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2 苏州南部500 kV电网应用UPFC的可行性
经方案分析论证,可以通过在木渎—梅里双线装设UPFC来解决苏州南部500 kV电网发展过程中遇到的问题。利用UPFC潮流控制能力均衡苏州南部电网输电通道的潮流,解决冬季直流小方式下的供电能力受限问题和夏季直流大方式下发生双极闭锁后出现的拉限负荷过多的问题。利用UPFC的动态无功支撑能力改善苏州南部电网无功支撑不足和直流换相失败风险较大的问题。
本节将对UPFC的具体接入方案,接入后的效果以及实施难度和经济性进行详细论述。
2.1 UPFC接入方案
根据潮流控制需求,同时借鉴南京西环网UPFC示范工程的工程设计经验,最终确定的500 kV UPFC示范工程结构如图4所示。示范工程500 kV UPFC采用2个串联侧换流器+1个并联侧换流器的结构,其中串联侧换流器接入梅里—木渎双线,并联侧换流器接入木渎500 kV母线。3台换流器的容量均为250 MV˙A,3台联结变压器容量为300 MV˙A,直流侧电压为±90 kV。
借鉴南京西环网UPFC示范工程,采用2个串联侧换流器和1个并联侧换流器的结构具有较好的经济性和可靠性[12]。南京西环网电源较多,无功支撑能力较强,对UPFC无功支撑能力没有需求,因此南京西环网UPFC示范工程在设计时将并联侧装置接在临近的35 kV母线以降低变压器绝缘需求、占地面积与投资。与南京西环网UPFC示范工程不同的是,苏州南部电网中需要利用UPFC的动态无功支撑能力改善苏州南部电网无功支撑不足的问题,因此将并联侧换流器通过变压器直接接在木渎500 kV母线。
2.2 UPFC接入效果
500 kV UPFC接入苏州南部电网后,苏州南部存在的主要问题均得到不同程度的改善。
(1)提高苏州南部电网供电能力。冬季直流小方式下,UPFC能够均衡苏州南部电网各输电通道潮流,增加苏州南部电网整体供电能力,能够满足地区15 000 MW饱和负荷的潮流控制需求。在利用UPFC控制潮流的作用下,梅里—木渎发生N-1故障时,非故障线路潮流将被控制在2 950 MW,满足线路长期稳定运行的要求(见图5)
(2)提高苏州南部电网无功支撑能力。安装UPFC后,苏州南部电网的事故后恢复电压有了不同程度的改善。以梅里—木渎N-1故障为例,对比图2和图5中的电压分布可以看出,安装UPFC后,苏州南部电网的事故后恢复电压提高约10 kV。同时UPFC并联侧换流器的快速无功支撑能力,能够为大直流受端电网提供快速动态无功支撑,提高故障后的电压恢复速率。
(3)减少直流换相失败风险。针对2016年夏季小方式,在相同的仿真参数下分别对安装UPFC前后的江苏电网进行了故障扫描。仿真结果显示,UPFC可以避免34条500 kV线路单永故障后引起的锦苏直流换相失败(UPFC装设前为69条,减少一半)。
(4)减少锦苏直流双极闭锁后拉限电容量。在夏季高峰、锦苏直流满送方式下,若发生锦苏直流双极闭锁,需采取措施调整运行方式将苏州南部电网各输电通道潮流控制到稳定限额之下。安装UPFC后,利用UPFC均衡苏州南部电网输电通道潮流,可以减少锦苏直流双极闭锁后拉限电容量1 000~1 200 MW。
2.3 UPFC工程实施难度
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