城市電網(wǎng)分區(qū)柔性互聯(lián)裝置的定容方法

肖 峻, 蔣 迅, 黃仁樂, 張 凱, 舒 彬, 郭 偉

(1. 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津大學(xué), 天津市 300072; 2. 國網(wǎng)北京市電力公司, 北京市 100031; 3. 北京電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 北京市 100055; 4. 國網(wǎng)天津市電力公司, 天津市 300000)

0 引言

高比例可再生能源接入是中國面臨的迫切問題,由于可再生能源隨機(jī)性和間歇性[1-3]的特點(diǎn),給城市電網(wǎng)帶來了一些問題:①區(qū)外輸電逐步取代本地電源,降低了城市電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)調(diào)壓能力;②風(fēng)電、光伏等可再生能源的大規(guī)模發(fā)電并網(wǎng),還會(huì)引起電網(wǎng)電壓偏差和電壓波動(dòng),影響電能質(zhì)量[4-5];③給電網(wǎng)運(yùn)行靈活性帶來挑戰(zhàn)[6]。

采用柔性電力電子裝置可能提高城市電網(wǎng)自身的靈活調(diào)節(jié)能力,是改善大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)現(xiàn)狀的一個(gè)新思路。目前大型城市電網(wǎng)受制于短路容量的限制和500 kV/220 kV電磁環(huán)網(wǎng)的安全隱患,一般采取220 kV電壓等級分區(qū)運(yùn)行模式[7]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,分區(qū)間通過潮流可控的柔性電力電子裝置進(jìn)行互聯(lián),能在不提供短路電流[8]的基礎(chǔ)上,增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力,提高電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性,促進(jìn)高比例可再生能源的消納。

柔性互聯(lián)后主要作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面,實(shí)現(xiàn)分區(qū)間功率的互供能緩解城市電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行所面臨的電力平衡和N-1故障后潮流過載的問題。另一方面,分區(qū)發(fā)生故障的暫態(tài)過程中,互聯(lián)裝置兩端都能提供動(dòng)態(tài)無功功率以支撐電網(wǎng)電壓,平抑電壓波動(dòng),這為大量可再生能源并網(wǎng)后的電壓穩(wěn)定提供了一個(gè)新手段。

目前,有關(guān)城市電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)運(yùn)行方式下的研究已涉及電網(wǎng)的靜態(tài)安全性分析[9]、經(jīng)濟(jì)性評估方法[10]及裝置的選址[11],但有關(guān)裝置容量的確定方法在國內(nèi)外并未見報(bào)道。由于分區(qū)互聯(lián)裝置的容量大小決定了裝置造價(jià),研究裝置定容方法是規(guī)劃階段的重要內(nèi)容。類似的工程是南京西環(huán)220 kV電網(wǎng)統(tǒng)一潮流控制器(UPFC),在選擇UPFC容量時(shí)主要考察了未來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷變化情況下裝置消除潮流過載問題的作用[12],但該工程針對單方向柔性潮流控制,在兩個(gè)220 kV城網(wǎng)分區(qū)間雙向柔性潮流控制的裝置容量論證尚屬空白。本文研究了城市電網(wǎng)分區(qū)柔性互聯(lián)裝置的定容問題,并在國內(nèi)外首個(gè)示范工程方案論證中應(yīng)用。

1 分區(qū)互聯(lián)裝置的基本概念

分區(qū)互聯(lián)裝置是指能在不增加短路電流的前提下,實(shí)現(xiàn)城市電網(wǎng)分區(qū)間相互聯(lián)絡(luò)并能靈活控制聯(lián)絡(luò)線潮流的柔性電力電子裝置。由于柔性直流換流站占地少[8],適合在城市電網(wǎng)中應(yīng)用,因此分區(qū)互聯(lián)裝置也特指基于柔性直流技術(shù)的裝置。目前,分區(qū)互聯(lián)裝置尚在示范階段,以下就示范工程裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行模式進(jìn)行介紹。

1.1 裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

示范工程分區(qū)互聯(lián)裝置采用基于半橋式模塊化多電平換流器(MMC)的兩端背靠背結(jié)構(gòu),用于實(shí)現(xiàn)兩個(gè)高壓分區(qū)間的柔性互聯(lián)[13]。

MMC具有高度模塊化的特點(diǎn),其主電路和控制系統(tǒng)均采用模塊化設(shè)計(jì),通過調(diào)整子模塊數(shù)量可實(shí)現(xiàn)MMC系統(tǒng)的電壓和功率等級的靈活配置,便于系統(tǒng)擴(kuò)容,有利于縮短工程設(shè)計(jì)和加工周期[14]。同時(shí),MMC具有公共直流母線,這使得MMC可以工作在背靠背的高壓大功率有功變換場合,適合本文研究場景。

