王海云，許方晨，孫 健，張 巖，王存平，張?jiān)亳Y
（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京 100075）
摘 要： 隨著國(guó)內(nèi)外特高壓大電網(wǎng)的建設(shè)，特高壓滿足遠(yuǎn)距離、大容量的輸電的需求，將從遠(yuǎn)方來電變成現(xiàn)實(shí)。2016年蒙西-天津南1 000 kV特高壓輸變電工程即將投運(yùn)，北京受端電網(wǎng)將注入特高壓輸送的電力。采用電力系統(tǒng) BPA軟件搭建北京電網(wǎng)仿真模型，通過研究蒙西送端機(jī)組和北京電網(wǎng)、津唐承電網(wǎng)以及山東電網(wǎng)潮流、穩(wěn)定關(guān)系，針對(duì)北京電網(wǎng)進(jìn)行適應(yīng)性分析，更好地應(yīng)對(duì)特高壓接入后對(duì)北京電網(wǎng)的影響。
關(guān)鍵詞： 特高壓；潮流；功率；穩(wěn)定
0 引言
2016年蒙西—天津南1 000 kV特高壓交流輸變電工程建設(shè)的推進(jìn)，將有力推動(dòng)京津冀地區(qū)對(duì)大氣污染的防治，支撐京津冀地區(qū)協(xié)同發(fā)展[1]。北京電網(wǎng)未來將實(shí)現(xiàn)特高壓電力的注入和消納，特高壓落點(diǎn)周邊電網(wǎng)運(yùn)行特性將發(fā)生明顯改變，為了更好地應(yīng)對(duì)特高壓接入后對(duì)北京電網(wǎng)帶來的影響，本文針對(duì)北京外受電比例不變和變化的情況下，調(diào)節(jié)特高壓輸送功率和華北消納比例，分析北京電網(wǎng)以及華北電網(wǎng)重要省間斷面潮流分配；特高壓下送到京津唐的功率在北京東和天津南之間的分配；北京與外部斷面功率交換變化特點(diǎn)以及內(nèi)部500 kV潮流變化等方面內(nèi)容，更好地應(yīng)對(duì)特高壓接入后對(duì)北京電網(wǎng)的影響。
1 北京電網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析
北京電網(wǎng)在華北電網(wǎng)中處于重要的位置，主要電力通過環(huán)網(wǎng)500 kV變電站下送，網(wǎng)內(nèi)機(jī)組多為燃?xì)廨啓C(jī)為主[2]，外受電比例能達(dá)到60%～70%，因此北京電網(wǎng)為典型的城市受端電網(wǎng)，2016年北京電網(wǎng)計(jì)劃分為8分區(qū)運(yùn)行[3]，分區(qū)多采用500 kV變電站主變分裂運(yùn)行或通過220 kV母線聯(lián)絡(luò)。
2 仿真計(jì)算
2.1 模型搭建
仿真采用中國(guó)電科院的電力系統(tǒng)分析BPA軟件，結(jié)合2016年北京電網(wǎng)基改建和網(wǎng)架規(guī)劃情況，搭建北京電網(wǎng)500 kV及220 kV網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，外網(wǎng)網(wǎng)架采用華北電網(wǎng)2016年規(guī)劃數(shù)據(jù)。網(wǎng)內(nèi)機(jī)組采用恒阻抗靜態(tài)負(fù)荷模型，計(jì)及勵(lì)磁系統(tǒng)，調(diào)速器和原動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性[4-5]。
2.2 計(jì)算邊界
根據(jù)安全穩(wěn)定導(dǎo)則對(duì)以及安全標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)電廠送出線路三相故障、發(fā)電廠的直流送出線路單極故障，兩級(jí)電壓的電磁環(huán)網(wǎng)中單回高壓級(jí)電壓線路故障或無故障斷開必要時(shí)可以采取切機(jī)或快速減低發(fā)電機(jī)組出力。
