解析220kV-110kV电磁合环典型

解析220kV-110kV电磁合环典型

赵丹付强

（国网四川阿坝州电力有限责任公司四川阿坝623200）

摘要：在220kV网络尚未形成或网络不够坚强时，常常采用220kV与110kV电磁合环运行，此时电网接线方式薄弱、输送潮流较小，环网运行方式能够有效提高各输电断面输送容量，电网故障时保证重要用户可靠供电，同时具有一定的经济效益。但是，随着电网不断发展，电网结构日趋复杂，电磁环网运行就会带潮流转移、环流损耗，短路电流超标、扩大事故范围和停电面积等一系列电网安全运行问题。本文通过引入柔性直流控制技术来实现220kV-110kV电磁环网软合环运行，可以达到限制短路电流、优化潮流、无功补偿、紧急有功支援等目标，这是解决目前城市电磁环网安全运行问题的有效手段之一。

关键词：220kV-110kV电磁合环；安全运行问题；柔性直流控制技术

在电网建设的初期，高电压等级网络采用单回网络线，相对于低电压等级网络还不够坚强的情况下，经过线路的潮流较小，电磁环网运行安全稳定并且具有一定的经济性。但是随着城市电网不断发展，用电量日渐攀升，通过电磁环网传输的负荷功率也随之增加，这就出现了潮流转移、环流损耗，短路电流超标、扩大事故范围和停电面积等一系列电网安全运行问题。据统计，我国曾发生多起与电磁环网相关的电力事故。因此迫切需要加强电磁环网运行机制的分析研究，以提高电网运行的安全稳定性和电力系统供电质量。

1电磁环网研究现状

针对城市电网建设中电磁环网带来的突出问题，目前国内研究者从实际电网出发，对如何解环和解环方法的评估方面得出一致结论。主要做法是在解环处加入交流断路器对电网进行解环运行，但如果地区电网架构不够坚强，则不宜在电网内进行解环。目前大量的工作主要集中在解环模型的建立和解环评估方法的研究上，但是在解环的同时又会对电网带来新的问题。其中最主要的就是当高电压等级网络不够坚强，解环运行时在系统故障下，会导致两侧电网出现不平衡功率造成负荷损失。其次就是电磁环网开环运行下，当改变电网结构时，对电网暂态稳定也有一定的影响。

2电磁环网不同形态

根据电磁环网的结构强弱，电磁环网可分为以下几种类型，如图1所示。

图中，粗线、细线分别表示高、低压线路。

图1不同类型电磁环网示意图

（1）典型弱环

上下级电网均薄弱的为典型弱环网，该结构的热稳定、暂态稳定和动态稳定均较差，上级电网输电能力严重受限且不具备解环条件，与下文弱环Ⅰ型的共同点是上级通道故障后其潮流100%转移至下级电网。

（2）弱环网Ⅰ型

上级电网薄弱（发展不完善）而下级电网相对坚强的可定义为弱环网Ⅰ型，其主要问题是上级电网故障后功率转移可能导致下级薄弱环节元件过载。

（3）弱环网Ⅱ型

上级电网坚强而下级电网相对薄弱的可定义为弱环网Ⅱ型，上级电网的某一通道故障，潮流主要在上级电网内部转移，穿越下级电网的潮流较小，且系统阻抗没有显著增加，正常方式下运行风险较小，但在上级电网检修时可能存在典型弱环网的特性。

（4）强环网

上、下级电网均坚强的为强环网，其解环的必要性往往源于网络规模偏大或过于复杂时短路水平控制要求和预防不可控的连锁故障风险，通过解环将电网结构清晰化、解耦化是有益的。

3电磁环网突出问题分析

电磁环网运行导致的系统稳定安全问题不容忽视，其带来的主要问题如下：

（1）容易造成系统热稳定性下降，损坏电力线路；（2）系统高压线路短路故障下，低电压线路短路电流超标；（3）对系统保护整定造成影响，扰乱保护装置动作的灵敏性；（4）电磁环网运行方式下，降低系统抵御严重故障的能力，不满足电力系统可靠性的要求；（5）在一些运行情况下，导致电网缺乏电压支撑，无功补偿不足，没有灵活的控制手段；

随着城市电网不断扩大，电源和用电量不断增长，城市电磁环网安全问题日趋严重。此外由于局部地区220kV电网不够坚强和完善，为了减小110kV高压网络故障时甩负荷量，220kV片区和110kV片区电磁环网须合环运行。然而，电磁环网合环运行会进一步增加电力系统内的短路电流，威胁系统安全运行；部分220kV/110kV网络合环运行地区存在着高电压线路故障造成低电压线路过载的情况，甚至在严重故障下会导致连锁跳闸反应，造成大面积停电，且重要用户占比大，带来重大不良社会影响。而如果城市电网缺乏经济有效抑制手段，直接将部分220kV和110kV电磁环网解开运行，就会降低城市电网可靠性、供电能力及应对严重故障的能力。

