CN112417629B - 一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，首先分析多直流馈入片区受端电网规划年份是否有必要进行分层分区；其次确定片区电网联络相对薄弱断面，初步确认分区数量和规模；再次考虑特高压交直流相互备用的原则，进行片区电网的典型分层分区组团模式选择，确认分区数量和规模；然后进行分层分区方案的设计，并通过短路电流、多馈入直流短路、潮流、稳定校核以及与目标网架衔接校核，确定最终的分层分区方案；本发明方便对多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划进行指导，既适用于现存片区电网的分层分区研究，也适用于规划片区电网的分层分区规划。

Description

一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法

技术领域

本发明涉及电力系统规划技术领域，具体涉及一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法。

背景技术

近些年来，我国特高压交直流电网的发展取得了长足的进步，全国已形成了华北、东北、华东、华中、南方和西北等六大区域电网。其中华北、华中和华东电网作为我们电网的大的受端电网，均已形成了多直流馈入的电网格局，且后续尚需进一步规划特高压直流受入，同时为满足多直流馈入后的电网安全，构建“强交强直”的特高压交流环网是必然要求。至目前为止华北、华东的特高压电网已初具雏形，华中电网已在开展特高压环网的实质性建设工作。

根据《电力系统安全稳定导则GB 38755-2019》的要求，随着高一级电压等级电网的建设，下级电压等级电网应逐步实现分层分区运行，相邻分区之间保持互为备用，应避免和消除严重影响电力系统安全稳定的不同电压等级的电磁环网。因此，多直流馈入的受端电网在特高压电网建到一定规模后，1000和500kV实现分层分区是必然趋势，然而目前对多直流馈入的受端电网的1000/500kV分层分区规划的方法尚未进行系统梳理，对分层分区的时机选择、典型交直流互备的供电组团模式、具体分层分区的方案设计等内容尚需一套行之有效的方法来进行指导。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种既适用于现存片区电网的分层分区研究，也适用于规划片区电网的分层分区规划的多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，所述规划方法主要包括如下步骤：

1)从短路电流控制和弱电磁环网两个方面进行评估，分析多直流馈入片区受端电网规划年份是否有必要进行分层分区；

2)确定片区电网联络相对薄弱断面，初步确认分区数量和规模；

3)考虑特高压交直流相互备用的原则，进行片区电网的典型分层分区组团模式构建和选择，确认分区数量和规模；

4)按步骤3)确定的分区数量和规模进行分层分区方案的设计，确定分层分区正常方式开断线路，并对分区后形成的500kV终端站或者局部薄弱断面进行补强；

5)进行短路电流和多馈入直流短路比计算分析；

6)进行潮流和稳定计算校核；

7)根据目标网架方案进行校核；将分层分区后的电网与目标网架方案进行对比校核，若存在不符合的地方，则重复步骤4)—步骤6)；

8)按确定的方案进行分层分区。

进一步地，所述短路电流控制主要包括分析片区受端电网分层分区前的500kV站点的短路电流系数，计算公式如下：

式中：η为片区电网的短路电流系数，n_超为片区电网短路电流超过55kA的500kV站点个数，n_总片区电网500kV站点的总个数；当0η≤0.1时，片区电网为定义为低短路电流电网；0.1＜η≤0.2时，片区电网为定义为中短路电流电网；η＞0.2时，片区电网定义为高短路电流电网；

所述弱电磁环网一方面分析片区电网的1000kV特高压网架是否形成了双环网及以上的更坚强的特高压电网，另一方面分析是否存在1000kV和500kV同方向通道的输送潮流受限问题；对于0η≤0.1的电网一般可以考虑网络改接、出串、部分线路拉停方式将短路控制在设备容量以内，0.1＜η≤0.2的电网为可考虑网络改接、出串、部分线路拉停和分层分区相结合的方式控制短路电流；η＞0.2时电网可主要考虑通过分层分区解决，同时若1000kV已形成双环网且存在潮流输送受限的问题时宜进行分层分区。

