《电子技术应用》

特高压接入后对北京电网潮流影响分析

2015《电子技术应用》智能电网增刊 作者:王海云,许方晨,孙 健,张 岩,王存平,张再驰
2016/4/7 20:49:00

  王海云,许方晨,孙  健,张  岩,王存平,张再驰

  (国网北京市电力公司,北京 100075)

  摘  要: 随着国内外特高压大电网的建设,特高压满足远距离、大容量的输电的需求,将从远方来电变成现实。2016年蒙西-天津南1 000 kV特高压输变电工程即将投运,北京受端电网将注入特高压输送的电力。采用电力系统 BPA软件搭建北京电网仿真模型,通过研究蒙西送端机组和北京电网、津唐承电网以及山东电网潮流稳定关系,针对北京电网进行适应性分析,更好地应对特高压接入后对北京电网的影响。

  关键词: 特高压;潮流;功率;稳定

0 引言

  2016年蒙西—天津南1 000 kV特高压交流输变电工程建设的推进,将有力推动京津冀地区对大气污染的防治,支撑京津冀地区协同发展[1]。北京电网未来将实现特高压电力的注入和消纳,特高压落点周边电网运行特性将发生明显改变,为了更好地应对特高压接入后对北京电网带来的影响,本文针对北京外受电比例不变和变化的情况下,调节特高压输送功率和华北消纳比例,分析北京电网以及华北电网重要省间断面潮流分配;特高压下送到京津唐的功率在北京东和天津南之间的分配;北京与外部断面功率交换变化特点以及内部500 kV潮流变化等方面内容,更好地应对特高压接入后对北京电网的影响。

1 北京电网结构分析

  北京电网在华北电网中处于重要的位置,主要电力通过环网500 kV变电站下送,网内机组多为燃气轮机为主[2],外受电比例能达到60%~70%,因此北京电网为典型的城市受端电网,2016年北京电网计划分为8分区运行[3],分区多采用500 kV变电站主变分裂运行或通过220 kV母线联络。

2 仿真计算

  2.1 模型搭建

  仿真采用中国电科院的电力系统分析BPA软件,结合2016年北京电网基改建和网架规划情况,搭建北京电网500 kV及220 kV网架结构,外网网架采用华北电网2016年规划数据。网内机组采用恒阻抗静态负荷模型,计及励磁系统,调速器和原动机的动态特性[4-5]。

  2.2 计算边界

  根据安全稳定导则对以及安全标准,对发电厂送出线路三相故障、发电厂的直流送出线路单极故障,两级电压的电磁环网中单回高压级电压线路故障或无故障断开必要时可以采取切机或快速减低发电机组出力。

  2.3 方式安排

  表1是锡盟-北京东暂稳极限省间断面潮流变化。

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  一是锡盟-北京东特高压功率在0MW~7 200 MW之间按1 500 MW功率为一档增长功率,津唐承电网与山东电网按4:6消纳特高压功率;

  二是锡盟-北京东特高压功率在0 MW~7 200 MW之间按1 500 MW功率为一档增长功率,北京电网与山东电网按4:6消纳特高压功率;

  三是锡盟-北京东特高压功率从6 000 MW降至4 500 MW,津唐承电网与山东电网分别按2:8、3:7、4:6和5:5的比例分担特高压减小功率;

  四是选取锡盟-北京东特高压功率输送6 000 MW的方式,调节北京电网外受电比例,调节区间为55%~85%。

3 仿真结果分析

  3.1 津唐承-山东变化分析

  将锡盟-北京东特高压功率在0 MW~7 200 MW之间按1 500 MW功率为一档增长功率,津唐承电网与山东电网按4:6消纳特高压增长功率,分析北京电网潮流以及华北电网重要省间断面潮流变化情况,如表2所示。

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  (1)随着特高压输送增加,每增加1 500 MW,天津南-济南特高压输送增加约510 MW,京津南部断面中的房山-大同线路潮流减少约35 MW,房山-慈云线路增加75 MW,保北-霸州线路减少70 MW,黄骅-静海线路增加180 MW。山东受电断面为辛安-聊城,黄骅-滨州、天津南-济南,随着特高压的增加,每增加1 500 MW, 三个受电断面的增长比例约为3:4:10。

  (2)随着特高压输送功率的增大,北京东主变和天津南主变下网功率增加,山东受电逐渐增加,京津南部受电逐渐减少。特高压每增长1 500 MW,北京东下送增加约620 MW,天津南下送增加约345 MW,山东受电增加865 MW,京津南部受电减少870 MW。

