摘要：報(bào)道了500 kV統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)示范工程在蘇州南部電網(wǎng)的應(yīng)用情況，工程于2017年年底建成投產(chǎn)，建成后將成為世界上電壓等級(jí)最高、容量最大的UPFC工程。首先介紹了蘇州南部500 kV電網(wǎng)發(fā)展概況和存在的問題，分析了利用常規(guī)解決措施(線路導(dǎo)線增容、新增輸電通道)解決上述問題時(shí)遇到的困難。然后給出了利用UPFC解決蘇州南部500 kV電網(wǎng)中存在問題的方案，詳細(xì)論述了在蘇州南部500 kV電網(wǎng)應(yīng)用UPFC的接入方案、接入效果、工程實(shí)施難度和投資成本。最后通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分析了蘇州南部UPFC示范工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。分析結(jié)果顯示，示范工程投運(yùn)后可以有效緩解蘇州南部電網(wǎng)中存在的直流小方式下供電能力受限、無功支撐不足、直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)大及直流雙極閉鎖后應(yīng)急拉限電多等問題，同時(shí)較常規(guī)解決措施具有較好的經(jīng)濟(jì)性和較小的實(shí)施難度。蘇州南部UPFC工程對(duì)在更高電壓等級(jí)上應(yīng)用UPFC技術(shù)能起到積極的示范作用。

關(guān)鍵詞：統(tǒng)一潮流控制器(UPFC) 蘇州南部電網(wǎng) 潮流控制 無功支撐

引言

“十三五”期間，江蘇電網(wǎng)將建成“六交四直”特高壓工程，形成華東特高壓環(huán)網(wǎng)及蘇北特高壓環(huán)網(wǎng)，區(qū)外來電總規(guī)模達(dá)到約50 000 MW，占最大負(fù)荷的39%。同時(shí)，風(fēng)電、光伏等可再生能源裝機(jī)也將大規(guī)模增長。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)在更高電壓等級(jí)層面也面臨著新的挑戰(zhàn)。

江蘇500 kV電網(wǎng)在發(fā)展中主要面臨如下問題：潮流分布不均、影響電網(wǎng)輸電能力;由于可再生能源的出力波動(dòng)及區(qū)外來電(如水電直流)的季節(jié)性變化，電網(wǎng)潮流復(fù)雜多變、難以控制;隨著負(fù)荷增長，蘇州南部負(fù)荷中心動(dòng)態(tài)無功支撐不足問題日趨顯著;隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是在人口密集、負(fù)荷密度高的蘇南負(fù)荷中心，建設(shè)新的輸電走廊非常困難，甚至無法實(shí)施。

統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)作為最新一代的FACTS(flexible AC transmission system)裝置，既能夠?qū)崿F(xiàn)潮流的快速、精確控制，又能夠提供動(dòng)態(tài)電壓支撐，提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。同時(shí)UPFC可以安裝在已有線路上，無需新建輸電走廊，為解決電網(wǎng)在發(fā)展中面臨的主要問題提供了一種有力的技術(shù)手段[1-6]。目前世界上已經(jīng)有4個(gè)UPFC工程投入運(yùn)行，其接入系統(tǒng)電壓等級(jí)、單個(gè)換流器容量和工程名稱具體如下[7-10]：138 kV/160 MV˙A的AEP UPFC工程;154 kV/40 MV˙A的KEPCO UPFC工程;345 kV/100 MV˙A的MARCY UPFC工程;220 kV/60 MV˙A的南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程。

可見，已有UPFC工程接入的電壓等級(jí)相對(duì)較低，UPFC在500 kV甚至更高電壓等級(jí)的應(yīng)用尚無實(shí)際工程。利用UPFC裝置解決江蘇500 kV電網(wǎng)在發(fā)展過程中遇到的問題，在開展220 kV UPFC工程應(yīng)用研究與實(shí)施的同時(shí)[11]，也同步開展了500 kV UPFC應(yīng)用的前期研究工作。經(jīng)全面梳理江蘇電網(wǎng)樞紐點(diǎn)(特高壓交直流站)附近、重要斷面(如過江通道)和重要負(fù)荷中心應(yīng)用UPFC的需求及效果，最終決定在蘇州南部電網(wǎng)(木瀆變電站)裝設(shè)500 kV UPFC。蘇州南部電網(wǎng)發(fā)展成熟，500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在規(guī)劃期內(nèi)保持穩(wěn)定，較其他地區(qū)更加適合開展500 kV UPFC的試點(diǎn)示范應(yīng)用。