2.3 方式安排
表1是錫盟-北京東暫穩(wěn)極限省間斷面潮流變化。
一是錫盟-北京東特高壓功率在0MW～7 200 MW之間按1 500 MW功率為一檔增長(zhǎng)功率，津唐承電網(wǎng)與山東電網(wǎng)按4:6消納特高壓功率；
二是錫盟-北京東特高壓功率在0 MW～7 200 MW之間按1 500 MW功率為一檔增長(zhǎng)功率，北京電網(wǎng)與山東電網(wǎng)按4:6消納特高壓功率；
三是錫盟-北京東特高壓功率從6 000 MW降至4 500 MW，津唐承電網(wǎng)與山東電網(wǎng)分別按2:8、3:7、4:6和5:5的比例分擔(dān)特高壓減小功率；
四是選取錫盟-北京東特高壓功率輸送6 000 MW的方式，調(diào)節(jié)北京電網(wǎng)外受電比例，調(diào)節(jié)區(qū)間為55%～85%。
3 仿真結(jié)果分析
3.1 津唐承-山東變化分析
將錫盟-北京東特高壓功率在0 MW～7 200 MW之間按1 500 MW功率為一檔增長(zhǎng)功率，津唐承電網(wǎng)與山東電網(wǎng)按4:6消納特高壓增長(zhǎng)功率，分析北京電網(wǎng)潮流以及華北電網(wǎng)重要省間斷面潮流變化情況，如表2所示。
（1）隨著特高壓輸送增加，每增加1 500 MW，天津南-濟(jì)南特高壓輸送增加約510 MW，京津南部斷面中的房山-大同線路潮流減少約35 MW，房山-慈云線路增加75 MW，保北-霸州線路減少70 MW，黃驊-靜海線路增加180 MW。山東受電斷面為辛安-聊城，黃驊-濱州、天津南-濟(jì)南，隨著特高壓的增加，每增加1 500 MW， 三個(gè)受電斷面的增長(zhǎng)比例約為3:4:10。
（2）隨著特高壓輸送功率的增大，北京東主變和天津南主變下網(wǎng)功率增加，山東受電逐漸增加，京津南部受電逐漸減少。特高壓每增長(zhǎng)1 500 MW，北京東下送增加約620 MW，天津南下送增加約345 MW，山東受電增加865 MW，京津南部受電減少870 MW。
（3）隨著特高壓輸送功率的增大，順義至通州潮流基本保持不變；北京東至通州潮流逐漸增大，通州至安定潮流逐漸增大，南蔡至安定潮流逐漸減小；昌平至順義潮流逐漸減小，同樣，張南至昌平潮流逐漸減小，門頭溝至張南潮流也逐漸減小；大同至房山潮流逐漸減小，房山至門頭溝潮流逐漸減小，房山至慈云潮流逐漸增大。整體來看，隨著特高壓從北向南輸送功率的增大，北京環(huán)網(wǎng)潮流整體從東部向西部流動(dòng)。
（4）北京環(huán)網(wǎng)部分線路包括房山-門頭溝、門頭溝-張南、張南-昌平、昌平-順義、北京東-太平、京津南部斷面黃驊-靜海、山東受電斷面辛安-聊城線路潮流變化范圍在500 MW～700 MW之間；順義-北京東線路在特高壓0功率下順義輸送至北京東705 MW，特高壓功率增加，最終潮流變化700 MW；北京東-通州線路在特高壓0功率下北京東輸送至通州765 MW，特高壓功率增加下潮流增大，最終潮流變化1 180 MW。
3.2 北京-山東變化分析
將錫盟-北京東特高壓功率在0 MW～7 200 MW之間按1 500 MW功率為一檔增長(zhǎng)功率，北京電網(wǎng)與山東電網(wǎng)按4:6消納特高壓增長(zhǎng)功率，分析北京電網(wǎng)潮流以及華北電網(wǎng)重要省間斷面潮流變化情況。
（1）省間潮流斷面功率變化
省間斷面潮流功率變化如表3所示。
特高壓功率增長(zhǎng)，北京電網(wǎng)消納40%為基礎(chǔ)，外受電比例逐漸增加，變化如表4所示。
