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UPFC技術(shù) 推動電網(wǎng)智能化發(fā)展

2018-01-30 09:41:01 國家電網(wǎng)報  點擊量: 評論 (0)
2017年9月12日,上海220千伏蘊藻浜變電站UPFC2258線啟動,標志著上海首套統(tǒng)一潮流控制裝置(UPFC)示范工程正式建成。該工程是世界首個將絕...

2017年9月12日,上海220千伏蘊藻浜變電站UPFC2258線啟動,標志著上海首套統(tǒng)一潮流控制裝置(UPFC)示范工程正式建成。該工程是世界首個將絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為主功率元件的UPFC工程,其成功投運意味著國家電網(wǎng)公司在UPFC關(guān)鍵技術(shù)的掌握上又邁進了一大步。

隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展擴大,特別是像上海這樣的特大城市,核心區(qū)域用電負荷激增與供電能力無法快速提升之間的矛盾日益凸顯,而其他區(qū)域出現(xiàn)電能過剩的現(xiàn)象,導致設(shè)備重載和輕載問題并存,電網(wǎng)輸電能力無法得到充分利用。UPFC相當于電網(wǎng)電能的“智能交通控制系統(tǒng)”,在現(xiàn)有電網(wǎng)架構(gòu)的基礎(chǔ)上,靈活、有序地控制輸電線路上的電能流量,使得潮流分布更加均勻,保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

示范工程投運意義重大

上海UPFC示范工程位于220千伏蘊藻浜變電站北側(cè)。UPFC成套裝置安裝在蘊藻浜—閘北電廠三回線路蘊藻浜側(cè),核心設(shè)備包括模塊化多電平結(jié)構(gòu)的MMC換流閥、一臺容量10萬千伏安的并聯(lián)變壓器、一臺容量10萬千伏安的串聯(lián)變壓器和雙冗余配置的串聯(lián)旁路裝置。該工程2016年9月完成可研批復,11月獲得政府核準,12月完成初設(shè),2017年1月全面開工建設(shè),2017年9月工程順利投運。

上海UPFC示范工程順利投運對上海電網(wǎng)具有四個方面的重大意義。

首先,可提高蘊閘通道斷面輸送能力,滿足上海北部地區(qū)電網(wǎng)供電需求。蘊藻浜—閘北斷面的輸送能力為52萬千瓦,銀山—洞庭的線路增容后整個過江通道的輸送能力約為57萬千瓦。因此,從閘北森林洞庭地區(qū)整體來看,地區(qū)負荷預計約114萬千瓦,正常運行時森林變電站分母運行,地區(qū)電網(wǎng)供電能力也已出現(xiàn)缺額。為提高蘊藻浜—閘北斷面輸送能力,通過對閘蘊2205和閘鐵2212架空導線實施動態(tài)增容使其達到電纜段31萬千瓦的輸送容量。此時,由于閘蘊2258線路阻抗較小,潮流向2258線偏移,整個閘蘊通道的輸送能力可由52萬千瓦提高至約58萬千瓦。通過在閘蘊2258線路安裝統(tǒng)一潮流控制器,可將蘊藻浜—閘北斷面輸送能力從58萬千瓦進一步提高至62萬千瓦,滿足閘森地區(qū)供電需求。

其次,可提供動態(tài)無功支撐,提高上海電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。為大規(guī)模消納西南水電,上海電網(wǎng)受電比例超過60%的時間每年長達7個月,疊加調(diào)峰因素,電網(wǎng)長時間處于“強饋入、弱開機”狀態(tài),電壓穩(wěn)定問題凸顯。經(jīng)分析,蘊藻浜站所在楊行分區(qū)為上海電網(wǎng)電壓穩(wěn)定薄弱點。UPFC投運后,可顯著提高該地區(qū)電壓穩(wěn)定性,若在蘊藻浜站再加裝±50兆乏的UPFC,可提高嚴重故障下上海電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度50萬千瓦,約占總負荷的1.6%。

