海島輸電方式的初步比選方法

柔性輸電技術應用于孤島供電的規(guī)劃研究PAGE9海島輸電方式的初步比選方法輸電方式比選的基本思路和標準基本思路在應用規(guī)劃階段，對海島供電輸電方式進行選擇時遵循以下思路：（1）在兩側海島電網(wǎng)額定頻率不同，或者需要控制系統(tǒng)短路電流水平的場合下，交流輸電方案可行性不大，最適宜的輸電方式是柔性直流輸電或柔性直流背靠背連接。（2）對于柔性直流輸電方案和交流輸電方案均可行的的海島供電及電網(wǎng)互聯(lián)場合，具體采用何種輸電方案，需要經過初步技術經濟比較來確定。（3）對于海島本地電源出力變化造成電壓質量差、而依賴靜態(tài)無功補償和發(fā)電機自身無功調節(jié)能力無法完全解決的場合，在應用規(guī)劃階段可以考慮柔性直流輸電方案（但在深入的設計階段中需要對柔性直流輸電方案和交流輸電+動態(tài)無功補償裝置方案進行技術經濟比較）。比選指標定性比較柔性直流輸電技術方案和交流輸電技術方案相比，具有如下特點：（1）在一定輸電距離以內，交流輸電的投資低于柔性直流輸電，而且交流輸電的運行損耗低于柔性直流輸電；（2）交流輸電的可靠性和可用率指標較高；（3）柔性直流輸電在使用壽命、環(huán)境影響、維護費用方面優(yōu)于交流輸電。（4）柔性直流輸電在系統(tǒng)故障后恢復、無功和電壓調節(jié)、提高電能質量、提高系統(tǒng)阻尼控制能力，模塊化施工等方面有一定優(yōu)勢。定量指標（1）輸電線路的經濟等價距離孤島供電距離或孤島電源送出距離在“經濟等價距離”[23]以上的場合，柔性直流輸電方案的經濟性優(yōu)于交流輸電方案?！敖洕葍r距離”取決于交、直流線路成本和換流器、變電站成本，需要經過計算比較確定。為了明確交流海纜輸電和柔性直流跨海輸電的“經濟等價距離”，參考國外實際工程投資資料，對不同的輸送容量和輸送距離情況下交流海纜輸電和柔性直流跨海輸電的靜態(tài)投資進行了比較。比較圖簡示于圖3.1-1。比較中采用的經濟性指標見表3.1-1?？梢钥闯觯旊娙萘吭?0MW至200MW變化時，“經濟等價距離”約在40至60km左右變化。從國外已經投運的實際工程（參見2.2小節(jié)）來看，除了試驗示范工程的線路長度較短外，實際工程的線路長度也都達到40km以上。圖3.1-1交流海纜輸電和柔性直流跨海輸電的經濟性比較表3.1-1交流海纜輸電和柔性直流跨海輸電的經濟性指標一、柔性直流方案換流器額定功率（MW）52550100150200雙回海纜造價（百萬人民幣/公里）240463491549611664換流器單位造價（百萬人民幣/MW）160160150135130120二、交流方案交流電壓等級（kV）1035110110220220三相海纜造價（百萬人民幣/公里）1503501100150025003000（2）“經濟等價容量”對于低輸送容量的交流和直流輸電工程，直流電纜的造價與交流電纜相差不大，但直流換流器投資較大。因此容量過低的直流輸電工程在投資上可能高于交流輸電工程（參見圖2.2-2）。“經濟等價容量”指的是：輸送容量小于該值時，交流輸電投資小于柔性直流輸電方案。初步計算表明，交流海纜輸電和柔性直流跨海輸電的“經濟等價容量”大約在10MW以下。圖3.1-2交流海纜輸電和柔性直流跨海輸電的經濟性比較(輸送功率P=5MW)（3）風電場短路容量比許多海島都有豐富的風力資源和較大規(guī)模的風電開發(fā)規(guī)劃，盈余風電需要由海島送往大陸電網(wǎng)，因此在海島與大陸電網(wǎng)的互聯(lián)規(guī)劃中需要考慮風電的送出要求?！帮L電場短路容量比”定義為風電場額定容量與該風電場與電力系統(tǒng)的連接點的短路容量之比[25]。短路容量表示網(wǎng)絡結構的強弱，短路容量大說明該節(jié)點與系統(tǒng)電源點的電氣距離小，聯(lián)系緊密。風電場接入點的短路容量反映了該節(jié)點的電壓對風電注入功率變化的敏感程度。風電場短路容量比小表明系統(tǒng)承受風電擾動的能力強。為了保證電網(wǎng)的電壓質量，風電場的裝機容量不能超過聯(lián)接點短路容量的某一百分值，對于風電場的短路容量比這一指標，歐洲國家給出的經驗數(shù)據(jù)為3.3%~5%，日本學者認為短路比在10%左右也是允許的[25][26]。如果風電經交流線路接入系統(tǒng)而造成短路比超過允許值，則應采取特殊措施，滿足電網(wǎng)電壓穩(wěn)定要求，風電的接入方式設計可轉向考慮柔性直流輸電（或常規(guī)直流輸電）。除上述指標外，電壓源換流器的最大制造容量對柔性直流技術的應用也有所限制。由于電力電子元件的最大工作電流和電壓的限制，目前國際廠商的最大換流器容量制造能力在550MW左右。從國外已經投運的實際工程（參見2.2小節(jié)）來看，除了試驗示范工程的容量較小外，實際工程的換流器容量在36MW至350MW之間。輸電方式初步評選的分析流程柔性直流輸電適用性評估和海島供電輸電方式初步選擇的流程簡示于圖3.2-1。其中采用的標準如下：標準1——本地電源規(guī)劃標準：本島的遠期電源規(guī)劃無法可靠、經濟地滿足本地負荷發(fā)展需要。標準2——頻率或限流標準：兩側海島電網(wǎng)額定頻率不同，或者需要控制系統(tǒng)短路電流水平的場合；標準3——經濟等價容量標準：輸送功率大于經濟等價容量；標準4——短路容量比標準：風電場短路容量比小于允許值；標準5——電壓波動標準：依賴靜態(tài)（或動態(tài)）無功補償和風力發(fā)電機自身無功調節(jié)能力可以完全解決海島風電經交流接入系統(tǒng)造成的電壓質量差、電壓波動等問題；標準6——經濟等價距離標準：輸電線路長度大于經濟等價距離；標準7——直流方案技術校核：柔性直流方案滿足可靠性、動態(tài)穩(wěn)定、環(huán)境影響等方面的技術要求；標準8——交流方案技術校核：交流輸電方案滿足可靠性、動態(tài)穩(wěn)定、環(huán)境影響等方面的技術要求。上述流程中包括了輸電方式初步選擇的基本原則和主要技術經濟指標。但是，在應用規(guī)劃階段，由于某些基礎性資料和遠期數(shù)據(jù)的缺乏。往往無法對不同輸電方式進行全面細致的比較和校核。因此，本報告并不對所有的項目進行輸電方式選擇，而是針對柔性直流技術對該項目的適用性進行分析和評估，將項目的適用程度分為四個等級：I級（很強）、II級（較強）、III級（一般