特高壓功率從0 MW增長(zhǎng)至7 200 MW，北京電網(wǎng)消納40%的情況下，北京電網(wǎng)受電比例從61.7%增大至75%。
（2）北京電網(wǎng)、山東電網(wǎng)按4:6消納特高壓電力下，錫盟-北京東特高壓功率增長(zhǎng)對(duì)北京東特高壓站至北京電網(wǎng)500 kV線路、山東受電斷面線路潮流影響最大：特高壓功率每增長(zhǎng)1 500 MW，北京東-通州和北京東-順義潮流增加300 MW左右；天津南-濟(jì)南特高壓輸送增加約510 MW，靜海-黃驊增加200 MW左右，保北-霸州線路減少140 MW。山東受電斷面為辛安-聊城，黃驊-濱州、天津南-濟(jì)南，隨著特高壓的增加，每增加1 500 MW，三個(gè)受電斷面的增長(zhǎng)比例約為1:2:5.5。
（3）隨著特高壓功率的增長(zhǎng)，北京東主變和天津南主變下網(wǎng)功率增加，山東受電逐漸增加，京津南部受電逐漸減少。特高壓每增長(zhǎng)1 500 MW，北京東下送增加約665 MW，山東受電增加877 MW，京津南部受電減少60 MW。
（4）特高壓功率從0 MW增長(zhǎng)至7 200 MW，北京電網(wǎng)消納40%的情況下，北京電網(wǎng)受電比例從61.7%增大至75%。
（5）隨著特高壓輸送功率的增大，北京東-通州潮流增大，順義-通州潮流逐漸減小；通州-安定潮流逐漸增大，安定-南蔡潮流逐漸減小；昌平-順義潮流逐漸減小，同樣，張南-昌平潮流逐漸減小，門頭溝-張南潮流也逐漸減小；大同-房山潮流基本保持不變，房山-門頭溝潮流逐漸減小，房山-慈云潮流逐漸減小。整體來看，隨著特高壓從北向南輸送功率的增大，北京環(huán)網(wǎng)潮流整體從東部向西部流動(dòng)。
（6）潮流變化在1 000 MW以上的線路包括昌平-順義、順義-北京東、北京東-通州、靜海-黃驊、黃驊-濱州、天津南-濟(jì)南。昌平-順義線路在特高壓0功率下昌平輸送至順義1 320 MW，特高壓功率增加潮流輸送方向轉(zhuǎn)為順義至昌平，最終潮流變化1 500 MW；順義-北京東線路在特高壓0功率下順義輸送至北京東1 200 MW，特高壓功率增加潮流輸送方向轉(zhuǎn)為北京東至順義，最終潮流變化1 300 MW；北京東-通州線路輸送方向?yàn)楸本〇|至通州，最終潮流變化1 600 MW；靜海-黃驊、黃驊-濱州線路潮流變化1 100 MW；天津南-濟(jì)南特高壓潮流變化最大為2 600 MW；
3.3 津唐承-山東不同比例變化分析
調(diào)節(jié)特高壓輸送功率（從4 500 MW增至6 000 MW），津唐承與山東消納特高比例定為2:8、3:7、4:6、5:5，省間斷面潮流變化情況如表5所示。
調(diào)節(jié)特高壓輸送功率（從4 500 MW增至6 000 MW），津唐承與山東消納特高比例定為2:8、3:7、4:6、5:5，查看電網(wǎng)潮流的變化,分析不同比例下北京電網(wǎng)潮流以及華北電網(wǎng)重要省間斷面潮流變化情況。
（1）隨著北京外受電比例的變化，從2:8～5:5，山東電網(wǎng)受電依次減少90 MW、145 MW、90 MW，總減少量為325 MW，減少比例為3.78%；京津南部受電依次增加128 MW、130 MW、110 MW，增加量大致相同，總增加量為368 MW，增加比例為53.64%；天津南-濟(jì)南特高壓輸送減低約160 MW，黃驊-靜海線路潮流減低115 MW。保北-霸州線路潮流變化在50 MW之內(nèi)。不同分電比對(duì)北京電網(wǎng)潮流影響不大，對(duì)山東受電斷面潮流有一定影響。
