DQZHAN技術(shù)訊：UPFC 推動(dòng)電網(wǎng)智能化發(fā)展
2017年9月12日，上海220千伏蘊(yùn)藻浜變電站UPFC2258線啟動(dòng)，標(biāo)志著上海首套統(tǒng)一潮流控制裝置（UPFC）示范工程正式建成。該工程是世界頭個(gè)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(yùn)意味著國(guó)家電網(wǎng)公司在UPFC關(guān)鍵技術(shù)的掌握上又邁進(jìn)了一大步。
隨著城市規(guī)模的不斷發(fā)展擴(kuò)大，特別是像上海這樣的特大城市，核心區(qū)域用電負(fù)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(dǎo)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(dāng)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)**穩(wěn)定運(yùn)行。
示范工程投運(yùn)意義重大
上海UPFC示范工程位于220千伏蘊(yùn)藻浜變電站北側(cè)。UPFC成套裝置安裝在蘊(yùn)藻浜—閘北電廠三回線路蘊(yùn)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(tái)容量10萬千伏安的并聯(lián)變壓器、一臺(tái)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(fù)，11月獲得政府核準(zhǔn)，12月完成初設(shè)，2017年1月**開工建設(shè)，2017年9月工程順利投運(yùn)。
上海UPFC示范工程順利投運(yùn)對(duì)上海電網(wǎng)具有四個(gè)方面的重大意義。
首先，可提高蘊(yùn)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(yùn)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(gè)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(fù)荷預(yù)計(jì)約114萬千瓦，正常運(yùn)行時(shí)森林變電站分母運(yùn)行，地區(qū)電網(wǎng)供電能力也已出現(xiàn)缺額。為提高蘊(yùn)藻浜—閘北斷面輸送能力，通過對(duì)閘蘊(yùn)2205和閘鐵2212架空導(dǎo)線實(shí)施動(dòng)態(tài)增容使其達(dá)到電纜段31萬千瓦的輸送容量。此時(shí)，由于閘蘊(yùn)2258線路阻抗較小，潮流向2258線偏移，整個(gè)閘蘊(yùn)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(yùn)2258線路安裝統(tǒng)一潮流控制器，可將蘊(yùn)藻浜—閘北斷面輸送能力從58萬千瓦進(jìn)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(dòng)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(shí)間每年長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月，疊加調(diào)峰因素，電網(wǎng)長(zhǎng)時(shí)間處于“強(qiáng)饋入、弱開機(jī)”狀態(tài)，電壓穩(wěn)定問題凸顯。經(jīng)分析，蘊(yùn)藻浜站所在楊行分區(qū)為上海電網(wǎng)電壓穩(wěn)定薄弱點(diǎn)。UPFC投運(yùn)后，可顯著提高該地區(qū)電壓穩(wěn)定性，若在蘊(yùn)藻浜站再加裝±50兆乏的UPFC，可提高嚴(yán)重故障下上海電網(wǎng)電壓穩(wěn)定裕度50萬千瓦，約占總負(fù)荷的1.6%。
第三，可動(dòng)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(fù)荷時(shí)段無功消耗降低，造成感性無功平衡困難。低谷時(shí)段閘北森林所在的楊行分區(qū)，感性無功缺額達(dá)到110兆乏。考慮到閘森地區(qū)周邊均為電纜線路，UPFC提供動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償有利于吸收系統(tǒng)多余的無功充電功率，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡。
*后，可推動(dòng)技術(shù)**和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。上海UPFC工程依托國(guó)家863計(jì)劃課題，是國(guó)家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目。該工程顯著提高了上海電網(wǎng)的整體科技含量，利用**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(dòng)了上海電網(wǎng)向**、高效、經(jīng)濟(jì)、清潔、互動(dòng)現(xiàn)代電網(wǎng)升級(jí)。工程建成后可減少上海電網(wǎng)對(duì)閘北燃汽輪機(jī)電廠的依賴，大幅節(jié)省發(fā)電耗資，減少碳排放。
示范工程**技術(shù)發(fā)展
一直以來，世界各國(guó)都很關(guān)注UPFC技術(shù)，并且早已有工程應(yīng)用。相對(duì)而言，國(guó)外UPFC技術(shù)存在換流閥驅(qū)動(dòng)復(fù)雜損耗大、變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜且占地面積大、可擴(kuò)展性和移植性差等缺點(diǎn)。
國(guó)家電網(wǎng)公司雖起步較晚，但在技術(shù)**上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了**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**技術(shù)，整體設(shè)備運(yùn)行噪音極低；**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(yùn)行模式，可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要靈活切換；通過直接補(bǔ)償220千伏電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功，減少無功穿越電壓層級(jí)，有效提高了220千伏電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性。工程功能強(qiáng)大，環(huán)境友好，在控制功能和精度、換流器性能等方面均達(dá)到了國(guó)際**水平。
上海UPFC工程投運(yùn)至今，完成了現(xiàn)場(chǎng)UPFC、單STATCOM、雙STATCOM、SSSC模式的系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證，特別是SSSC模式在小潮流低功率因數(shù)下的運(yùn)行控制難題被攻克。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行正常穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了正常工況下對(duì)線路潮流的精準(zhǔn)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(jì)和社會(huì)效益。
UPFC全稱是Unified Power Flow Controller，即“統(tǒng)一潮流控制器”。UPFC是由并聯(lián)補(bǔ)償?shù)腟TATCOM（靜止同步補(bǔ)償器）和串聯(lián)補(bǔ)償?shù)腟SSC（靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器）有機(jī)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(shí)現(xiàn)并聯(lián)補(bǔ)償、串聯(lián)補(bǔ)償和移相等功能。簡(jiǎn)單來講，UPFC能同時(shí)控制系統(tǒng)線路有功功率、無功功率和節(jié)點(diǎn)電壓這三個(gè)基本狀態(tài)量，從而達(dá)到合理控制線路潮流、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性等目的。