进一步地，所述步骤5)中的短路电流和多馈入直流短路比计算分析具体包括：

a)计算分区后的短路电流系数，是否属于0η≤0.2的中低短路电流电网，若不满足，可考虑局部网架调整等措施使其满足要求；

b)校核分区后的多馈入直流短路比，其定义如下：

式中：i-直流回路编号；S_ac-直流馈入换流母线的短路容量，MVA；P_deq-考虑其他直流回路影响后的等值直流功率，MW；Z_eqij-从各直流换流母线看进去的等值节点阻抗矩阵Z_eq的第i行、j列元素，Ω；U_i-换流母线电压，kV；|Z_eqij/Z_eqii|P_dj-另一回直流对该回直流功率的影响；一般要求MSCR_i大于2.5，一般的按以上组团分区后的MSCR_i能大于2.5,若个别直流小于2.5，则可以通过组团内的网架调整优化使MSCR_i满足要求。

进一步地，所述步骤6)中的潮流和稳定计算校核具体包括：

a)计算分区后的直流单极和双极闭锁时的特高压交流支撑能力，应满足分区内一座直流双极闭锁后特高压主变的降压功率不超主变短时过载能力，若不满足，则调整组团内的网架结构或者增加特高压主变；

b)校核分区后的交直流混合电网的稳定水平，应满足交流系统故障短路不至引起直流连续换相失败，直流故障不至引起交流系统功角失稳和电压失稳。

本发明的有益技术效果在于：本发明在分析多直流馈入片区受端电网规划年份是否有必要进行分层分区的基础上，基于特高压交直流相互备用的组团模式，给出了1000/500kV电网的分层分区方法，实现了分层分区方案的设计，并满足短路电流、多馈入直流短路比、潮流、稳定计算校核以及与目标网架的校核比较，该方法既适用于现存片区电网的分层分区研究，也适用于规划片区电网的分层分区规划。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为1000/500kV电网分区域示意图；

图3为分区内特高压交直流互济的第一种网架结构示意图；

图4为分区内特高压交直流互济的另一种网架结构示意图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

本发明的目的是提供一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，以方便对多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划进行指导。本文所称片区电网，是指需要研究的大电网的一部分，既可以为一个大的区域电网、也可以为省级电网，甚至可以考虑几个1000kV特高压站组成的供电区域。

本发明首先分析多直流馈入片区受端电网规划年份是否有必要进行分层分区；其次确定片区电网联络相对薄弱断面，初步确认分区数量和规模；再次考虑特高压交直流相互备用的原则，进行片区电网的典型分层分区组团模式选择，确认分区数量和规模；然后进行分层分区方案的设计，并通过短路电流、多馈入直流短路、潮流、稳定校核以及与目标网架衔接校核，确定最终的分层分区方案。

如图1-4所示，本发明所述的一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，所述规划方法主要包括如下步骤：

1)从短路电流控制和弱电磁环网两个方面进行评估，分析多直流馈入片区受端电网规划年份是否有必要进行分层分区；

所述短路电流控制主要包括分析片区受端电网分层分区前的500kV站点的短路电流系数，计算公式如下：

式中：η为片区电网的短路电流系数，n_超为片区电网短路电流超过55kA的500kV站点个数，n_总片区电网500kV站点的总个数；当0η≤0.1时，片区电网为定义为低短路电流电网；0.1＜η≤0.2时，片区电网为定义为中短路电流电网；η＞0.2时，片区电网定义为高短路电流电网；

所述弱电磁环网一方面分析片区电网的1000kV特高压网架是否形成了双环网及以上的更坚强的特高压电网，另一方面分析是否存在1000kV和500kV同方向通道的输送潮流受限问题；对于0η≤0.1的电网一般可以考虑网络改接、出串、部分线路拉停方式将短路控制在设备容量以内，0.1＜η≤0.2的电网为可考虑网络改接、出串、部分线路拉停和分层分区相结合的方式控制短路电流；η＞0.2时电网可主要考虑通过分层分区解决，同时若1000kV已形成双环网且存在潮流输送受限的问题时宜进行分层分区。

