來源:亮報 作者:潘宏娟 2018/7/11
北極星輸配電網(wǎng)訊:靈活交流輸電技術(shù)實現(xiàn)了大功率電力電子開關(guān)器件的制造技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)的有機融合，大幅度提高了輸電線路的輸送能力和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平，提升了系統(tǒng)的可靠性和運行靈活性。
應(yīng)運而生：“硅片引起的第二次革命”
靈活交流輸電FACTS也稱為柔性交流輸電，以電力電子技術(shù)和控制技術(shù)為基礎(chǔ)，對交流輸電系統(tǒng)的阻抗、電壓、相位、功率等實現(xiàn)靈活快速調(diào)節(jié)，可以用來對系統(tǒng)的有功、無功潮流進行靈活控制，目的是提高線路輸送能力、提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平、改善電能質(zhì)量、提高系統(tǒng)可靠性等。靈活交流輸電技術(shù)發(fā)展是電網(wǎng)運行控制的客觀需求，也是電力電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為大規(guī)模的交直流互聯(lián)電網(wǎng)，區(qū)域內(nèi)發(fā)電和負(fù)荷分布不均衡、輸變電設(shè)備潮流分布不均勻等問題日益突出。同時，由于城市規(guī)劃所限，線路改造、電網(wǎng)擴建難度越來越大，對輸電網(wǎng)的可靠、經(jīng)濟運行要求也在不斷提高。電力電子器件的快速發(fā)展使靈活交流輸電從夢想成為現(xiàn)實，大功率電力電子器件用于高壓輸電系統(tǒng)被稱為繼微電子技術(shù)之后“硅片引起的第二次革命”。近10年來，門極可關(guān)斷晶閘管GTO、絕緣柵雙極型晶體管IGBT等大功率高壓開關(guān)器件開斷能力不斷提高，信息處理技術(shù)、控制理論的進步也為靈活交流輸電技術(shù)迅速發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
靈活交流輸電裝置逐漸加入到現(xiàn)有交流輸電系統(tǒng)，與現(xiàn)行交流輸電系統(tǒng)并行發(fā)展，可以在現(xiàn)有設(shè)備不做重大改動的前提下，針對局部電網(wǎng)的具體問題，采用大功率電力電子技術(shù)以漸進方式改變，在世界上得到廣泛認(rèn)可和發(fā)展。
相輔相成：靈活交流輸電的主要設(shè)備
靈活交流輸電裝置可以分為：串聯(lián)型裝置，如可控串聯(lián)補償裝置、靜止同步串聯(lián)補償裝置、用于有功功率調(diào)節(jié)的相間功率控制器等;并聯(lián)型裝置，如靜止無功補償裝置、靜止同步補償裝置等;串并聯(lián)型裝置，如統(tǒng)一潮流控制器UPFC、可轉(zhuǎn)換靜止補償器等。其中，統(tǒng)一潮流控制器是當(dāng)前靈活交流輸電技術(shù)的制高點，具有靈活控制系統(tǒng)潮流、提高電網(wǎng)傳輸能力、改善系統(tǒng)穩(wěn)定性等多種功能。
靈活交流輸電對電力系統(tǒng)的作用具體表現(xiàn)在以下方面：1. 提高線路的輸送能力，不僅節(jié)約輸電成本和占地，而且有利于環(huán)境保護。2. 提供無功電壓支撐。靈活交流輸電裝置能夠更快速、連續(xù)、靈活地補償電力系統(tǒng)的無功功率，同時進行無功優(yōu)化管理。3. 提高暫態(tài)穩(wěn)定水平。靈活交流輸電裝置可以在電網(wǎng)發(fā)生或即將發(fā)生故障時提供快速、平滑的調(diào)整來進行動態(tài)潮流控制和電壓支持，有助于防止連鎖性事故的擴大，減少事故恢復(fù)時間及停電損失。4. 有益于現(xiàn)代大電網(wǎng)互聯(lián)。靈活交流輸電技術(shù)帶來的靈活控制潮流和提高穩(wěn)定性的能力為互聯(lián)大電網(wǎng)的運行提供了技術(shù)保障，從而實現(xiàn)能源的優(yōu)化配置，提高電力設(shè)備的使用效率。
戈壁明珠：可控并聯(lián)電抗器裝置工程
甘肅電網(wǎng)敦煌變電站750千伏分級式可控并聯(lián)電抗器是為配合新疆—西北聯(lián)網(wǎng)工程——哈密—敦煌—酒泉750千伏輸電通道無功配置優(yōu)化而投運的重點項目。
