1 000 kV长沙—南昌特高压交流对湖南电网影响分析

柳永妍，胡果莉，陈道君，呙虎

(1.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南 长沙 410007；2.湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南 长沙 410004)

0 引言

湖南电网处于国家电网最南端，作为华中电网的重要组成部分，目前仅通过3回500 kV鄂湘联络线与华中主网相连，省间交流通道十分薄弱。并且，在2017年±800 kV祁韶直流投运后，受暂态电压稳定问题制约[1－3]，省内机组出力无法全部释放。随着湖南电网负荷的持续增长，现有的网架结构已难以满足湖南电网区外受电需求，湖南电网将面临较大功率缺额[4]。为化解电力供需矛盾，迫切需要强化交流通道以提升湖南电网区外受电能力。

2021年6月，江西±800 kV雅中—鄱阳湖特高压直流(后简称雅湖直流)落点江西[5－6]，为实现雅湖直流分电湖南，加强湘赣两省能源互通互济能力，1 000 kV长沙—南昌特高压交流预计于2021年年底建成投运。

本文从暂态电压稳定特性、省间交直流通道受电能力两个方面，开展1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运对湖南电网的影响分析。

1 特高压交流投运前湖南电网运行特性

特高压交流投运前，湖南电网呈现明显的“强直弱交”格局，湖南电网区外受电能力主要制约在直流闭锁后500 kV鄂湘联络线过载问题上[7]，湖南电网500 kV网架结构如图1所示。

图1 湖南电网500 kV网架结构

省内由于电源主要分布于湘西北、湘西南地区[8]，而负荷主要集中于湘东、湘南地区，电源与负荷的逆向分布[9]，导致湖南电网存在明显的暂态电压稳定问题[10－11]。并且，在祁韶直流投运后，直流输送功率替代了部分常规发电机组，电网发生故障后，直流需要从电网吸收大量无功功率，进一步恶化了系统暂态电压稳定性[12－14]。湖南电网需在保持火电机组一定的开机方式的同时，预留大量旋转备用以保证系统暂态电压稳定[15]。

2 特高压交流对湖南电网的影响

1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，湖南电网新增两回省间交流通道。湖南电网500 kV及以上网架结构如图2所示。

图2 湖南电网500 kV及以上网架结构

2.1 暂态电压稳定特性

特高压交流投运前后，相同边界条件下，负荷中心500 kV线路三永N－1故障，负荷中心110 kV母线电压恢复曲线如图3所示。

图3 1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运前后湖南电网110 kV母线电压恢复曲线

由图3可知，1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，负荷中心500 kV线路N－1故障，110 kV母线暂态电压恢复特性明显提升。其原因在于，在暂态电压恢复过程中，江西电网通过1 000 kV长沙—南昌双回线路提供无功支援。

特高压交流投运前后，在湖南故障切除后的暂态过程中，500 kV鄂湘联络线无功功率变化曲线如图4所示。

图4 500 kV鄂湘联络线无功功率变化曲线

由图4可知，1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运前后，500 kV鄂湘联络线在故障后短时间内无功功率支援无明显变化。

1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，在湖南故障切除后的暂态过程中，江西电网通过1 000 kV长沙—南昌特高压交流线路提供无功功率支援约2 053 Mvar，如图5所示。有效支撑湖南电网负荷中心暂态电压恢复，电网暂态电压稳定水平大幅提升。

图5 特高压交流主变无功功率变化曲线

2.2 交流通道受电能力

特高压交流投运后，湖南电网通过500 kV鄂湘联络线与湖北电网鄂西片区相连接，通过1 000 kV长沙—南昌双回线路与江西电网相连接。

湖南电网交流通道受电能力在考虑500 kV鄂湘联络线与1 000 kV特高压交流总和的同时，仍需对相关性较强的500 kV鄂湘联络线三回线路予以关注。

2.2.1 500 kV鄂湘联络线

500 kV鄂湘联络线由湖北葛洲坝换流站—湖南岗市变线路、湖北孱陵变—湖南澧州变双回线路构成。其中500 kV葛岗线湖北侧所接葛洲坝换流站是三峡右岸电厂15—20号机组(以下简称为三峡右一电厂)接入点，其开机方式将影响500 kV鄂湘联络线三回线路潮流分布。