2)确定片区电网联络相对薄弱断面，初步确认分区数量和规模；目前的500kV成片电网以省际断面、自然地理分割、行政区划等自然出现500kV电网联络相对薄弱断面，薄弱断面一般是分层分区的首选断面，这些地方分层分区一般开断线路较少，补强代价不大，据此可初步确认分区数量和规模。

3)考虑特高压交直流相互备用的原则，进行片区电网的典型分层分区组团模式构建和选择，确认分区数量和规模；1000kV和500kV电网的关系可类比500kV和220kV电网的关系，由于我国的500kV电网已经形成了较大规模的环网结构，同时1座500kV站可以接带6-8座220kV站，所以500kV和220kV电网可以基本以单个500kV变电站为中心进行分区。因为1000kV电网接入电源少，而500kV电网已经接入了大量的电源，同时1座特高压站仅可带2-3个500kV变电站，所以，1000kV和500kV电网之间无法构建类似于500kV和220kV电网之间的分层分区中心式环网。因此，本发明提出构建一种特高压交直流互备组团的供电模式，实践表明，一片500kV区域电网负荷超过6000万千瓦及以上时，短路电流控制会存在较大的困难，而一个区域电网要体现交直流互备的功能，要对一个受端直流换流站800万千瓦具备支撑作用，分区电网规模又不能分的太小，一般不宜低于3000万千瓦。综上，可以考虑以包含1-2座特高压受入直流和1-2做特高压交流站为区域支撑的分区模式，区域负荷3000-6000万千瓦，具体一个分区内的典型网架结构如图3-4所示。

方案a)一个受端直流换流站通过6回500kV线路集中接入电网，分区内构建2个特高压交流站与直流形成互济，一个近端支撑，一个对侧支撑，同时供区内接入一定容量的电厂，保障分区与外部的交换功率在特高压交流变压器的限额之内。

方案b)一个受端直流换流站高低端分别通过4回500kV线路接入电网，分区内构建2个特高压交流站与直流形成互济，一个近区分段支撑，一个远端支撑，同时供区内接入一定容量的电厂，保障分区与外部的交换功率在特高压交流变压器的限额之内。

按以上步骤同时结合步骤2)的联络薄弱断面，进一步确认分区数量和规模。

4)按步骤3)确定的分区数量和规模进行分层分区方案的设计，确定分层分区正常方式开断线路，并对分区后形成的500kV终端站或者局部薄弱断面进行补强；

5)进行短路电流和多馈入直流短路比计算分析；具体包括以下两个方面：

a)计算分区后的短路电流系数，是否属于0η≤0.2的中低短路电流电网，若不满足，可考虑局部网架调整等措施使其满足要求；

b)校核分区后的多馈入直流短路比，其定义如下：

式中：i-直流回路编号；S_ac-直流馈入换流母线的短路容量，MVA；P_deq-考虑其他直流回路影响后的等值直流功率，MW；Z_eqij-从各直流换流母线看进去的等值节点阻抗矩阵Z_eq的第i行、j列元素，Ω；U_i-换流母线电压，kV；|Z_eqij/Z_eqii|P_dj-另一回直流对该回直流功率的影响；一般要求MSCR_i大于2.5，一般的按以上组团分区后的MSCR_i能大于2.5,若个别直流小于2.5，则可以通过组团内的网架调整优化使MSCR_i满足要求。

