基于移相控制技術的供電可靠性提高方案

摘 要：由于地理條件、電源及負荷分布等特殊性，部分地區(qū)局部電網較為薄弱，為保證電網安全穩(wěn)定及供電可靠性，采取高低壓電磁環(huán)網運行，N-1、N-2等故障情況下潮流轉移不均衡，存在造成部分元件過載的風險，影響電網供電能力及可靠性。文章針對云南西雙版納地區(qū)電網高低壓電磁環(huán)網運行存在的風險，提出移相控制技術UPFC（統(tǒng)一潮流控制器）的應用方案，提高了高低壓電磁環(huán)網斷面輸電能力及可靠性，解決了故障情況下潮流轉移不均衡造成線路及主變過載的風險。

關鍵詞：移相；環(huán)網斷面；風險；可靠性

1 概述

云南地處西南邊陲，是南方電網乃至全國重要的水電基地，是南方電網“西電東送”的送端電網。負荷主要集中在中、東部，大型水電主要位于西部及西南部，負荷、電源分布不均的矛盾突出。西雙版納地區(qū)位于云南西南片區(qū)，局部電網較為薄弱，且由于特殊的地理條件以及生態(tài)自然保護等因素，電網加強難度大、成本高，為保證電網安全穩(wěn)定及供電可靠性，采取高低壓電磁環(huán)網運行。電網N-1等故障情況下線路潮流轉移不均衡，存在部分元件過載的風險，影響電網供電能力及安全穩(wěn)定。

2 版納電磁環(huán)網

西雙版納電網現(xiàn)狀尚無500kV變電站，僅景洪電站有1臺500kV/220kV聯(lián)絡變（360MVA）。500kV版納變規(guī)劃2018年建成投產，規(guī)模為1×75萬kVA。為提高電網220kV供電可靠性，220kV思茅變-木乃河變-版納變、500kV思茅變-景洪電站-版納變、220kV景洪電站-景洪變高低壓電磁環(huán)網采取合環(huán)運行，版納電網依靠木乃河變-版納變以及景洪電站-版納變供電。2018年500kV版納變建成后，“十三五”期間版納電網接線如圖1。

3 UPFC技術原理

UPFC（統(tǒng)一潮流控制器）由于具備電壓調節(jié)、串聯(lián)補償和移相控制等能力，可以同時并快速地控制輸電線路中的有功功率和無功功率，控制線路的潮流分布，有效地提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

UPFC由共用直流側電容的兩個電壓源型變流器構成。變流器1經并聯(lián)變壓器接入系統(tǒng)，其作用是通過吸收或發(fā)出無功功率來維持UPFC接入母線電壓恒定，同時向變流器2提供其所需的有功功率，維持直流電壓恒定；變流器2經串聯(lián)變壓器接入系統(tǒng)，其作用是向線路疊加一個串聯(lián)電壓源，通過控制電壓源的幅值和相角來控制該線路的潮流。

對于任一輸電線路等值線路，Ui，Uj為線路兩端電壓，X為線路電抗，忽略電阻，P為線路有功功率，Q為線路無功功率。設Ui=Ui∠0，Uj=Uj∠δ

（1）

（2）

則線路有功功率P和無功功率Q取決于線路兩端電壓Ui，Uj和相角差δ。因此，UPFC向線路疊加一個串聯(lián)電壓源，通過適當?shù)乜刂芔i，Uj及δ，可以改變線路上的潮流分布。

4 輸電能力提高方案

4.1 電磁環(huán)網運行風險

景洪聯(lián)變-景洪變、木乃河-版納變線路阻抗相差較大，潮流分布不均，景洪聯(lián)變-景洪變220kV線路潮流較重。500kV版納變N-1故障情況下，500kV潮流發(fā)生轉移，版納電網負荷僅依靠景洪聯(lián)變（360MVA）及220kV木乃河-版納變線路供電，景洪聯(lián)變及相關線路存在過載風險；景洪電站1#機組檢修情況下，版納電網下網負荷進一步增大，景洪聯(lián)變及相關線路過載將更為嚴重，存在較大的事故安全風險。

（1）根據(jù)2020年500kV版納變N-1故障（景洪電站1#機組

60%出力）潮流，220kV木乃河～版納變線路潮流約為75.7MW、景洪電站～景洪變線路潮流約為351.3MW，景洪電站～景洪變線路潮流比木乃河～版納變線路潮流重約276MW。景洪電站～景洪變線路潮流由景洪聯(lián)變下網，將造成景洪聯(lián)變負載率98%（360MVA），重載運行。景洪電站1#機組出力低于60%時，景洪聯(lián)變將出現(xiàn)過載。

（2）在500kV版納變N-1故障且景洪電站1#機組檢修情況

下，根據(jù)潮流結果，220kV木乃河～版納變線路潮流約為158MW、景洪電廠～景洪變線路潮流約為482MW，景洪電廠～景洪變線路潮流比木乃河～版納變線路潮流重約324MW。景洪電廠～景洪變線路潮流由景洪聯(lián)變下網，將造成景洪聯(lián)變（36萬kVA）過載33.9%。

4.2 移相控制技術應用

220kV木乃河～版納線路、景洪聯(lián)變-景洪變線路潮流分布不均衡是版納電網運行的安全風險，也是制約版納下網電力進一步提高的主要因素。在木乃河～版納線路上加裝移相裝置可以提高版納電網下網能力，提高供電可靠性。

在220kV木乃河～版納線路上安裝UPFC裝置，版納電網最大下網電力按650MW考慮，UPFC的并聯(lián)變流器容量、串聯(lián)變流器容量分別為22MVA、25MVA。UPFC主要參數(shù)見表1。

4.3 供電能力提升

220kV木乃河～版納線路上安裝UPFC裝置后，版納220kV最大下網電力為650MW情況下，考慮景洪1#機組60%出力

（210MW），木乃河～版納線路潮流為277MW，景洪聯(lián)變～景洪變線路潮流為373MW?？紤]景洪1#機組N-1故障情況下，可控制景洪聯(lián)變滿載且木乃河～版納線路達到熱穩(wěn)極限，即木乃河～版納線路潮流為290MW，景洪聯(lián)變～景洪變線路潮流為360MW。

應用UPFC移相技術方案后，相同工況下，木乃河～版納線路、景洪聯(lián)變～景洪變線路潮流不均衡度最高降低至0.25，電網供電能力及可靠性得到有效提高。

5 結束語

通過故障情況下220kV木乃河～版納線路、景洪聯(lián)變～景洪變線路潮流計算，分析了版納高低壓電磁環(huán)網存在的運行風險。通過應用基于UPFC的可控移相技術方案，故障情況下，版納高低壓電磁環(huán)網斷面線路潮流不均衡度有效降低，地區(qū)電網供電能力及可靠性得到有效提高。

參考文獻

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作者簡介：支剛（1985-），男，云南昭通人，工程師，云南省電力設計院有限公司，主要從事電網規(guī)劃、系統(tǒng)設計。