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摘要：内蒙古西部电网500kV主网架目前已经形成"两横四纵"的供电网络，220kV电网以500kV变电站为依托，分片运行，地区供电由500kV变电站分区接带，其中大多数500kV变电站主变主要以下送为主。但是部分地区500kV网架仍然薄弱，220kV系统与500kV系统联系不强，存在单回线路、单台主变的情况，也有线路线径较细的情况，不仅导致地区电网存在稳定问题，而且造成系统潮流互供能力不足。本文以某500kV变电站为例，结合其所在电网的结构和电源结构，客观分析了安全稳定、电压控制等方面存在的问题，提出了建立以500kV变电站为核心的微电网构思，以达到提高电网运行稳定性，提升清洁能源接带能力，同时满足清洁能源就地平衡和远距离输送的需求。
关键词：变电站；结构；清洁能源；微电网
引言
我国能源资源分布不均衡。据统计，内蒙古目前已探明煤炭资源储量达到7400多亿吨，居全国第一位。内蒙古风能资源居全国之首，风能资源总储量达8.98亿千瓦，其中可开发量达1.5亿千瓦，占我国可开发总量的一半。太阳能资源居全国第二位，可开发太阳能资源的土地面积为105.2万平方公里，太阳能总辐射量高达6490～6992兆焦耳/平方米。其中，巴彦淖尔、乌兰察布、锡林郭勒三个地区是风电、光伏等新能源集中的区域。仅2013年全年风电发电量219.77亿千瓦时，增长23.34%；光伏发电量5.81亿千瓦时，增长247.79%，可再生能源发电量快速增长。同时，煤炭、风能、太阳能等资源富集区大都远离电力负荷中心，这就决定了内蒙古电网采取大规模、高电压、远距离、汇集接入方式接纳和将火、风、太阳能"打捆外送"的输送模式，但是目前又存在着各区域电网架构普遍呈现送电通道少，一塔单回线路多、单台主变运行、线塔占用土地多等问题。
一. 某500kV变电站所在电网和电源结构
该变电站是500kV主网架枢纽变电站，500kV系统采用双母线接线，出线间隔采用3/2接线方式，分别通过单回4×LGJ-400/35导线接带容量为2*350MW某热电厂、单回4×LGJ-400/35导线接带容量为1500MVA某地区间500kV变电站，运行容量为750MVA主变压器两台。220kV系统采用双母线双分段接线方式，出现分别通过单回4×LGJ-400/35导线接带容量为99MW某风电厂、单回LGJ-2×240/30导线接带容量为240MW某风电厂和光伏电站、7回LGJ-2×240/30导线接带地区间220kV系统负荷，实现500kV系统与220kV系统潮流互供，保障地区供电及工农业生产。35kV系统采用双母线分段运行，出现间隔分别接带站用电系统，低容抵抗无功补偿系统。
1.运行存在的不足与问题
（1）地区安全稳定问题
500kV单回线运行将大大限制地区发电出力，限制输送能力。考虑到地区系统稳定性要求及电源侧存在N-1暂态稳定问题，在某500kV地区联络线停电时，需要另一回500kV接带热电厂的线路及2台主变陪停，届时将造成该站500kV系统全停。地区500kV/220kV电磁环网不够完善，500kV元件N-1时向220kV系统的潮流转移增大，正常运行方式下环网N-1热稳定问题得不到有效缓解。新能源的间歇性和波动性已经成为影响电网安全稳定运行的突出问题，220kV单回线接带地区风电负荷较大，考虑暂态稳定问题和热稳定限制，该线路需要控制有功在390MW以下，运行压力仍然较大，严重影响该站接带清洁能源的能力。
（2）无功电压管理问题
由于系统网架结构复杂，500kV系统与主网络薄弱，均为单线结构，在地区间仍然构成了500kV网络与220kV网络的电磁环网，电压控制调整难度较大。由于周边接入发电机组较多 ，当地负荷较小，即使在本站500kV线路高抗、35kV低抗全部投入运行，机组高发电力率运行的情况下，500kV/220kV系统电压仍然长期在高限值区间波动。在冬季供暖电源点投入运行或风电小开机方式下，220kV线路轻载运行或空载运行，线路充电功率大、风电场感性无功补偿能力不足导致220kV风电接入点电压较高，越上限问题突出。在后夜低谷期间，网内无功平衡困难，也存在220kV系统电压整体偏高。
二，对500kV变电站配置微电网的思考
坚持统筹协调，构建能源多元化发展格局。围绕建成清洁能源输出基地，科学规划，多元发展，促进优势特色产业链延伸升级，在统筹有序前提下要鼓励多层次多元化的发展。倡导发展生态电力，大力推进能源的清洁生产和高效利用，着力提高新能源的转化比例，强化500kV主网架与微电网一体化推进的发展导向，在实现就地接带、就地平衡、就地补偿、就地互供的基础上，保证远距离可靠输送清洁能源。