  (3)随着特高压输送功率的增大,顺义至通州潮流基本保持不变;北京东至通州潮流逐渐增大,通州至安定潮流逐渐增大,南蔡至安定潮流逐渐减小;昌平至顺义潮流逐渐减小,同样,张南至昌平潮流逐渐减小,门头沟至张南潮流也逐渐减小;大同至房山潮流逐渐减小,房山至门头沟潮流逐渐减小,房山至慈云潮流逐渐增大。整体来看,随着特高压从北向南输送功率的增大,北京环网潮流整体从东部向西部流动。

  (4)北京环网部分线路包括房山-门头沟、门头沟-张南、张南-昌平、昌平-顺义、北京东-太平、京津南部断面黄骅-静海、山东受电断面辛安-聊城线路潮流变化范围在500 MW~700 MW之间;顺义-北京东线路在特高压0功率下顺义输送至北京东705 MW,特高压功率增加,最终潮流变化700 MW;北京东-通州线路在特高压0功率下北京东输送至通州765 MW,特高压功率增加下潮流增大,最终潮流变化1 180 MW。

  3.2 北京-山东变化分析

  将锡盟-北京东特高压功率在0 MW~7 200 MW之间按1 500 MW功率为一档增长功率,北京电网与山东电网按4:6消纳特高压增长功率,分析北京电网潮流以及华北电网重要省间断面潮流变化情况。

  (1)省间潮流断面功率变化

  省间断面潮流功率变化如表3所示。

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  特高压功率增长,北京电网消纳40%为基础,外受电比例逐渐增加,变化如表4所示。

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  特高压功率从0 MW增长至7 200 MW,北京电网消纳40%的情况下,北京电网受电比例从61.7%增大至75%。

  (2)北京电网、山东电网按4:6消纳特高压电力下,锡盟-北京东特高压功率增长对北京东特高压站至北京电网500 kV线路、山东受电断面线路潮流影响最大:特高压功率每增长1 500 MW,北京东-通州和北京东-顺义潮流增加300 MW左右;天津南-济南特高压输送增加约510 MW,静海-黄骅增加200 MW左右,保北-霸州线路减少140 MW。山东受电断面为辛安-聊城,黄骅-滨州、天津南-济南,随着特高压的增加,每增加1 500 MW,三个受电断面的增长比例约为1:2:5.5。

  (3)随着特高压功率的增长,北京东主变和天津南主变下网功率增加,山东受电逐渐增加,京津南部受电逐渐减少。特高压每增长1 500 MW,北京东下送增加约665 MW,山东受电增加877 MW,京津南部受电减少60 MW。

  (4)特高压功率从0 MW增长至7 200 MW,北京电网消纳40%的情况下,北京电网受电比例从61.7%增大至75%。

  (5)随着特高压输送功率的增大,北京东-通州潮流增大,顺义-通州潮流逐渐减小;通州-安定潮流逐渐增大,安定-南蔡潮流逐渐减小;昌平-顺义潮流逐渐减小,同样,张南-昌平潮流逐渐减小,门头沟-张南潮流也逐渐减小;大同-房山潮流基本保持不变,房山-门头沟潮流逐渐减小,房山-慈云潮流逐渐减小。整体来看,随着特高压从北向南输送功率的增大,北京环网潮流整体从东部向西部流动。

  (6)潮流变化在1 000 MW以上的线路包括昌平-顺义、顺义-北京东、北京东-通州、静海-黄骅、黄骅-滨州、天津南-济南。昌平-顺义线路在特高压0功率下昌平输送至顺义1 320 MW,特高压功率增加潮流输送方向转为顺义至昌平,最终潮流变化1 500 MW;顺义-北京东线路在特高压0功率下顺义输送至北京东1 200 MW,特高压功率增加潮流输送方向转为北京东至顺义,最终潮流变化1 300 MW;北京东-通州线路输送方向为北京东至通州,最终潮流变化1 600 MW;静海-黄骅、黄骅-滨州线路潮流变化1 100 MW;天津南-济南特高压潮流变化最大为2 600 MW;

  3.3 津唐承-山东不同比例变化分析

  调节特高压输送功率(从4 500 MW增至6 000 MW),津唐承与山东消纳特高比例定为2:8、3:7、4:6、5:5,省间断面潮流变化情况如表5所示。

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  调节特高压输送功率(从4 500 MW增至6 000 MW),津唐承与山东消纳特高比例定为2:8、3:7、4:6、5:5,查看电网潮流的变化,分析不同比例下北京电网潮流以及华北电网重要省间断面潮流变化情况。