為了適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電送出功率及電壓波動，滿足系統(tǒng)運行電壓、無功控制的要求，國家電網(wǎng)公司在敦煌750千伏母線上裝設(shè)了一組300兆乏4級可控并聯(lián)電抗器，全套裝置由南瑞集團中電普瑞科技有限公司集成供貨，是世界上首套用于750千伏風(fēng)電集中送出系統(tǒng)的可控并聯(lián)電抗器，也是目前世界上掛網(wǎng)運行電壓最高(額定電壓800千伏)、容量最大(額定容量300兆乏)的可控并聯(lián)電抗器。裝置于2012年1月5日正式投運，有效抑制了敦煌站母線電壓偏高和波動幅度大的現(xiàn)象，降低了線路無功損耗;有效解決了低壓無功補償裝置頻繁投切的問題，提高了設(shè)備使用壽命。敦煌變750千伏可控并聯(lián)電抗器裝置的研制成功和工程投運，標(biāo)志著我國在可控并聯(lián)電抗器研制和工程實施方面已居于世界領(lǐng)先地位，推動了可控并聯(lián)電抗器技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的進程，帶動了變壓器制造、大容量晶閘管閥制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在技術(shù)先進性和推動高技術(shù)向生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化方面具有示范作用。
勇立潮頭：統(tǒng)一潮流控制器UPFC示范工程
蘇州南部500千伏電網(wǎng)存在直流小方式下受電能力受限、動態(tài)無功支撐不足、直流雙極閉鎖后應(yīng)急拉限電多等問題。采用常規(guī)的線路增容、新增輸電通道等方案均存在難以控制的風(fēng)險，技術(shù)經(jīng)濟不合理。同時，蘇州南部500千伏電網(wǎng)結(jié)構(gòu)在規(guī)劃期內(nèi)保持穩(wěn)定，其影響潮流分布的主要因素——錦蘇直流運行方式的季節(jié)性變化長期存在。國網(wǎng)江蘇省電力有限公司開展了應(yīng)用研究、建設(shè)工作，在蘇州南部電網(wǎng)的500千伏梅里—木瀆雙回線路木瀆側(cè)裝設(shè)統(tǒng)一潮流控制器UPFC(站址位于蘇州市吳中區(qū))，以解決冬季直流小方式下的電力受進問題、夏季直流大方式下雙極閉鎖后拉限負(fù)荷過多的問題，同時還能對電網(wǎng)起到動態(tài)無功支撐的作用。500千伏UPFC采用2個串聯(lián)側(cè)換流器加1個并聯(lián)側(cè)換流器的結(jié)構(gòu)，其中串聯(lián)側(cè)換流器接入梅里—木瀆雙線，并聯(lián)側(cè)換流器接入木瀆500千伏母線。
蘇州500千伏UPFC工程于2017年12月19日投入運行，3個換流器額定容量為3×250兆伏安,是世界上電壓等級最高、容量最大的UPFC工程(示范工程投產(chǎn)前國際上電壓等級最高為345千伏、容量最大為320兆伏安，均位于美國)。工程投運后將發(fā)揮控制電網(wǎng)潮流、提升輸電能力、提供動態(tài)無功補償、提高特高壓錦蘇直流安全水平等作用。當(dāng)蘇南地區(qū)出現(xiàn)大范圍電網(wǎng)故障時，UPFC可以提高交流線路輸送功率總和，最大限度縮小事故造成的停電范圍。
一舉多得：特高壓串聯(lián)補償示范工程
1000千伏晉東南—南陽—荊門特高壓交流試驗示范工程起于山西長治變電站，經(jīng)河南南陽變電站，止于湖北荊門變電站，全線單回路架設(shè)，全長640千米，變電容量600萬千伏安，系統(tǒng)標(biāo)稱電壓1000千伏，最高運行電壓1100千伏。為進一步提高特高壓線路的輸送容量，國家電網(wǎng)公司在長治、南陽站分別加裝20%和40%串聯(lián)補償裝置，全套裝置由南瑞集團普瑞科技集成供貨，其系統(tǒng)電壓等級1000千伏、額定電流5080安培、額定容量2288兆乏，提高輸送能力100萬千瓦，單回特高壓線路穩(wěn)定輸送容量達(dá)500萬千瓦，短時電流耐受能力63千安、裝置可用率99.8%，抗震等級8度。首套1000千伏串聯(lián)補償裝置于2011年12月16日成功投運，引領(lǐng)了串聯(lián)補償技術(shù)發(fā)展。
特高壓串補示范工程的應(yīng)用，使線路的最大輸送容量達(dá)到了572萬千瓦，節(jié)省了線路建設(shè)投資，節(jié)省了大量土地資源、減輕了對生態(tài)環(huán)境的影響，具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。同時，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展，提升了我國核心自主知識產(chǎn)權(quán)成套裝備的國際競爭力，為我國占領(lǐng)世界特高壓領(lǐng)域的技術(shù)制高點提供了強力支撐。