本文首先介紹蘇州南部電網(wǎng)的概況及存在問題以及利用常規(guī)方法解決上述問題時(shí)遇到的困難，然后提出利用UPFC解決蘇州南部電網(wǎng)中存在問題的方案，論證了方案實(shí)施的可行性，最后通過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，分析了蘇州南部UPFC示范工程的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1 蘇州南部500 kV電網(wǎng)應(yīng)用UPFC的必要性

1.1 蘇州南部電網(wǎng)概況

蘇州南部電網(wǎng)包括蘇州市區(qū)及吳江地區(qū)。2015年，該地區(qū)最大負(fù)荷10 270 MW。預(yù)計(jì)“十三五”期間，蘇州南部地區(qū)負(fù)荷仍將平穩(wěn)增長，2018、2020年該地區(qū)最大負(fù)荷將達(dá)到12 000 MW、13 000 MW，飽和負(fù)荷將達(dá)到約15 000 MW。蘇州南部電網(wǎng)的主要電源為錦蘇直流，并通過梅里—木瀆、石牌—玉山—車坊以及華能蘇州—(石牌)—車坊3個(gè)500 kV輸電通道供電，如圖1所示。

1.2 蘇州南部電網(wǎng)存在的問題

蘇州南部500 kV電網(wǎng)的主要電源—錦蘇直流(扣除網(wǎng)損，蘇州換流站出力約6 700 MW)為水電直流，季節(jié)性強(qiáng)(夏季通常滿送，冬季枯水期送電降至10%～20%)。從而使得蘇州南部電網(wǎng)的受進(jìn)電力規(guī)模及潮流分布季節(jié)變化較大。經(jīng)分析，蘇州南部500 kV電網(wǎng)存在直流小方式下供電能力受限、無功支撐不足、直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)大、直流雙極閉鎖后應(yīng)急拉限電多等問題。

(1)直流小方式下供電能力受限。冬季錦蘇直流小方式下，梅里—木瀆雙線潮流過重。2018—2020年，雙線功率約3 400 MW，N-1后剩下1回線潮流3 060 MW，超過線路輸送能力(約2 950 MW)。地區(qū)達(dá)到飽和負(fù)荷時(shí)，梅里—木瀆雙線潮流達(dá)到3 890 MW，N-1后潮流達(dá)3 450 MW，超過線路輸送能力500 MW(見圖2)。

(2)無功支撐不足。蘇州南部500 kV電網(wǎng)負(fù)荷總量大，常規(guī)電源少，而錦蘇直流不能向該地區(qū)提供無功支撐，無功電壓支撐能力不足。

(3)直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)大。2016年夏季小方式，華東特高壓直流全部滿功率運(yùn)行工況下，對(duì)江蘇電網(wǎng)進(jìn)行了故障掃描。仿真結(jié)果顯示，江蘇省有69條500 kV線路發(fā)生單永N-1故障會(huì)導(dǎo)致錦蘇直流發(fā)生換相失敗。

(4)直流雙極閉鎖后應(yīng)急拉限電多。在夏季高峰、錦蘇直流滿送方式下，若發(fā)生錦蘇直流雙極閉鎖，蘇州南部電網(wǎng)需要通過交流輸電通道受進(jìn)的功率將增加約6 700 MW。此時(shí)，蘇州南部電網(wǎng)相關(guān)通道潮流大幅增加，引起輸電通道潮流重載，其中梅里—木瀆雙線負(fù)載最重。華東網(wǎng)調(diào)要求，需采取措施調(diào)整運(yùn)行方式，在0.5 h內(nèi)將蘇州南部電網(wǎng)各輸電通道潮流控制到穩(wěn)定限額之下。經(jīng)初步估算，2018年夏季高峰，錦蘇直流雙極閉鎖后在事故應(yīng)急處理中需要拉限負(fù)荷2 000 MW。

1.3 常規(guī)規(guī)劃解決方案

(1)線路導(dǎo)線增容方案。梅里—木瀆雙線若采用導(dǎo)線增容改造方案，預(yù)計(jì)停電改造的建設(shè)周期約6個(gè)月。在改造停運(yùn)期間，蘇州南部電網(wǎng)僅通過2個(gè)500 kV通道供電，一旦發(fā)生直流雙極閉鎖等故障，事故后需拉限負(fù)荷3 500 MW;線路改造時(shí)需要將木瀆變500 kV系統(tǒng)全停，但木瀆變負(fù)荷無法轉(zhuǎn)移。可見，本方案基本不可行。