鉴于目前内蒙古西部电网独特的区位特点和丰富的资源优势，可以在建设超高压乃至特高压电网的同时，充分考虑在500kV变电站将以新能源发电为主的分布式电源纳入到电网规划当中，以此实现缓解地区安全稳定问题和平衡地区无功电压问题，在发生电网事故或突发自然灾害时，减少电网事故带来的经济损失。思路如下：
建立以500kV变电站为核心的微电网，在目前地区安全稳定问题突出和无功电压管理问题困难的变电站基础上增加微电网布局，各分布式电源以及公共负载通过固态变压器（SST）接入微型环网，固态变压器容量和数量依据分布式电源的分布集散情况具体确定。
分布式电源结构将由本地域优势的风能、太阳能、生物质发电等，依据变电站周围地理位置和环境设计接入固态变压器的分布式电源类型和负载类型，固态变压器可以实现电能的双向传输，既可以有分布式电源侧传向环网侧，也可有环网侧传向分布式电源侧。
在500kV变电站内建立自己的分布式电源，经过SST0同时接入环网，这样降低了站内用电的成本的同时，更加环保低碳，同时增加了站用电的可靠性。
变电站建设环网后可以增加用电可靠性。当大电网失电后，环网内的分布式电源会提供电能支持，便于在短时间内启动恢复送电，且不会造成环网内用户和变电站失电，降低了经济损失。
内蒙古固然有全国第一的煤炭资源，但是面对化石能源过度开发利用、生产过程产生的"三废"等问题，综合利用绿色能源发电在不久的将来将被大力推进。因此，从长远角度看，结合内蒙古西部地理环境和气候条件，在规划建设500kV枢纽变电站中考虑将风电、太阳能、生物质发电等资源综合开发利用，鼓励积极推进微电网的规划发展，建设以500kV电网为依托的小型分布式电源，甚至将用户与主网互通互融有效接入，实现环网内的负载和电源通过控制策略可以就地自衡，达到电能综合开发利用，保证电网供电和用户用电的可靠性，应该是值得研究和推行的课题。
参考文献
【1】内蒙古电力调度通信中心.《内蒙古电网年度运行方式》.
【2】内蒙古电力（集团）有限责任公司调度通信中心.《内蒙古西部电网事故分析汇编（1999～2013）》[S]；2013.
【3】徐青山；《分布式发电与微电网技术》[S]；人民邮电出版社；2011第1版.
【4】鲁宗相，王彩霞.微电网研究综述[J]；电力系统自动化；2007，31（19）；100～106.
作者简介：
郭联瑜，女，（1983年4月-），工程师，学士学位，从事500kV变电设备修试管理工作。
高志平，男，（1980年3月-），工程师，学士学位，从事500kV变电设备运行管理工作。
关键词：变电站；结构；清洁能源；微电网
引言
我国能源资源分布不均衡。据统计，内蒙古目前已探明煤炭资源储量达到7400多亿吨，居全国第一位。内蒙古风能资源居全国之首，风能资源总储量达8.98亿千瓦，其中可开发量达1.5亿千瓦，占我国可开发总量的一半。太阳能资源居全国第二位，可开发太阳能资源的土地面积为105.2万平方公里，太阳能总辐射量高达6490～6992兆焦耳/平方米。其中，巴彦淖尔、乌兰察布、锡林郭勒三个地区是风电、光伏等新能源集中的区域。仅2013年全年风电发电量219.77亿千瓦时，增长23.34%；光伏发电量5.81亿千瓦时，增长247.79%，可再生能源发电量快速增长。同时，煤炭、风能、太阳能等资源富集区大都远离电力负荷中心，这就决定了内蒙古电网采取大规模、高电压、远距离、汇集接入方式接纳和将火、风、太阳能"打捆外送"的输送模式，但是目前又存在着各区域电网架构普遍呈现送电通道少，一塔单回线路多、单台主变运行、线塔占用土地多等问题。
一. 某500kV变电站所在电网和电源结构
该变电站是500kV主网架枢纽变电站，500kV系统采用双母线接线，出线间隔采用3/2接线方式，分别通过单回4×LGJ-400/35导线接带容量为2*350MW某热电厂、单回4×LGJ-400/35导线接带容量为1500MVA某地区间500kV变电站，运行容量为750MVA主变压器两台。220kV系统采用双母线双分段接线方式，出现分别通过单回4×LGJ-400/35导线接带容量为99MW某风电厂、单回LGJ-2×240/30导线接带容量为240MW某风电厂和光伏电站、7回LGJ-2×240/30导线接带地区间220kV系统负荷，实现500kV系统与220kV系统潮流互供，保障地区供电及工农业生产。35kV系统采用双母线分段运行，出现间隔分别接带站用电系统，低容抵抗无功补偿系统。