  (1)随着北京外受电比例的变化,从2:8~5:5,山东电网受电依次减少90 MW、145 MW、90 MW,总减少量为325 MW,减少比例为3.78%;京津南部受电依次增加128 MW、130 MW、110 MW,增加量大致相同,总增加量为368 MW,增加比例为53.64%;天津南-济南特高压输送减低约160 MW,黄骅-静海线路潮流减低115 MW。保北-霸州线路潮流变化在50 MW之内。不同分电比对北京电网潮流影响不大,对山东受电断面潮流有一定影响。

  (2)随着津唐承电网分电比例增加,津唐承电网机组出力减小,北京东主变和天津南下网功率略有小幅增加,京津南部受电功率增大;同时山东电网机组出力增大,山东受电功率逐渐减低。消纳比例从2:8至5:5北京东主变下送增长量依次为10 MW、20 MW、40 MW, 总增加量为70 MW。天津南主变下送增加量依次为30 MW、20 MW、30 MW,总增加量为80 MW。可以看出,北京东主变和天津南主变下送总增加量大致相同。

  (3)北京环网潮流变化较小,昌平-顺义、顺义-通州、通州-安定、房山-门头沟、大同-房山、房山-慈云、安定-南蔡潮流基本保持不变。张南-昌平潮流略有增加,随着津唐承电网消纳特高压比例增大,张南-昌平潮流逐渐减少。

  3.4  北京电网不同外受电比例变化分析

  选取锡盟-北京东特高压功率输送6 000 MW的方式,调节北京电网外受电比例,调节区间为55%~85%,负荷保持不变,通过京津唐中的天津的机组来平衡,山东机组保持不变,分析不同比例下北京电网潮流以及华北电网重要省间断面潮流变化情况。

  锡盟-北京东特高压功率输送600 MW时,省间断面潮流变化情况如表6所示。

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  (1)随着北京外受电比例的变化,从55%~85%,天津南-济南特高压输送增加约126 MW,静海-黄骅线路潮流增加448 MW,大同-房山线路潮流增加240 MW,房山-慈云线路潮流减低954 MW,保北-霸州线路潮流减低480 MW。山东受电断面为辛安-聊城,黄骅-滨州、天津南-济南,随着北京电网不同受电比例,受电断面潮流基本保持不变。

  (2)随着北京外受电比例增大,北京东下网功率增加,北京东-天津南输送功率减小,山东和京津南部受电无明显变化。北京电网外受电比例增加10%,北京东主变下送增加约300 MW。

  (3)随着北京外受电比例的增加,北京环网潮流变化增大,北京东下送顺义和通州潮流增大;通州-安定潮流减少,南蔡-安定潮流增大;张南-昌平和顺义昌平潮流增大;大同-房山潮流增大,房山-慈云潮流减低,房山-门头潮流增大;门头-张南潮流减少。整体潮流通过外受电通道流向北京电网。随着北京电网外受电比例增加,北京东下送和北京500 kV环网潮流变大,对山东和河北断面潮流影响较小。

  (4)随着外受电比例的不断增大,北京环网潮流变化较为明显,特高压北京东下送增大,下送顺义从-639 MW~369 MW,变化1 008 MW;下送通州从1 643 MW~2 162 MW,变化519 MW;500 kV环网昌平~顺义变化最大,从696 MW~-778 MW,变化1 475 MW;房山~南蔡从568 MW~-358 MW,变化926 MW。

4 结论

  随着特高压输送功率的增大,原500 kV环网电力多点注入,西电东送的格局因特高压大电力流的馈入发生改变。在北京电网负荷和消纳安排不变的情况下,天津南下网消纳特高压电力不足,而是在北京东下网通过北京东部500 kV环网南送形成穿越,造成北京电网东部分区500 kV主变负载率分布不均,运行压力较大,安全稳定裕度降低。通过500 kV电网输送特高压下网潮流,网络损耗变大,电网运行经济性降低。北京电网东部分区500 kV主变负载率分布不均,运行压力较大的情况依旧存在。

参考文献

  [1]北京市2013-2017年清洁空气行动计划[Z].北京市政府,2013年9月13日.

  [2]王凌等.北京公司2015年迎峰度夏供需形势分析报告[R].北京市电力公司调度控制中心,2015年5月.

  [3]董楠,李大志,等.北京电网2015年运行方式报告[R].北京市电力公司调度控制中心,2015年1月.

  [4]齐以涛,彭慧敏,杨莹,等.三华电网特高压交直流输电系统交互影响及控制策略[J]. 2014,47(7):51-56.

  [5]陈江澜,张蓓,兰强,等.特高压交直流混合电网协调电压控制策略及仿真研究[J].电力系统保护与控制,2014,42(11):21-27.


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