考虑交流和柔性直流的海岛联网供电方案研究

覃惠玲，许 峰，刘裕昆

（1.广西电网公司规划研究中心，广西 南宁 530000；2.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广东 广州 510663）

0 引 言

我国海岸线较长，沿海岛屿众多，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。

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]和文献[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]和文献[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[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电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。

1 联网方案拟定及比较

1.1 联网方案拟定

根据A岛实际供电情况和负荷预测结果，预测至远景2035年岛内最大负荷约145 MW。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。分别拟定交流联网和柔直联网两种方案进行比选[6,7]。

交流方案（2回）：为满足远景供电N-1要求，建设2回110 kV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2.5 km，海缆线路长约43 km，岛上电缆长度约0.5 km，选用三芯500 mm2导线。陆上c站扩建2个110 kV间隔，并配套装设2组18 MVA高抗。新建110 kV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±80 kV、规模为100 MW的柔性直流线路，大陆侧新建全户内d换流站1座（2×100 MW），对侧单极接线，直流出线2回，110 kV交流出线2回至陆上c站，电缆长度约2.5 km，陆上c站扩建2个110 kV 间隔。A岛内新建一座交直流合建e站1座。

1.2 联网方案比较

1.2.1 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，根据潮流计算结果可以得出，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50 MW潮流，在一回海缆故障下，另一回健全海缆输送约100 MW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 50 MW 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100 MW。因此，两种方案在可靠性方面相当[9,10]。

（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1.3 MW，柔直方案约3.4 MW。

（3）功角稳定方面。采用BPA-PSD软件进行模拟，计算条件如下。

（a）计算水平年及运行方式：对220 kV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；

（b）运行方式：选取丰大方式进行计算；

（c）计算网络：包括中国南部4个省份500 kV和220 kV电网，考虑本工程与A岛联网数据；

（d）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，交流联网方案和柔直联网方案在一回线路发生三相永久性故障时，切除故障线路后（0 s故障，0.12 s跳开），系统均可以保持稳定。

1.2.2 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57 983万元，柔直联网方案总投资约 123 463万元。

1.2.3 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 m2，A岛内新建110 kV交流户内站占地约5.5 m2，总占地6.8 m2。柔直方案中，2回柔直合建送端换流站占地约19.7 m2，受端换流站交直流合建占地约25.1 m2，总占地约44.8 m2。

1.2.4 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1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。

表1 交流与柔直方案综合比较表

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。

2 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。