中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和負(fù)荷的增長(zhǎng)，電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行是必然趨勢(shì)。但隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，即使在考慮分區(qū)運(yùn)行的情況下，依然存在部分站點(diǎn)短路容量接近限值，導(dǎo)致區(qū)域間聯(lián)絡(luò)弱，正常以及事故運(yùn)行方式下區(qū)域間電力互濟(jì)能力弱。如果采用增強(qiáng)主網(wǎng)架的方式，投資大，且在城市地區(qū)，實(shí)施難度大。
柔性直流技術(shù)，由于其具有靈活性、快速的控制能力，適合應(yīng)用于可再生能源并網(wǎng)、異步電網(wǎng)互聯(lián)、城市電網(wǎng)供電、孤島供電、直流配網(wǎng)、多端直流電網(wǎng)等領(lǐng)域。柔性直流技術(shù)在區(qū)域間電網(wǎng)互聯(lián)已有工程應(yīng)用案例，如廣東電網(wǎng)直流背靠背工程（AC 500千伏，DC ±300千伏/ 2×1500兆瓦）、渝鄂聯(lián)網(wǎng)背靠背工程（AC 500千伏，DC±420千伏/ 2×1250兆瓦），旨在解決交直流相互影響、大面積停電風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。
柔性直流在我國(guó)城市電網(wǎng)的應(yīng)用還未有工程案例，但已有一些理論研究，如柔性直流技術(shù)在城市電網(wǎng)應(yīng)用以提升電網(wǎng)供電能力，其應(yīng)用具有一定的可行性；貢獻(xiàn)短路電流能力與其容量、控制方式、運(yùn)行方式、短路點(diǎn)電氣距離等因素有關(guān)。但研究并未給出城市電網(wǎng)的柔性互聯(lián)選點(diǎn)以及互聯(lián)設(shè)計(jì)方案。
城市電網(wǎng)面臨的問(wèn)題
由于我國(guó)能源與負(fù)荷分布不均衡，城市電網(wǎng)一般面臨著如下問(wèn)題：
本地電源支撐不足，源荷分布不協(xié)調(diào)。本地電源不足、源荷分布不協(xié)調(diào)的問(wèn)題一直是城市電網(wǎng)發(fā)展需應(yīng)對(duì)的問(wèn)題之一。本地電源的支撐不足將加重城市電網(wǎng)對(duì)外區(qū)電力送入的依賴，一方面外區(qū)送入電力受政策、價(jià)格及季節(jié)影響較大；另一方面，隨著城市化進(jìn)程的加深，建設(shè)外區(qū)電力送入所需的電力通道的難度日益加大。隨著電網(wǎng)供電負(fù)荷的持續(xù)增大，電網(wǎng)電力供需平衡問(wèn)題日益凸顯，電源的問(wèn)題將是城市電網(wǎng)持續(xù)高效發(fā)展的首要問(wèn)題。
電網(wǎng)局部區(qū)域供電能力不足，存在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。本地電源缺乏，新增電源點(diǎn)代價(jià)高；電網(wǎng)建設(shè)難度大，主干網(wǎng)供電電源不足，導(dǎo)致局部地區(qū)一直存在供電能力跟不上需求快速增長(zhǎng)的問(wèn)題。同時(shí)，考慮環(huán)保的要求，很多城市的供電中心城區(qū)的主力火電逐步退役，這將導(dǎo)致局部電網(wǎng)供電能力不足，尤其是在迎豐度夏期間，電網(wǎng)關(guān)鍵斷面和設(shè)備的重過(guò)載問(wèn)題會(huì)比較突出。
缺乏足夠的電壓支撐和靈活的無(wú)功電壓調(diào)節(jié)手段，暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題突出。對(duì)于供電城市負(fù)荷中心，由于負(fù)荷集中、區(qū)內(nèi)電源匱乏，缺乏足夠的電壓支撐和靈活的無(wú)功電壓調(diào)節(jié)手段，暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題突出。
220千伏電網(wǎng)短路電流過(guò)高或超標(biāo)，影響電網(wǎng)運(yùn)行方式。對(duì)于大型、特大型城市，一般處于區(qū)域電網(wǎng)的中心位置，導(dǎo)致其220千伏電網(wǎng)短路電流會(huì)較大；若存在電廠集中接入220千伏片網(wǎng)，220千伏側(cè)短路電流水平進(jìn)一步抬升。為降低短路電流水平，220千伏側(cè)母線分列運(yùn)行，降低了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和可靠性。