6)进行潮流和稳定计算校核；具体包括以下两个方面：

a)计算分区后的直流单极和双极闭锁时的特高压交流支撑能力，应满足分区内一座直流双极闭锁后特高压主变的降压功率不超主变短时过载能力，若不满足，则调整组团内的网架结构或者增加特高压主变；

b)校核分区后的交直流混合电网的稳定水平，应满足交流系统故障短路不至引起直流连续换相失败，直流故障不至引起交流系统功角失稳和电压失稳。

7)根据目标网架方案进行校核；将分层分区后的电网与目标网架方案进行对比校核，若存在不符合的地方，则重复步骤4)—步骤6)；

8)按确定的方案进行分层分区。

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，其特征在于：所述规划方法主要包括如下步骤：

1)从短路电流控制和弱电磁环网两个方面进行评估，分析多直流馈入片区受端电网规划年份是否有必要进行分层分区；

2)确定片区电网联络相对薄弱断面，初步确认分区数量和规模；

3)考虑特高压交直流相互备用的原则，进行片区电网的典型分层分区组团模式构建和选择，确认分区数量和规模；

4)按步骤3)确定的分区数量和规模进行分层分区方案的设计，确定分层分区正常方式开断线路，并对分区后形成的500kV终端站或者局部薄弱断面进行补强；

5)进行短路电流和多馈入直流短路比计算分析；

6)进行潮流和稳定计算校核；

7)根据目标网架方案进行校核；将分层分区后的电网与目标网架方案进行对比校核，若存在不符合的地方，则重复步骤4)—步骤6)；

8)按确定的方案进行分层分区。

2.根据权利要求1所述的多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，其特征在于，所述短路电流控制主要包括分析片区受端电网分层分区前的500kV站点的短路电流系数，计算公式如下：

式中：η为片区电网的短路电流系数，n_超为片区电网短路电流超过55kA的500kV站点个数，n_总片区电网500kV站点的总个数；当0≤η≤0.1时，片区电网为定义为低短路电流电网；0.1＜η≤0.2时，片区电网为定义为中短路电流电网；η＞0.2时，片区电网定义为高短路电流电网；

所述弱电磁环网一方面分析片区电网的1000kV特高压网架是否形成了双环网及以上的更坚强的特高压电网，另一方面分析是否存在1000kV和500kV同方向通道的输送潮流受限问题；对于0≤η≤0.1的电网一般可以考虑网络改接、出串、部分线路拉停方式将短路控制在设备容量以内，0.1＜η≤0.2的电网为可考虑网络改接、出串、部分线路拉停和分层分区相结合的方式控制短路电流；η＞0.2时电网可主要考虑通过分层分区解决，同时若1000kV已形成双环网且存在潮流输送受限的问题时宜进行分层分区。

3.根据权利要求1或2所述的多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，其特征在于，所述步骤5)中的短路电流和多馈入直流短路比计算分析具体包括：

a)计算分区后的短路电流系数，是否属于0η≤0.2的中低短路电流电网，若不满足，可考虑局部网架调整等措施使其满足要求；

b)校核分区后的多馈入直流短路比，其定义如下：

式中：i-直流回路编号；S_ac-直流馈入换流母线的短路容量，MVA；P_deq-考虑其他直流回路影响后的等值直流功率，MW；Z_eqij-从各直流换流母线看进去的等值节点阻抗矩阵Z_eq的第i行、j列元素，Ω；U_i-换流母线电压，kV；|Z_eqij/Z_eqii|P_dj-另一回直流对该回直流功率的影响；一般要求MSCR_i大于2.5，一般的按以上组团分区后的MSCR_i能大于2.5,若个别直流小于2.5，则可以通过组团内的网架调整优化使MSCR_i满足要求。

4.根据权利要求3所述的多直流馈入片区受端电网1000/500kV分层分区规划方法，其特征在于，所述步骤6)中的潮流和稳定计算校核具体包括：

a)计算分区后的直流单极和双极闭锁时的特高压交流支撑能力，应满足分区内一座直流双极闭锁后特高压主变的降压功率不超主变短时过载能力，若不满足，则调整组团内的网架结构或者增加特高压主变；

b)校核分区后的交直流混合电网的稳定水平，应满足交流系统故障短路不至引起直流连续换相失败，直流故障不至引起交流系统功角失稳和电压失稳。

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