1.2 裝置的運(yùn)行模式

電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)對裝置提出了需求,裝置主要工作于以下3種運(yùn)行模式。

1)模式1:負(fù)載均衡模式

正常運(yùn)行狀態(tài)下,裝置在保持緊急支援容量的前提下,根據(jù)兩個(gè)分區(qū)的負(fù)荷水平,控制有功功率由輕載分區(qū)向重載分區(qū)流動(dòng),以均衡兩個(gè)分區(qū)的負(fù)載率并優(yōu)化潮流分布。

2)模式2:緊急有功支援模式

由于故障或檢修而導(dǎo)致某一個(gè)分區(qū)因有功缺額出現(xiàn)過載時(shí),裝置控制有功功率從另一分區(qū)向該分區(qū)緊急支援,消除過載問題。

3)模式3:動(dòng)態(tài)無功支撐模式

某個(gè)分區(qū)出現(xiàn)電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)時(shí),裝置緊急提供動(dòng)態(tài)無功功率以支撐電壓,避免電壓失穩(wěn),達(dá)到提高暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的目的。

模式1是正常狀態(tài),模式2和3是緊急狀態(tài),裝置主要目的是緊急狀態(tài)發(fā)揮作用,在保持足夠剩余容量的前提下還可參與正常運(yùn)行時(shí)的電壓無功優(yōu)化。

2 分區(qū)互聯(lián)裝置的容量和無功輸出的關(guān)系

未來可再生能源大量并入電網(wǎng)的趨勢下,城市電網(wǎng)不得不面臨電壓穩(wěn)定和無功補(bǔ)償方面的問題?，F(xiàn)有研究表明,改變MMC輸出線電壓,就可以改變MMC與交流電網(wǎng)間等效電抗上的電壓,從而改變裝置注入電網(wǎng)的無功功率大小。由于MMC輸出線電壓幅值受到電壓調(diào)制比的約束,因此裝置無功輸出大小也受到相應(yīng)約束限制[15-16]。在提出合理的定容方法前,有必要進(jìn)一步分析無功功率輸出限制,建立裝置容量和無功輸出的關(guān)系,為得到裝置的容量需求提供依據(jù)。

2.1 功率運(yùn)行范圍

分區(qū)互聯(lián)裝置一側(cè)MMC接入系統(tǒng)的等效電路如圖1所示[15],Udc為裝置直流側(cè)系統(tǒng)的電壓,Idc為直流電流。通常,MMC通過聯(lián)接變壓器接入交流系統(tǒng),將其等效為一個(gè)變比為k的理想變壓器與漏感Ltr串聯(lián),L0為橋臂串聯(lián)電感,忽略MMC與聯(lián)接變壓器之間的電阻,則MMC與交流系統(tǒng)間的等效電抗Xeq=ω(Ltr+L0/2)。

圖1 MMC接入系統(tǒng)等效電路Fig.1 Equivalent circuit of MMC connecting to power system

(1)

式中:IbN為裝置的橋臂額定電流;Emax和Emin分別為裝置輸出線電壓最大值和最小值,分別對應(yīng)裝置的電壓調(diào)制比上下限Mmax和Mmin,即

(2)

(3)

在式(1)所示功率運(yùn)行約束中,約束1為最大電壓調(diào)制比約束;約束2為最小電壓調(diào)制比約束;約束3為橋臂電流約束。上述3個(gè)約束的詳細(xì)分析見附錄A。根據(jù)以上約束繪制裝置的功率運(yùn)行范圍如圖2所示。由圖2可以得到分區(qū)互聯(lián)裝置的功率運(yùn)行范圍。但是,已知裝置容量,并不能直接得到無功輸出的極限,這在規(guī)劃裝置容量時(shí)很不方便。因此需進(jìn)一步推導(dǎo)得出容量和最大無功輸出的關(guān)系。

2.2 容量和最大無功輸出的關(guān)系

2.2.1關(guān)系推導(dǎo)

分區(qū)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí),要求分區(qū)互聯(lián)裝置能輸出足夠的無功功率用于無功補(bǔ)償來穩(wěn)定電壓,因此設(shè)計(jì)裝置時(shí)主要關(guān)心的是無功輸出是否能滿足要求,至于裝置吸收無功功率的能力,分析方法類似。

圖2 分區(qū)互聯(lián)裝置的功率運(yùn)行范圍Fig.2 Power operation range of partition interconnection device

假設(shè)圖2中A點(diǎn)為(0,QA),C點(diǎn)為(0,QC),有

(4)

QC=Sr=3UdcIbN

(5)

