考虑交流和柔性直流的海岛联网供电方案研究

覃惠玲 1，许 峰 2，刘裕昆 1

1. 广西电网公司规划研究中心；2. 中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司

摘要：[目的]通过与内陆联网的方式，保障中大型海岛的电力供应稳定性、安全性和可靠性，对于推进我国海洋战略的实施以及军民融合发展具有重要的意义。[方法]以国内沿海某中大型海岛作为研究案例，分析了中大型岛屿与内陆联网的必要性和联网方案。结合已投产的工程经验和造价，通过技术安全性、投资经济性、土地资源使用情况和海洋资源占用情况对交流和柔性直流联网送电方案进行了对比分析。[结果]研究结果表明：各方案安全性均能满足要求，交流方案网损低于柔直方案。总投资、占地面积和海缆路由方面，交流方案均优于柔直方案，因此为满足海岛的电力需求，推荐采用交流联网的方案。[结论]本文的研究方法和成果可为同类型的海岛与内陆联网工程提供参考。

关键词：海岛；联网；交流；柔性直流

中图分类号： 文献标志码： 文章编号：

Study on Power Supply Scheme of Island Interconnection considering AC and VSC-HVDC

QIN Huiling¹, XU Feng², LIU Yukun¹

(1. Planning and Research Center of Guangxi Power Grid Corporation, Nanning 530000, China; 2. China Energy Engineering Group Guangdong Electric Power Design Institute Co., Ltd., Guangzhou 510663, China)

Abstract: [Purpose] It is of great significance for the implementation of China's marine strategy and the integration of military and civilian development to ensure the stability, security and reliability of power supply of medium and large-scale islands through the way of interconnection with the inland. [Method] As a case study of a large and medium-sized island in the coastal area of China, this paper analyzes the necessity and power supply scheme of connecting the large and medium-sized island with the inland. Based on the experience and cost of the project under operation, this paper makes a comparative analysis of the AC and VSC-HVDC power transmission schemes through technical security, investment economy, land and marine resource occupation. [Results] The results show that the safety of each scheme can meet the requirements, and the network loss of AC scheme is lower than that of VSC-HVDC scheme. In terms of total investment, floor area and submarine cable route, AC scheme is superior to the VSC-HVDC scheme. Therefore, in order to meet the power demand of the island, the AC scheme is recommended. [Conclusion] The research methods and results of this paper can provide reference for the same type of interconnection projects.

Key words: islands; interconnection; AC; VSC-HVDC

我国海岸线较长，沿海岛屿众多，如何通过开发海岛从而带动整个海洋经济的发展至关重要。实现电力供应的安全性、可靠性和经济性是保障海岛建设的前提，同是也是我国电力规划设计工作的重要任务之一。

海岛可分为大中型海岛和小型离岛，供电模式可包括联网型和离网型。对于中大型群岛而言，有一定规模的常驻人口，主要经济以旅游业为主，电力需求相对较高，且对环保要求严格，因此发展岛内电源具有一定的难度。因此，通过与内陆联网的方式可在保证海岛生态环境不被破坏的前提下，满足中大型海岛的供电需求。

目前国内已对交流与柔性直流的联网方式进行了研究，并对大中型海岛开展了详细的联网供电方案的规划设计工作。其中文献[1][2]对舟山电网和存在的问题进行深入分析，从功率交换、电网稳定与新能源并网、运行方式和控制模式等角度阐述了与大陆电网联网的必要性, 提出应用多端柔性直流输电技术对大量风电进行并网的设想；文献[3]梳理了柔性直流输电技术的基本原理、技术特点及应用前景；文献[4]用柔直联网技术在海岛供电方案上进行了应用和分析；文献[5]介绍了南方电网南澳岛多端柔性直流输电示范工程中接线方式、运行方式和工程参数选型等内容；文献[6][7]对柔性直流换流站关键电气设备的选型和控制保护进行了分析；文献[8]对海上风电场不同的输电方式进行了分析比较，对于中大型海岛和内陆之间的联网送点方式的选择有一定的借鉴意义。

本文以国内南部沿海某中大型海岛A作为案例。首先分析了海岛A的电力系统现况和需求预测，接着对联网供电的必要性进行了论述，然后对交流和柔性直流的联网方案进行了技术、经济等方面的对比分析，最后对不同的联网方案进行了总结。

2. 电力系统现况及需求预测

本文的研究对象为国内南部沿海某中大型海岛A，距离陆地约60km。海岛A致力于打造成国内一流、国际知名的休闲度假海岛，以休闲度假为核心，形成集海洋文化、休闲运动、海岛养生、时尚生活、主题娱乐、海岛度假等功能于一体的海岛旅游目的地，高规格的发展思路对能源供应提出了更高的要求，使得岛内用电需求不断加大。目前，岛上电网最高电压等级是10kV，主要通过1座10kV开关站和4回10kV线路供电，其中某石油公司自备电厂接入其35kV企业电网，再通过10kV开关站对A岛供电。

“十三五”期间岛内负荷增长较快，预测至2020年岛内最大负荷为45MW。根据岛内控制性详细规划中给出的用地规划图，参考其它发展程度相近的海岛典型用地负荷密度指标，预测至远景2035年岛内最大负荷约145MW。本文将基于2020年的规划情况，以远景2035年作为水平年，进行供电方案研究。

