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UPFC技术推动电网智能化发展

导读: 2017年9月12日,上海220千伏蕴藻浜变电站UPFC2258线启动,标志着上海首套统一潮流控制装置(UPFC)示范工程正式建成。

2017年9月12日,上海220千伏蕴藻浜变电站UPFC2258线启动,标志着上海首套统一潮流控制装置(UPFC)示范工程正式建成。该工程是世界首个将绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为主功率元件的UPFC工程,其成功投运意味着国家电网公司在UPFC关键技术的掌握上又迈进了一大步。

随着城市规模的不断发展扩大,特别是像上海这样的特大城市,核心区域用电负荷激增与供电能力无法快速提升之间的矛盾日益凸显,而其他区域出现电能过剩的现象,导致设备重载和轻载问题并存,电网输电能力无法得到充分利用。UPFC相当于电网电能的“智能交通控制系统”,在现有电网架构的基础上,灵活、有序地控制输电线路上的电能流量,使得潮流分布更加均匀,保证电网安全稳定运行。

示范工程投运意义重大

上海UPFC示范工程位于220千伏蕴藻浜变电站北侧。UPFC成套装置安装在蕴藻浜—闸北电厂三回线路蕴藻浜侧,核心设备包括模块化多电平结构的MMC换流阀、一台容量10万千伏安的并联变压器、一台容量10万千伏安的串联变压器和双冗余配置的串联旁路装置。该工程2016年9月完成可研批复,11月获得政府核准,12月完成初设,2017年1月全面开工建设,2017年9月工程顺利投运。

上海UPFC示范工程顺利投运对上海电网具有四个方面的重大意义。

首先,可提高蕴闸通道断面输送能力,满足上海北部地区电网供电需求。蕴藻浜—闸北断面的输送能力为52万千瓦,银山—洞庭的线路增容后整个过江通道的输送能力约为57万千瓦。因此,从闸北森林洞庭地区整体来看,地区负荷预计约114万千瓦,正常运行时森林变电站分母运行,地区电网供电能力也已出现缺额。为提高蕴藻浜—闸北断面输送能力,通过对闸蕴2205和闸铁2212架空导线实施动态增容使其达到电缆段31万千瓦的输送容量。此时,由于闸蕴2258线路阻抗较小,潮流向2258线偏移,整个闸蕴通道的输送能力可由52万千瓦提高至约58万千瓦。通过在闸蕴2258线路安装统一潮流控制器,可将蕴藻浜—闸北断面输送能力从58万千瓦进一步提高至62万千瓦,满足闸森地区供电需求。

其次,可提供动态无功支撑,提高上海电网电压稳定性。为大规模消纳西南水电,上海电网受电比例超过60%的时间每年长达7个月,叠加调峰因素,电网长时间处于“强馈入、弱开机”状态,电压稳定问题凸显。经分析,蕴藻浜站所在杨行分区为上海电网电压稳定薄弱点。UPFC投运后,可显著提高该地区电压稳定性,若在蕴藻浜站再加装±50兆乏的UPFC,可提高严重故障下上海电网电压稳定裕度50万千瓦,约占总负荷的1.6%。

第三,可动态调节电压,平衡分区无功缺口。上海电网为典型城市电网,一方面,线路电缆化率高,无功充电功率大;另一方面,用电峰谷差大,轻负荷时段无功消耗降低,造成感性无功平衡困难。低谷时段闸北森林所在的杨行分区,感性无功缺额达到110兆乏。考虑到闸森地区周边均为电缆线路,UPFC提供动态无功补偿有利于吸收系统多余的无功充电功率,实现无功就地平衡。

最后,可推动技术创新和产业升级。上海UPFC工程依托国家863计划课题,是国家电网公司重点科技项目。该工程显著提高了上海电网的整体科技含量,利用创新技术有效解决了潮流分布不均、城市供电能力不足等难题,使电网潮流由自然分布转变为智能化灵活控制,推动了上海电网向安全、高效、经济、清洁、互动现代电网升级。工程建成后可减少上海电网对闸北燃汽轮机电厂的依赖,大幅节省发电耗资,减少碳排放。

示范工程引领技术发展

一直以来,世界各国都很关注UPFC技术,并且早已有工程应用。相对而言,国外UPFC技术存在换流阀驱动复杂损耗大、变压器结构复杂且占地面积大、可扩展性和移植性差等缺点。

国家电网公司虽起步较晚,但在技术创新上已经实现了全面超越。上海UPFC工程是全球首套全户内紧凑型统一潮流控制器,占地约3.5亩,较同类工程节省占地面积75%,适用于城市核心区;采用了自主研发的专利技术,整体设备运行噪音极低;首次采用正压无尘工艺施工,创造绿色友好施工环境;装置采用串并联混合方式接入系统,具有四种运行模式,可根据系统运行需要灵活切换;通过直接补偿220千伏电网动态无功,减少无功穿越电压层级,有效提高了220千伏电网电压稳定性。工程功能强大,环境友好,在控制功能和精度、换流器性能等方面均达到了国际领先水平。

上海UPFC工程投运至今,完成了现场UPFC、单STATCOM、双STATCOM、SSSC模式的系统试验验证,特别是SSSC模式在小潮流低功率因数下的运行控制难题被攻克。整个系统运行正常稳定,实现了正常工况下对线路潮流的精准控制和故障状态下输电功率的紧急控制,提升了电网的供电能力和可靠性,取得了显著的经济和社会效益。

UPFC全称是UnifiedPowerFlowController,即“统一潮流控制器”。UPFC是由并联补偿的STATCOM(静止同步补偿器)和串联补偿的SSSC(静止同步串联补偿器)有机结合构成的新型潮流控制装置,仅通过控制规律的改变,就能实现并联补偿、串联补偿和移相等功能。简单来讲,UPFC能同时控制系统线路有功功率、无功功率和节点电压这三个基本状态量,从而达到合理控制线路潮流、实现经济运行和提高系统电压稳定性等目的。

上海首套UPFC装置。 朱鹰杰 摄

UPFC技术推动电网智能化发展

来源:国家电网报  作者:万军

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