結(jié)合式(2)進(jìn)一步得到:

(6)

需要指出,當(dāng)PCC電壓Us較低且滿足式(7)時(shí),可以發(fā)現(xiàn)QA始終小于QC,此時(shí)裝置的無功出力受到限制,不能達(dá)到容量上限,最大無功輸出Qmax可由式(8)得到。

(7)

(8)

考慮大型城市電網(wǎng)一般采用220 kV電壓等級分區(qū)運(yùn)行模式[7],電壓Us較高,故Us滿足:

(9)

此時(shí),通過比較QA和QC的大小關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)容量Sr和最大無功輸出Qmax的關(guān)系存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),假設(shè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)處容量和最大無功輸出值分別為Stp和Qtp,則Sr

(10)

Sr≥Stp時(shí),有

Qmax=QC=Sr

(11)

令式(10)和式(11)相等(即QA=QC)可以得到轉(zhuǎn)折點(diǎn)處容量和最大無功輸出如式(12)所示。

(12)

綜上所述,城市電網(wǎng)分區(qū)互聯(lián)裝置的容量和最大無功輸出的一般關(guān)系如下:

(13)

2.2.2容量和最大無功輸出的關(guān)系曲線

根據(jù)式(13)繪制Qmax-Sr關(guān)系如圖3所示。

圖3 容量和最大無功輸出關(guān)系曲線Fig.3 Curve of relation between capacity and maximum output of reactive power

根據(jù)圖3得到以下結(jié)論。

1)裝置容量Sr和最大無功輸出Qmax呈分段線性關(guān)系。本文將轉(zhuǎn)折點(diǎn)t命名為無功輸出效率轉(zhuǎn)折點(diǎn),轉(zhuǎn)折容量Stp可由式(12)計(jì)算得到。

2)s點(diǎn)對應(yīng)裝置的無功輸出起步點(diǎn),表示設(shè)計(jì)容量只有大于該點(diǎn),裝置才能輸出感性無功功率,將該點(diǎn)容量命名為起步容量Ssp:

(14)

設(shè)計(jì)裝置時(shí),其容量應(yīng)大于起步容量Ssp。

3)圖3表明了Qmax和Sr的一一對應(yīng)關(guān)系,故已知所需的最大無功輸出,就可求得對應(yīng)的裝置容量,求解如下:

(15)

式中:Us一般取在額定值附近。

需要說明的是,分區(qū)發(fā)生暫態(tài)故障時(shí),Us通常會(huì)比額定值低,此時(shí)裝置的實(shí)際無功功率輸出會(huì)更多。因此,取Us在額定值附近計(jì)算所需裝置容量是具有一定裕度的。

2.2.3提高無功輸出能力的方法

為了提高分區(qū)互聯(lián)裝置的無功輸出能力,可以適當(dāng)調(diào)節(jié)聯(lián)接變壓器的變比k或者減小裝置與PCC間的等效電抗Xeq。

1)適當(dāng)減小變比k

基于Qmax-Sr曲線的分段線性關(guān)系,為確定變比k對曲線的影響,對圖3中起步容量Ssp和轉(zhuǎn)折容量Stp進(jìn)行敏感性分析:

(16)

如圖4(a)所示,調(diào)節(jié)聯(lián)接變壓器擋位減小變比k,曲線①將逐次變化到曲線④。可以看出,無功輸出起步點(diǎn)s在不斷左移;無功輸出效率轉(zhuǎn)折點(diǎn)t隨著k的減小,向左移動(dòng)一定程度后右移。由此得到,適當(dāng)減小變比可改善曲線,使無功輸出能力整體提升。

圖4 參數(shù)對無功輸出能力的影響Fig.4 Effects of parameters on reactive power output ability

需要指出,由于調(diào)節(jié)變壓器擋位速度較慢,不能滿足動(dòng)態(tài)無功要求,只能作為擴(kuò)大靜態(tài)無功功率的手段。

2)減小等效電抗

由式(17)對等效電抗的敏感性分析可知,減小電抗Xeq,起步容量Ssp不變,轉(zhuǎn)折容量不斷減小。

(17)

如圖4(b)所示,電抗Xeq的減小不會(huì)改變無功輸出起步點(diǎn)s,但會(huì)使無功輸出效率轉(zhuǎn)折點(diǎn)左移,增大曲線st段斜率,無功輸出能力也得到增加。一個(gè)手段是減小聯(lián)接變壓器電抗;另一個(gè)手段是減小橋臂電抗,但是若橋臂電抗設(shè)計(jì)得太小,不僅無法抑制換流器輸出電流諧波和限制暫態(tài)及故障電流,還可能造成裝置內(nèi)部環(huán)流過大[18-19]。因此,不應(yīng)過多減小橋臂電抗值。