（2）隨著津唐承電網(wǎng)分電比例增加，津唐承電網(wǎng)機(jī)組出力減小，北京東主變和天津南下網(wǎng)功率略有小幅增加，京津南部受電功率增大；同時(shí)山東電網(wǎng)機(jī)組出力增大，山東受電功率逐漸減低。消納比例從2:8至5:5北京東主變下送增長(zhǎng)量依次為10 MW、20 MW、40 MW, 總增加量為70 MW。天津南主變下送增加量依次為30 MW、20 MW、30 MW，總增加量為80 MW。可以看出，北京東主變和天津南主變下送總增加量大致相同。
（3）北京環(huán)網(wǎng)潮流變化較小，昌平-順義、順義-通州、通州-安定、房山-門頭溝、大同-房山、房山-慈云、安定-南蔡潮流基本保持不變。張南-昌平潮流略有增加，隨著津唐承電網(wǎng)消納特高壓比例增大，張南-昌平潮流逐漸減少。
3.4 北京電網(wǎng)不同外受電比例變化分析
選取錫盟-北京東特高壓功率輸送6 000 MW的方式，調(diào)節(jié)北京電網(wǎng)外受電比例，調(diào)節(jié)區(qū)間為55%～85%，負(fù)荷保持不變，通過京津唐中的天津的機(jī)組來平衡，山東機(jī)組保持不變，分析不同比例下北京電網(wǎng)潮流以及華北電網(wǎng)重要省間斷面潮流變化情況。
錫盟-北京東特高壓功率輸送600 MW時(shí)，省間斷面潮流變化情況如表6所示。
（1）隨著北京外受電比例的變化，從55%～85%，天津南-濟(jì)南特高壓輸送增加約126 MW，靜海-黃驊線路潮流增加448 MW，大同-房山線路潮流增加240 MW，房山-慈云線路潮流減低954 MW，保北-霸州線路潮流減低480 MW。山東受電斷面為辛安-聊城，黃驊-濱州、天津南-濟(jì)南，隨著北京電網(wǎng)不同受電比例，受電斷面潮流基本保持不變。
（2）隨著北京外受電比例增大，北京東下網(wǎng)功率增加，北京東-天津南輸送功率減小，山東和京津南部受電無明顯變化。北京電網(wǎng)外受電比例增加10%，北京東主變下送增加約300 MW。
（3）隨著北京外受電比例的增加，北京環(huán)網(wǎng)潮流變化增大，北京東下送順義和通州潮流增大；通州-安定潮流減少，南蔡-安定潮流增大；張南-昌平和順義昌平潮流增大；大同-房山潮流增大，房山-慈云潮流減低，房山-門頭潮流增大；門頭-張南潮流減少。整體潮流通過外受電通道流向北京電網(wǎng)。隨著北京電網(wǎng)外受電比例增加，北京東下送和北京500 kV環(huán)網(wǎng)潮流變大，對(duì)山東和河北斷面潮流影響較小。
（4）隨著外受電比例的不斷增大，北京環(huán)網(wǎng)潮流變化較為明顯，特高壓北京東下送增大，下送順義從-639 MW～369 MW，變化1 008 MW；下送通州從1 643 MW～2 162 MW，變化519 MW；500 kV環(huán)網(wǎng)昌平～順義變化最大，從696 MW～-778 MW，變化1 475 MW；房山～南蔡從568 MW～-358 MW，變化926 MW。
4 結(jié)論
隨著特高壓輸送功率的增大，原500 kV環(huán)網(wǎng)電力多點(diǎn)注入，西電東送的格局因特高壓大電力流的饋入發(fā)生改變。在北京電網(wǎng)負(fù)荷和消納安排不變的情況下，天津南下網(wǎng)消納特高壓電力不足，而是在北京東下網(wǎng)通過北京東部500 kV環(huán)網(wǎng)南送形成穿越，造成北京電網(wǎng)東部分區(qū)500 kV主變負(fù)載率分布不均，運(yùn)行壓力較大，安全穩(wěn)定裕度降低。通過500 kV電網(wǎng)輸送特高壓下網(wǎng)潮流，網(wǎng)絡(luò)損耗變大，電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性降低。北京電網(wǎng)東部分區(qū)500 kV主變負(fù)載率分布不均，運(yùn)行壓力較大的情況依舊存在。
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