城市電網(wǎng)建設(shè)難度大，投資日益增高。城市化的發(fā)展使土地資源越來(lái)越緊缺，變電站和線路選址選線難度大；由于居民的敏感性，電網(wǎng)項(xiàng)目環(huán)評(píng)阻力大；電網(wǎng)建設(shè)征地、拆遷難度大，征地拆遷賠償?shù)裙ぷ鲄f(xié)調(diào)難度大、費(fèi)用高昂，電網(wǎng)建設(shè)投資代價(jià)高。這些導(dǎo)致大型、特大型城市電網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)難度大、工期長(zhǎng)。
城市電網(wǎng)柔性分區(qū)互聯(lián)的必要性
為解決城市電網(wǎng)面臨的這些問(wèn)題，改變?cè)蟹謪^(qū)間交流弱互聯(lián)的局面，增強(qiáng)分區(qū)間的互濟(jì)，提高可靠性及靈活性，采用柔性分區(qū)互聯(lián)可帶來(lái)如下好處：
使互聯(lián)分區(qū)電網(wǎng)兩側(cè)負(fù)荷合理分配，優(yōu)化主變負(fù)載率和電網(wǎng)運(yùn)行裕度。由于交流網(wǎng)絡(luò)在一定程度上潮流不可控，互聯(lián)的電網(wǎng)間可能存在著一側(cè)主變負(fù)載率過(guò)高，重載運(yùn)行，一側(cè)主變負(fù)載率過(guò)低，輕載運(yùn)行且供電裕度大的情況?？紤]利用現(xiàn)有互聯(lián)線路建設(shè)柔性直流背靠背實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電網(wǎng)柔性互聯(lián)，可充分利用一側(cè)電網(wǎng)的供電能力，減輕另一側(cè)的供電壓力，通過(guò)柔性直流控制潮流，均勻分配兩側(cè)負(fù)荷，優(yōu)化兩側(cè)主變負(fù)載率，提高電網(wǎng)運(yùn)行裕度。
限制短路電流水平，使分區(qū)互聯(lián)運(yùn)行可行。大型、特大型城市負(fù)荷密度高，500千伏變電站密集，電網(wǎng)聯(lián)系緊密，導(dǎo)致部分站點(diǎn)220千伏母線短路電流水平較高，需采用母線分列運(yùn)行或斷開(kāi)聯(lián)絡(luò)線等降低短路電流水平，影響了電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性和可靠性。不同于交流互聯(lián)，柔性互聯(lián)不增加交流電網(wǎng)電氣聯(lián)系，提供的短路電流水平較低，可維持分區(qū)互聯(lián)，提高電網(wǎng)運(yùn)行靈活性和可靠性。
故障方式下不同供電片區(qū)緊急電力支援，提高供電的可靠性。在故障情況下，存在部分站點(diǎn)過(guò)載，但受限于220 千伏母線單相短路電流水平，難以通過(guò)采取與其他供電區(qū)域合環(huán)運(yùn)行的措施進(jìn)行電力支援，必要情況下需采取轉(zhuǎn)供或者切負(fù)荷措施。此時(shí)可考慮應(yīng)用柔性直流背靠背，利用柔性直流的快速控制特性，實(shí)現(xiàn)故障方式下不同供電片區(qū)緊急電力支援，提高運(yùn)行的靈活性和供電的可靠性。
互聯(lián)片區(qū)互為黑啟動(dòng)電源，提高電網(wǎng)故障后恢復(fù)能力。對(duì)于負(fù)荷中心缺乏黑啟動(dòng)電源的電網(wǎng)，柔性直流背靠背可兼做黑啟動(dòng)電源。當(dāng)一端交流系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，可以借助柔性直流的電壓、頻率控制，通過(guò)柔性互聯(lián)利用另一端交流系統(tǒng)建立故障端的電壓、頻率，向故障端交流系統(tǒng)供電。由于柔性直流系統(tǒng)的有功、無(wú)功解耦控制，啟動(dòng)過(guò)程中，可控制有功功率、無(wú)功功率降低黑啟動(dòng)初期的功率沖擊，避免頻率失穩(wěn)和交流過(guò)壓風(fēng)險(xiǎn)，提高電網(wǎng)抵御嚴(yán)重故障的能力和故障后快速恢復(fù)能力。
柔性直流技術(shù)由于其靈活性、快速的控制能力，可解決在“雙碳”目標(biāo)背景下城市電網(wǎng)所面臨的一些問(wèn)題，解決城市電網(wǎng)片區(qū)間供能不均衡、加強(qiáng)片區(qū)間的互濟(jì)及抵御嚴(yán)重故障的能力、限制互聯(lián)短路電流等，采用柔性分區(qū)互聯(lián)方案可顯著降低系統(tǒng)短路電流水平、提高電網(wǎng)互濟(jì)能力和安全穩(wěn)定水平。