第三,可動態(tài)調(diào)節(jié)電壓,平衡分區(qū)無功缺口。上海電網(wǎng)為典型城市電網(wǎng),一方面,線路電纜化率高,無功充電功率大;另一方面,用電峰谷差大,輕負荷時段無功消耗降低,造成感性無功平衡困難。低谷時段閘北森林所在的楊行分區(qū),感性無功缺額達到110兆乏。考慮到閘森地區(qū)周邊均為電纜線路,UPFC提供動態(tài)無功補償有利于吸收系統(tǒng)多余的無功充電功率,實現(xiàn)無功就地平衡。

最后,可推動技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。上海UPFC工程依托國家863計劃課題,是國家電網(wǎng)公司重點科技項目。該工程顯著提高了上海電網(wǎng)的整體科技含量,利用創(chuàng)新技術(shù)有效解決了潮流分布不均、城市供電能力不足等難題,使電網(wǎng)潮流由自然分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑`活控制,推動了上海電網(wǎng)向安全、高效、經(jīng)濟、清潔、互動現(xiàn)代電網(wǎng)升級。工程建成后可減少上海電網(wǎng)對閘北燃汽輪機電廠的依賴,大幅節(jié)省發(fā)電耗資,減少碳排放。

示范工程引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展

一直以來,世界各國都很關(guān)注UPFC技術(shù),并且早已有工程應(yīng)用。相對而言,國外UPFC技術(shù)存在換流閥驅(qū)動復雜損耗大、變壓器結(jié)構(gòu)復雜且占地面積大、可擴展性和移植性差等缺點。

國家電網(wǎng)公司雖起步較晚,但在技術(shù)創(chuàng)新上已經(jīng)實現(xiàn)了全面超越。上海UPFC工程是全球首套全戶內(nèi)緊湊型統(tǒng)一潮流控制器,占地約3.5畝,較同類工程節(jié)省占地面積75%,適用于城市核心區(qū);采用了自主研發(fā)的專利技術(shù),整體設(shè)備運行噪音極低;首次采用正壓無塵工藝施工,創(chuàng)造綠色友好施工環(huán)境;裝置采用串并聯(lián)混合方式接入系統(tǒng),具有四種運行模式,可根據(jù)系統(tǒng)運行需要靈活切換;通過直接補償220千伏電網(wǎng)動態(tài)無功,減少無功穿越電壓層級,有效提高了220千伏電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。工程功能強大,環(huán)境友好,在控制功能和精度、換流器性能等方面均達到了國際領(lǐng)先水平。

上海UPFC工程投運至今,完成了現(xiàn)場UPFC、單STATCOM、雙STATCOM、SSSC模式的系統(tǒng)試驗驗證,特別是SSSC模式在小潮流低功率因數(shù)下的運行控制難題被攻克。整個系統(tǒng)運行正常穩(wěn)定,實現(xiàn)了正常工況下對線路潮流的精準控制和故障狀態(tài)下輸電功率的緊急控制,提升了電網(wǎng)的供電能力和可靠性,取得了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

UPFC全稱是UnifiedPowerFlowController,即“統(tǒng)一潮流控制器”。UPFC是由并聯(lián)補償?shù)腟TATCOM(靜止同步補償器)和串聯(lián)補償?shù)腟SSC(靜止同步串聯(lián)補償器)有機結(jié)合構(gòu)成的新型潮流控制裝置,僅通過控制規(guī)律的改變,就能實現(xiàn)并聯(lián)補償、串聯(lián)補償和移相等功能。簡單來講,UPFC能同時控制系統(tǒng)線路有功功率、無功功率和節(jié)點電壓這三個基本狀態(tài)量,從而達到合理控制線路潮流、實現(xiàn)經(jīng)濟運行和提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性等目的。

上海首套UPFC裝置。 朱鷹杰 攝

電網(wǎng)智能化

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