500kV统一潮流控制器在苏州南部电网的工程应用

(2)新增输电通道方案。若采用新增输电通道的方案，需新建500 kV梅里—锡南—木渎双回线路(2×60 km)(见图3)。该线路需穿越无锡市区、苏州市区，不仅投资巨大(约15亿元)，而且建设难度极大。可见，本方案技术经济性欠佳。同时，新增输电通道后，控制点(石牌)处的短路电流上升1.1 kA，超过开断极限。

由于现有线路导线增容和新增输电通道等常规方案在实施难度和经济性上存在的欠缺，通过上述措施解决苏州南部500 kV电网发展过程中遇到问题的阻碍较大。在规划期内，苏州南部500 kV电网结构将保持稳定。

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

经现场踏勘，500 kV UPFC站选址在500 kV木渎变电站北侧，紧邻500 kV木渎变北侧围墙，拟与木渎变共用该围墙。站址占地面积不到4 hm2，土地性质现为基本农田，工程实施难度较小，如图6所示。同时，示范工程500 kV UPFC的关键设备主要有电压源换流器、串联变压器、晶闸管旁路开关(TBS)、控制保护系统等，在设计过程中均不存在技术上的障碍。

(1)电压源换流器。根据潮流控制需求，示范工程500 kV UPFC换流器额定容量为250 MV˙A，直流电压为±90 kV。2014年投运的舟山多端柔性直流工程换流器最大容量400 MV˙A，直流电压±200 kV[13]。据调研，目前舟山工程已进入稳定运行期，2015年以来换流器一直运行正常。500 kV UPFC换流器在设备制造技术和可靠性上已经有比较好的基础。

(2)串联变压器。500 kV串联变压器制造是UPFC工程应用的难点，其特点为容量小、绝缘水平高、短路电流大。串联变压器的一次侧绕组采用500 kV全绝缘，目前500 kV全绝缘变压器在制造上比较成熟。500 kV串联变压器漏抗小但短路电流耐受能力要求高，经初步估算，本工程所接入的线路在近、远期流过的最大短路电流不超过55 kA，与南京220 kV西环网UPFC工程串联变压器的设计条件(线路短路电流50 kA)接近。因此，通过借鉴南京UPFC工程串联变压器设计的经验，示范工程500 kV串联变的设计和制造不存在障碍。

(3)晶闸管旁路开关。示范工程晶闸管旁路开关(TBS)的额定工作电压暂定为105 kV，该电压等级的晶闸管阀目前在国内制造较为成熟。结合线路最大故障电流和串联变压器变比选择，预估TBS所需要通过的故障电流不超过63 kA，而南京西环网UPFC工程的TBS短路电流通过能力为70 kA/(60 ms)，大于本工程的设计水平，因此，通过借鉴南京UPFC工程TBS阀的设计经验，本工程所采用的TBS技术上不存在障碍。