3. 联网方案拟定及比较

   2. 联网方案拟定

根据A岛实际供电情况和负荷预测结果，分别拟定交流联网和柔直联网两种方案进行比选，如图2.1-1所示。

交流方案（2回）：为满足远景供电N-1要求，建设2回110kV岛内b站至陆上c站的海底电缆联网线路，大陆侧电缆线路长度约2.5km，海缆线路长约43km，岛上电缆长度约0.5km，选用三芯500mm2导线。陆上c站扩建2个110kV间隔，并配套装设2组18Mvar高抗。新建110kV全户内岛内b变电站1座。

柔直方案（2回）：为满足远景供电N-1要求，建设2回“主网～A岛”的±80kV 、规模为100MW的柔性直流线路，大陆侧新建全户内d换流站1座（2×100MW），对侧单极接线，直流出线2回，110kV交流出线2回至陆上c站，电缆长度约2.5km，陆上c站扩建2个110kV间隔。A岛内新建一座交直流合建e站1座。

（1）交流方案

（2）柔直方案

图2.1-1 交流与柔直联网方案示意图

1. 3. 联网方案比较

      2. 技术比较

1）潮流方面

采用远景2035年A岛中方案负荷水平进行计算，运行方式采用丰大正常运行方式。交流联网方案和柔直联网方案下的本工程近区潮流情况见图2.2-1。从潮流计算结果可以看出，2035年丰大正常运行方式下，两种联网方案均能满足电网安全稳定运行的要求，电压均在（-3%，+7%）合理范围内。正常运行方式下，交流两回线路平均输送约50MW潮流，在一回海缆故障下，另一回健全海缆输送约100MW潮流，满足N-1运行要求；两回柔直在正常运行情况下每回按输送50MW考虑，当任意一回柔直其中的一极海缆线路发生故障，整一回柔直都将被迫停运，此时另一回柔直需启动紧急功率提升至100MW。因此，两种方案在可靠性方面相当。

（1）交流方案

（2）柔直方案

图2.2-1 交流与柔直联网方案潮流计算示意图

2）损耗方面

交流方案主要为线路损耗，而柔直方案损耗则包括直流线路损耗和两端换流站损耗两部分。直流线路由于没有无功传输影响，因此线路损耗比交流输送损耗小；换流站损耗包括换流阀损耗、换流变压器损耗、连接电抗器损耗及其他如冷却设备损耗等，总体而言柔直联网方案损耗比交流方案高。结合潮流计算结果，交流方案损耗约1.3MW，柔直方案约3.4MW。

3）功角稳定方面

采用BPA-PSD软件进行模拟，计算条件如下：

(1) 计算水平年及运行方式：对220kV陆上c站及本工程投产后远景2035年进行潮流计算和稳定计算；

(2) 运行方式：选取丰大方式进行计算；

(3) 计算网络：包括中国南部四个省份500kV和220kV电网，考虑本工程与A岛联网数据；

(4) 岛内自备电厂机组参数暂按小型内燃机典型参数考虑。

经仿真计算，在交流联网方案和柔直联网方案发生一回线路发生三永故障，切除故障线路后（0秒故障， 0.12秒跳开），系统均可以保持稳定。

1. 1. 3. 经济比较

参考国内类似工程造价情况，初步估算交流联网方案总投资约57983万元，柔直联网方案总投资约123463万元，具体见表2.2-1和表2.2-2。

表2.2-1 交流联网方案投资估算 单位：万元

表2.2-2 柔直联网方案投资估算 单位：万元

1. 1. 4. 占地面积比较

交流方案中主网侧扩建间隔需额外增加高抗位置，新增占地约1.3亩，A岛内新建110kV交流户内站占地约5.5亩，总占地6.8亩。柔直方案中，2回柔直合建送端换流站占地约19.7亩，受端换流站交直流合建占地约25.1亩，总占地约44.8亩。具体见表2.2-3。

表2.2-3 交流与柔直方案占地面积比较 单位：亩

1. 1. 5. 综合比较

综合上述各个方面的比较分析，汇总交流联网与柔直联网方案对比情况如表3.2-4所示。可以看到，交流与柔直方案联网规模与最大送电能力一致，安全性均能满足要求，交流方案网损低于柔直方案。总投资、占地面积方面，交流方案均优于柔直方案。因此综合技术和经济比较，本工程推荐采用交流联网方式对A岛送电。

表2.2-4 交流与柔直方案综合比较

4. 结论

本文以国内沿海某大型岛屿为例，分析了中大型岛屿与内陆联网的必要性和联网方案。结合已投产的工程经验和造价，通过技术安全性、投资经济性、土地资源使用情况和海洋资源占用情况对交流和柔性直流联网送电方案进行了对比分析。结果表明，交流联网方案在满足技术性要求的前提下，总投资和土地及海洋资源占用方面更优，因此为满足海岛的电力需求，推荐采用交流联网的方案。

参考文献：

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9. 郑明，王长虹. 海上风电场输电方式研究 [J]. 南方能源建设, 2018, 5(2): 99-108.

作者介绍：

覃惠玲（1981-），女，广西马山人，壮族，研究生学历，高级工程师，主要从事智能电网规划与研究，广西电网公司。