同时，另一方面电网动态无功支撑不足，城市负荷中心缺少足够的电压支撑，缺乏灵活的调节手段等问题日益突出，城市电网安全运行受到威胁。以上问题制约着城市电网的可靠性和灵活性，除了采取必要的运行措施外必须积极研究有效的手段解决或缓解这些问题。

4利用柔性直流控制技术控制电网合环运行

柔性直流控制技术是以电力电子设备为基础，采用电子技术、控制技术和通讯技术，来实现交、直流输电灵活控制的一种新技术，其优势在于能够增强电网的灵活控制能力提高系统稳定性。基于柔性直流输电技术的柔性协调控制技术，能够在不增加系统短路容量的前提下，实现电磁环网的直流互联，从而提高城市电网的可控性和安全可靠性；能够实现两个或多个电网交流电网之间的异步互联，并可作为

重要负荷的保安电源；能够提供快速、连续的有功调节、无功补偿、稳定交流母线的电压、改变区域电网的潮流分布，必要时为电网提供有功支援和动态无功支撑。

通过柔性直流控制技术来实现电磁环网软合环运行，可以达到限制短路电流、优化潮流、无功补偿、紧急有功支援等目标，这是解决目前城市电磁环网安全运行问题的有效手段之一。目前先进的柔性控制技术采用模块化多电平换流器（MMC），MMC与其他换流器有着相似的结构和动态特性，能够较为容易地进行背靠背连接。此外，MMC模块化的结构，可以方便控制投入和切除子模块的数目来实现传输不同功率和输出不同电压的目的。集成化的设计可以缩短项目周期，节约成本，所以，模块化多电平换流器（MMC）非常适合用于电磁环网柔性控制技术中。模块化紧凑的结构能减少占地面积，缩短生产和安装时间，节约电力投资成本。利用柔性直流控制器来解决电磁环网运行带来的问题，可以满足电力系统安全稳定的运行要求。所以，采用柔性直流技术，可以达到系统潮流优化控制、无功功率调节、短路电流抑制、负荷转移等目标，最终实现城市电磁环网软合环运行。

柔性直流软合环功能体现在以下几个方面：（1）在不增加系统短路容量的前提下，限制电网短路电流；利用柔性直流控制器的灵活控制能力调节系统潮流，使潮流优化分布；在电网严重故障时，做片区间有功紧急支援的控制手段，减少故障下的甩负荷量；此外还可以隔离事故片区，避免事故范围扩大，减小事故风险。保障电网安全运行。（2）柔性直流控制器可以对网测进行动态无功补偿和有功功率调节，发挥其快速的响应能力，提高电网的供电水平和供电质量。而且，柔性直流控制器的快速响应能力，是其他设备无法相比的，这就提升了电网的稳定性和抗扰动能力。（3）柔性直流控制技术可以充当保安电源，在弱的交流电网停电后，可以通过柔性控制设备向无源网络供电，做到有功功率和无功功率的快速控制。（4）柔性直流控制器结构紧凑、占用空间小、节省了电力建设的占地成本，可以较为便捷地应用于实际电网当中。

因此，研究电磁环网的柔性直流软合环运行对于城市电网的建设和维稳具有非常重要的实际工程意义。

5结束语

利用柔性直流控制技术的灵活控制能力，可以有效解决或者缓解城市电网由于电磁环网合环运行带来的短路电流超标问题，以及在电网故障下，通过快速功率调节做到紧急有功支援，减少甩负荷量，提高电网的供电能力和抵御严重故障能力。除此之外，当交流系统出现较大的短路电流时，为了快速限制短路电流。可以设置控制指令，快速闭锁柔性直流控制器，从而限制短路电流幅值，提高系统安全运行能力。

参考文献

[1]潘家和,冯秀竹,陈旭锋.基于PSASP的地区电网短时电磁合环可行性分析方法[J].重庆电力高等专科学校学报，2013(12)

[2]谭斌,丁宇洁,陈忠益等.配网电磁合环倒供电条件分析及计算校核[J].中国电业(技术版)，2016(04)

[3]李山,李伟,陈文涛等.750kV/220kV电网电磁合环操作冲击电流分析与实践[J].中国电力，2016(11)

作者简介

赵丹（1989-）女，汉族，硕士研究生，助理工程师，主要从事调控运行（110kV~220kV）。

付强（1989-）男，汉族，本科，助理工程师，主要从事调控运行（110kV～220kV）。