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强直弱交的定义、内涵与形式及其应对措施

北极星智能电网在线  来源:电网技术杂志    2017/9/22 9:29:53  我要投稿  

北极星智能电网在线讯:摘要:交直流混联电网中,交流与直流既相互支撑,同时也相互耦合交互作用,2 者结构发展的均衡态势,将会深刻影响电网运行特性。当前,我国电网已基本形成特高压交直流混联新格局,电力工程界与学术界对其呈现出的新特性取得广泛共识,并高度概括为“强直弱交”特性。然而,目前尚缺乏对强直弱交的系统性论述。为此,在回顾交直流电网发展历程的基础上,提出了强直弱交的定义,剖析并阐释了其内涵,指明强直弱交的主要表现形式及其对电网安全稳定运行的威胁。在此基础上,为保障强直弱交型混联电网安全运行,从稳定标准修编完善、交直流混联电网协调发展以及构建大电网安全综合防御体系等 3 个方面,提出了应对措施的建议。

关键词:交流输电;直流输电;混联电网;强直弱交;安全稳定;应对措施

0 引言

电力工业是推动国民经济发展和社会文明进步的基础性能源产业之一。电力工业发展是永恒持续的,满足经济社会日益增长的用能需求、适应能源产业变革,是推动其发展的外因;实现调控灵活、促进节能降耗、保障安全稳定,则是推动其发展的内因。

广义电网即电力系统,是由发、输、变、配、用 5 个主要环节构成的统一整体,实现电能生产、传输、分配与消费[1]。交流输电与直流输电,是输电环节中的 2 种典型形式,具有不同的技术特点与经济优势,前者适用于地区电网和区域电网组网,实现网内电能传输与交换,后者则适用于跨大区远距离大容量送电,实现区域间资源优化配置[2-3]。我国电网在局部地区电网兴起和完善的基础上,逐步演化形成省级电网和多省联合的区域电网,并于 20世纪 90 年代至 21 世纪初,开展了邻近区域电网交流弱互联的工程实践[4];与此同时,在 20 世纪 90年代,以三峡送出工程为契机,拉开了利用直流进行区域电网互联的全国联网序幕[5];2008 年晋东南—南阳—荆门 1000kV交流工程投运和 2010年四川向家坝—上海奉贤±800kV/6400MW 直流工程投运,标志着我国已步入区域电网大容量特高压交直流互联新时代[6-7]。

对应电网发展进程,我国输电网主导形态依次经历了纯交流阶段、超高压小容量直流与交流混联阶段,以及特高压大容量直流与交流混联的当前发展阶段。随着特高压直流容量由 6400MW 逐渐增大至 7200MW、8000MW 和 12000MW,以及单一直流落点发展为多直流送出和馈入密集落点,与纯交流电网和超高压小容量直流与交流混联的电网(以下统称为传统电网)相比,当前交直流混联电网的特

性已发生深刻变化。电力工程界与学术界高度关切这一特性变化,在综合电网运行控制实践以及计算分析和研究思考的基础上,高度概括了当前特高压交直流混联电网的新特性—强直弱交(strong HVDC and weak AC system,SDC-WAC)特性。然而,迄今为止,围绕强直弱交及其相关问题的阐述,尚缺乏系统性。有鉴于此,本文立足于大电网安全稳定分析与控制,明确提出了强直弱交的定义及其具体内涵,梳理了该特性下交直流混联电网安全稳定面临的风险及其表征形式。为保障强直弱交型混联电网安全运行,围绕稳定标准修编完善、混联电网协调发展以及构建大电网安全综合防御体系等不同方面,提出了相关应对措施的建议。

1 交直流电网发展及其特征

1.1 交直流电网发展概况

为满足大型水电基地、大型火电基地以及大型新能源发电基地开发和“西电东送”需求,自 2010年起,复奉、锦苏、宾金以及天中、灵绍等特高压直流相继投运。根据电网发展规划,到 2018 年,还将投运祁韶、昭沂、扎青、吉泉等多回特高压直流,如表 1 所示。届时,区域电网间特高压直流互联格局如图 1 所示,总容量将达到 93600MW。

与此同时,区域电网间交流联网仍维持华北与华中经晋东南—南阳—荆门 1000kV 交流互联的格局。各区域电网内部则以 500kV 交流为主干输电网。

1.2 交直流混联电网发展特征

1.2.1 直流输电系统发展特征

特高压交直流混联大电网中,直流输电系统的发展具有如下新特征[8-9]。

图1 2018 年国家电网区域间特高压直流互联格局

1)单一直流送电功率实现聚合化。以吉泉直流为例,双极送电功率达到 12000MW,相当于4回±500kV/3000MW 超高压直流。直流故障所激发的扰动功率显著增大。

2)送受端多直流落点凸现密集化。以四川电网复奉、锦苏、宾金送出直流,宁夏电网昭沂、灵绍、宁东送出直流,以及华东电网吉泉、宾金、灵绍等馈入直流为例,送受端均已形成多个近电气距离落点的直流群。直流与直流、直流与交流之间强电气耦合,相互影响和相互作用程度加剧。

3)区域直流互联格局显现复杂化。连接西南—华东电网的复奉、锦苏、宾金直流,连接西北—华中、西北—华北的天中、昭沂直流,以及连接西北—华东、西南—华东的吉泉、宾金直流等,分别形成了多直流同送端同受端、同送端不同受端、不同送端同受端的区域电网互联格局。多回直流扰动功率叠加以及扰动经直流跨区接续传播,将增大冲击幅度与冲击影响范围。

4)直流功率汇集方式呈现多样化。以复奉、祁韶和扎青直流为例,功率汇集方式分别为配套电源就近供电、配套电源与网内风电打捆供电,以及全网多类型电源汇集供电等不同形式。后 2 种方式下,直流故障易引发大范围潮流涌动。

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