1.运行存在的不足与问题
（1）地区安全稳定问题
500kV单回线运行将大大限制地区发电出力，限制输送能力。考虑到地区系统稳定性要求及电源侧存在N-1暂态稳定问题，在某500kV地区联络线停电时，需要另一回500kV接带热电厂的线路及2台主变陪停，届时将造成该站500kV系统全停。地区500kV/220kV电磁环网不够完善，500kV元件N-1时向220kV系统的潮流转移增大，正常运行方式下环网N-1热稳定问题得不到有效缓解。新能源的间歇性和波动性已经成为影响电网安全稳定运行的突出问题，220kV单回线接带地区风电负荷较大，考虑暂态稳定问题和热稳定限制，该线路需要控制有功在390MW以下，运行压力仍然较大，严重影响该站接带清洁能源的能力。
（2）无功电压管理问题
由于系统网架结构复杂，500kV系统与主网络薄弱，均为单线结构，在地区间仍然构成了500kV网络与220kV网络的电磁环网，电压控制调整难度较大。由于周边接入发电机组较多 ，当地负荷较小，即使在本站500kV线路高抗、35kV低抗全部投入运行，机组高发电力率运行的情况下，500kV/220kV系统电压仍然长期在高限值区间波动。在冬季供暖电源点投入运行或风电小开机方式下，220kV线路轻载运行或空载运行，线路充电功率大、风电场感性无功补偿能力不足导致220kV风电接入点电压较高，越上限问题突出。在后夜低谷期间，网内无功平衡困难，也存在220kV系统电压整体偏高。
二，对500kV变电站配置微电网的思考
坚持统筹协调，构建能源多元化发展格局。围绕建成清洁能源输出基地，科学规划，多元发展，促进优势特色产业链延伸升级，在统筹有序前提下要鼓励多层次多元化的发展。倡导发展生态电力，大力推进能源的清洁生产和高效利用，着力提高新能源的转化比例，强化500kV主网架与微电网一体化推进的发展导向，在实现就地接带、就地平衡、就地补偿、就地互供的基础上，保证远距离可靠输送清洁能源。
鉴于目前内蒙古西部电网独特的区位特点和丰富的资源优势，可以在建设超高压乃至特高压电网的同时，充分考虑在500kV变电站将以新能源发电为主的分布式电源纳入到电网规划当中，以此实现缓解地区安全稳定问题和平衡地区无功电压问题，在发生电网事故或突发自然灾害时，减少电网事故带来的经济损失。思路如下：
建立以500kV变电站为核心的微电网，在目前地区安全稳定问题突出和无功电压管理问题困难的变电站基础上增加微电网布局，各分布式电源以及公共负载通过固态变压器（SST）接入微型环网，固态变压器容量和数量依据分布式电源的分布集散情况具体确定。
分布式电源结构将由本地域优势的风能、太阳能、生物质发电等，依据变电站周围地理位置和环境设计接入固态变压器的分布式电源类型和负载类型，固态变压器可以实现电能的双向传输，既可以有分布式电源侧传向环网侧，也可有环网侧传向分布式电源侧。
在500kV变电站内建立自己的分布式电源，经过SST0同时接入环网，这样降低了站内用电的成本的同时，更加环保低碳，同时增加了站用电的可靠性。
变电站建设环网后可以增加用电可靠性。当大电网失电后，环网内的分布式电源会提供电能支持，便于在短时间内启动恢复送电，且不会造成环网内用户和变电站失电，降低了经济损失。
内蒙古固然有全国第一的煤炭资源，但是面对化石能源过度开发利用、生产过程产生的"三废"等问题，综合利用绿色能源发电在不久的将来将被大力推进。因此，从长远角度看，结合内蒙古西部地理环境和气候条件，在规划建设500kV枢纽变电站中考虑将风电、太阳能、生物质发电等资源综合开发利用，鼓励积极推进微电网的规划发展，建设以500kV电网为依托的小型分布式电源，甚至将用户与主网互通互融有效接入，实现环网内的负载和电源通过控制策略可以就地自衡，达到电能综合开发利用，保证电网供电和用户用电的可靠性，应该是值得研究和推行的课题。
参考文献
【1】内蒙古电力调度通信中心.《内蒙古电网年度运行方式》.
【2】内蒙古电力（集团）有限责任公司调度通信中心.《内蒙古西部电网事故分析汇编（1999～2013）》[S]；2013.
【3】徐青山；《分布式发电与微电网技术》[S]；人民邮电出版社；2011第1版.
【4】鲁宗相，王彩霞.微电网研究综述[J]；电力系统自动化；2007，31（19）；100～106.
作者简介：
郭联瑜，女，（1983年4月-），工程师，学士学位，从事500kV变电设备修试管理工作。
高志平，男，（1980年3月-），工程师，学士学位，从事500kV变电设备运行管理工作。