500 kV鄂湘联络线三回线路潮流分布的变化，将导致500 kV鄂湘联络线制约故障发生变化。三峡右岸电厂15—20号机组不同开机方式，500 kV鄂湘联络线大功率受电方式，鄂湘联络线制约故障见表1。

由表1可知，仅在三峡右一电厂全开满发方式500 kV鄂湘联络线制约故障为500 kV孱澧双回线路N－2故障(切湖南负荷900 MW)；三峡右一电厂其他开机方式，500 kV鄂湘联络线制约故障均为孱澧N－1。

表1 500 kV鄂湘联络线制约故障

因此，在以孱澧双回N－2故障(切湖南负荷900 MW)给定500 kV鄂湘联络线控制值的同时，需对孱澧双回线路进行功率预控。

2.2.2 省间交流通道

1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，由于长沙—南昌双回线路存在同杆架设的情况，长沙—南昌双回线路需按N－2开展故障校核。湖南电网省间交流通道受电能力主要受限于长沙—南昌特高压双回线路跳闸，500 kV鄂湘联络线过载约束。

500 kV鄂湘联络线三回线路分电比，将导致湖南省间交流通道制约故障发生变化。三峡右一电厂不同开机方式，长沙—南昌特高压双回线路跳闸，500 kV鄂湘联络线过载线路见表2。

表2 省间交流通道制约故障

由表2可知，仅在三峡右一电厂全开满发方式省间交流通道制约为1 000 kV长沙—南昌双回线路N－2故障，葛岗线过载；三峡右一电厂其他开机方式，省间交流通道制约故障为1 000 kV长沙—南昌双回线路N－2故障，孱澧双回线路过载。

2.3 交直流整体外受电能力

1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，湖南电网、江西电网联合为一个整体，如图6所示，湖南电网与江西电网的外受电能力需统筹考虑。

图6 湖南、江西电网通过特高压交流联网

湘赣两省的省间联络通道包括500 kV鄂湘联络线(葛换－岗市＋孱陵－澧州双回)、500 kV鄂赣联络线(磁湖－永修＋咸宁－梦山双回)、1 000 kV长沙—南昌双回线路以及分别馈入湘赣两省的祁韶直流与雅湖直流。

湘赣两省外受电能力主要制约在祁韶直流、雅湖直流双极闭锁500 kV鄂湘、鄂赣联络线过载问题上。就湖南而言，祁韶直流双极闭锁故障，功率缺额大幅转移至500 kV鄂湘联络线，转移比约为60%，其余功率缺额将通过500 kV鄂赣联络线、1 000 kV长沙—南昌双回线路传送。

由于500 kV鄂湘联络线受电能力制约故障因三峡右一电厂开机方式不同而不同，针对三峡右一电厂全开满发方式和三峡右一电厂开机3台方式对祁韶直流与500 kV鄂湘联络线耦合关系进行计算分析，结果见表3。

表3 祁韶直流双极闭锁鄂湘联络线潮流转移情况

表3中，三峡右一电厂两种开机方式，500 kV鄂湘联络线分别受孱澧双回N－2与孱澧N－1故障制约，其受电已接近极限。两种不同故障约束的500 kV鄂湘联络线受电边界，祁韶直流最大受电能力分别为3 860 MW、4 200 MW。

综合两种方式计算结论，祁韶直流与500 kV鄂湘联络线受电能力(不考虑稳控动作切负荷)约为7 000 MW。

3 结语

1)1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，湖南电网在故障后的暂态过程中，江西电网通过特高压交流通道提供大量无功支援，湖南电网暂态电压稳定问题大幅提升，湖南电网预留旋转备用容量大幅减少。

2)1 000 kV长沙—南昌特高压交流投运后，强化了湖南电网省间交流通道，湖南电网“强直弱交”问题大幅改善。由于500 kV鄂湘联络线相关性较强，因此在给定湖南电网交流通道受电能力的同时，需要对500 kV鄂湘联络线进行单独预控。并且，500 kV鄂湘联络线三回线路分电比随三峡右一电厂开机方式变化而变化，为提升控制策略的灵活性，需对500 kV孱澧双回线路进行功率预控。

3)特高压交流投运后，祁韶直流双极闭锁，转移至鄂湘联络线的功率缺额由100%降低至60%，500 kV鄂湘联络线与祁韶直流的耦合特性减弱，祁韶直流与鄂湘联络线受电功率之和提升。