驻马店站1000、500kV母线短路电流的影响(kA)

结果表明，方案2中特高压驻马店500kV短路电流超标，因此排除方案2。方案1中短路电流略微超标。该误差产生的主要原因为公式计算结果与现有短路电流计算结果是直接累加，未考虑网络结构变化的影响，因此表2得到的短路电流增量相对偏大，但结果尚可接受；同时对实际电网来说裕度较大，较为保守，是可以接受的。

步骤7：针对步骤6形成的每一个特高压交流落点送出工程方案，采用PSD程序进行短路电流校核和安全稳定校核，计算结果分别如表3、表4所示：

表3短路电流校核

表4安全稳定计算结果对比

由表3可知，采用方案1后，特高压落点近区500kV母线短路电流均不超标，且留有相当的裕度；特高压驻马店站500kV、1000kV短路电流分别55.8kA和55.2kA，均不超标，且留有一定的裕度。

由表4可知，采用方案1后，特高压近区线路发生N-2故障后，系统能够安全稳定运行，母线电压稳定，线路功率不越限；发生500kV锡盟直流双极闭锁后，驻马店特高压500kV母线出现线路功率不越限，系统能够稳定运行。

由表3和表4可知，方案1能够通过系统的短路电流校核及安全稳定校核。

因此，从短路电流协调配合、安全稳定控制等方面综合考虑，推荐特高压驻马店站500kV线路出线方案为：500kV驻马店-泖河双回、驻马店-驻东双回、驻马店-周口双回，即(方案1)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：通过电力电量平衡分析，初步选定特高压交流落点的500kV电网范围；

步骤二：计算落点前特高压电网提供给特高压变电站1000kV和500kV母线的短路电流；

步骤三：计算特高压变电站通过双回500kV线路送往500kV变电站的短路电流增量；

步骤四：计算特高压落点后各500kV变电站的短路电流，并依次判断特高压落点后每个500kV变电站的短路电流是否超过变电站中断路器的额定遮断电流；若超过，则不宜在该500kV变电站建设特高压交流落点送出工程；若未超过，则保留该500kV变电站；

步骤五：在步骤四筛选得到的500kV变电站中，依据特高压规划下网功率水平，确定特高压交流外送500kV线路条数，初步确定落点500kV变电站，形成各特高压交流落点送出工程方案；

步骤六：针对步骤五形成的每个特高压交流落点送出工程方案，计算工程实施后特高压电网提供给特高压变电站1000kV和500kV母线的短路电流，若导致特高压变电站1000或500kV任一母线短路电流超过变电站中断路器的额定遮断电流，则排除该方案；

步骤七：经过短路电流校核和安全稳定校核，筛选最为合理的特高压交流落点送出工程方案。

2.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤一中，从电力电量平衡结果中，确定出500kV区域电网中供电缺口大的区域电网，则初步选定这些区域电网作为特高压交流落点的范围。

3.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤二中，通过PSD-SCCPC或PSD-SCCP短路电流程序计算落点前特高压电网提供给特高压落点变电站1000kV母线的短路电流I_B1000S；所述落点前特高压电网提供给特高压落点变电站500kV母线的短路电流I_B525S通过式(1)、(2)计算得到：

$I_{B525S}=\frac{1.0}{(X_S+U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}})}---\left(1\right)$

$X_S=\frac{100}{\sqrt{3}*1050*I_{B1000S}}---\left(2\right)$

其中， $U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}}$ 为取n台并列变压器的等值电抗；U_k％为1000kV变压器的短路电压百分比；S_T为1000kV变压器的额定容量；n为1000kV变压器个数；X_S为1000kV系统的等值电抗。

4.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤三中，所述特高压变电站通过双回500kV线路送往500kV变电站的短路电流增量的计算公式为：

$I_{\mathrm{Bj}+}=\frac{1.0}{(\frac{100}{\sqrt{3}*525*I_{B525S}}+\frac{1}{2}{X}_{L0}*L)}---\left(3\right)$

其中，I_Bj+为特高压变电站通过双回500kV线路送往近区第j个500kV变电站的短路电流增量，j＝1，2，....m，m为特高压落点500kV变电站个数；I_B525S为落点前特高压电网提供给特高压落点变电站500kV母线的短路电流；X_L0为单回500kV线路单位长度阻抗值，L为500kV线路出线长度。

5.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤四中，计算特高压落点后各500kV变电站的短路电流的方法为：

首先，采用PSD-SCCPC或PSD-SCCP短路电流程序计算特高压落点前各500kV变电站的短路电流；

然后，将所述特高压落点前每个500kV变电站的短路电流依次与所述特高压变电站通过双回500kV线路送往500kV变电站的短路电流增量相加，得到特高压落点后各500kV变电站的短路电流。

6.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤五中，下网功率水平最低标准为4000MW，其所对应的500kV输电通道为2个、500kV线路为4回；下网功率水平每增加1MW-2000MW时，500kV输电通道的增量为1个、500kV线路的增量为2回，以此规则来确定特高压交流外送500kV线路条数。

7.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤六中，工程实施后特高压电网提供给特高压变电站1000kV母线的短路电流等于落点前特高压电网提供给特高压落点变电站1000kV母线的短路电流I_B1000S加上工程实施后特高压电网提供给特高压变电站1000母线的短路电流增量I_B1000S+；

工程实施后特高压电网提供给特高压变电站500kV母线的短路电流等于落点前特高压电网提供给特高压落点变电站500kV母线的短路电流I_B525S加上工程实施后特高压电网提供给特高压变电站500kV母线的短路电流增量I_B525S+。

8.根据权利要求7所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，工程实施后特高压电网提供给特高压变电站500kV母线的短路电流增量I_B525S+的计算公式为：

$I_{B525S+}=\underset{i=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1.0}{(\frac{100}{\sqrt{3}*525*I_{B525i}}+\frac{1}{2}{X}_{L0}*L_i)}---\left(4\right)$

所述工程实施后特高压电网提供给特高压变电站1000kV母线的短路电流增量I_B1000S+的计算公式为：

$I_{B1000S+}=\frac{1.0}{(\frac{100}{\sqrt{3}*1050*I_{B525S+}}+U_{k1}\%\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}})}---\left(5\right)$

其中，k为特高压交流送出工程方案中500kV变电站个数，i＝1，2，....k；I_B525i为特高压交流落点前第i个500kV变电站高压母线短路电流，X_L0为单回500kV线路单位长度阻抗值，L_i为500kV线路出线长度； $U_{k1}\%\×\frac{100}{S_{T1}}//U_{k2}\%\×\frac{100}{S_{T2}}//......//U_{\mathrm{kn}}\%\×\frac{100}{S_{\mathrm{Tn}}}$ 为取n台并列变压器的等值电抗；U_k％为1000kV变压器的短路电压百分比；S_T为1000kV变压器的额定容量；n为1000kV变压器个数。

9.根据权利要求1所述的一种特高压交流落点送出工程优选方法，其特征在于，所述步骤七中，通过PSD-SCCPC或PSD-SCCP短路电流程序进行短路电流校核，若短路电流不超标，则保留该方案，反之，则排除该方案；

通过PSD-BPA程序对经过短路电流校核后保留下来的方案进行安全稳定校核，在安全稳定校核过程中，选择故障潮流分布最合理以及母线电压恢复水平最合理的特高压交流落点送出工程方案为优选方案。