3 分區(qū)互聯(lián)裝置的定容方法

分區(qū)互聯(lián)裝置的定容流程(流程圖見附錄B)如下所示。

3.1 第1步:求解功率需求

1)有功需求

分區(qū)發(fā)生超過其安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)重故障(通?？紤]N-x故障),可能造成元件過載,此時(shí)有兩種方法改善潮流:①通過裝置本身的潮流調(diào)節(jié)作用,充分發(fā)揮分區(qū)間功率支援能力,增強(qiáng)電網(wǎng)安全性;②采用常規(guī)措施,開啟有功缺額分區(qū)的備用電廠、采取開關(guān)操作轉(zhuǎn)帶負(fù)荷甚至甩負(fù)荷。

由于分區(qū)互聯(lián)裝置調(diào)節(jié)功率遠(yuǎn)比開啟備用電廠等常規(guī)方法快速且更經(jīng)濟(jì),電網(wǎng)發(fā)生N-x故障后應(yīng)該優(yōu)先利用分區(qū)互聯(lián)裝置進(jìn)行功率支援。若仍不通過N-x校驗(yàn),再考慮常規(guī)方法。

本文將電網(wǎng)故障下需要分區(qū)互聯(lián)裝置支援的有功功率定義為分區(qū)對裝置的有功需求,采用文獻(xiàn)[9]中基于靈敏度法的裝置有功支援計(jì)算方法進(jìn)行求解。

2)無功需求

分區(qū)發(fā)生暫態(tài)故障出現(xiàn)電壓失穩(wěn)時(shí),可采取動(dòng)態(tài)無功支撐模式,向故障分區(qū)快速補(bǔ)償動(dòng)態(tài)無功功率以穩(wěn)定電壓,將需要的無功功率定義為分區(qū)對裝置的無功需求,如附錄B圖B1所示,通過暫態(tài)仿真的方法得到。

3.2 第2步:求解裝置容量

首先,依據(jù)式(15)求解兩分區(qū)無功需求分別對應(yīng)所需的換流站容量,并取有功需求和無功需求所需換流站容量中的最大值作為裝置的初步定容結(jié)果,該容量正好能滿足分區(qū)對裝置的有功需求和無功需求;然后,依據(jù)MMC的模塊化設(shè)計(jì)對定容結(jié)果進(jìn)行規(guī)范處理:為方便構(gòu)成零電平,MMC每相的子模塊數(shù)常取為偶數(shù),因此MMC容量應(yīng)是6個(gè)子模塊容量的整數(shù)倍;最后,對定容結(jié)果適當(dāng)取整并留一定裕量。

3.3 第3步:容量校驗(yàn)

在裝置容量確定以后,基于安全性的充分考慮,有必要對所得容量進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)分為以下4個(gè)方面。

1)有功需求校驗(yàn)

檢驗(yàn)裝置能夠控制支援的有功功率是否滿足互聯(lián)兩分區(qū)的有功需求。

2)動(dòng)態(tài)無功需求校驗(yàn)

檢驗(yàn)裝置能夠輸出的動(dòng)態(tài)無功功率是否滿足互聯(lián)兩分區(qū)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性對動(dòng)態(tài)無功功率的需求。由于裝置兩端換流站的設(shè)計(jì)可能不一樣,需分別計(jì)算兩端的動(dòng)態(tài)無功輸出范圍。

3)靜態(tài)無功輸出校驗(yàn)

計(jì)算裝置在聯(lián)接變壓器擋位可調(diào)情況下的無功輸出范圍,以確定分區(qū)出現(xiàn)低電壓節(jié)點(diǎn)時(shí)裝置的靜態(tài)無功可調(diào)范圍,便于與電網(wǎng)已有無功補(bǔ)償裝置配合。

4)送端分區(qū)及聯(lián)絡(luò)線安全性校驗(yàn)

為了避免分區(qū)間的功率支援破壞送端分區(qū)安全性或?qū)е侣?lián)絡(luò)線過載,需要控制裝置輸出,計(jì)算得到:①正常運(yùn)行的有功支援范圍;②N-1安全的有功支援范圍。

4 示范工程算例驗(yàn)證

4.1 工程概況

本文方法已應(yīng)用于國內(nèi)外首個(gè)220 kV城市電網(wǎng)柔性互聯(lián)示范工程論證中。示范工程的互聯(lián)裝置選址在北京電網(wǎng)的昌城—城順朝分區(qū)間。

分析計(jì)算的電網(wǎng)和負(fù)荷數(shù)據(jù)來自調(diào)度分析報(bào)告[20],計(jì)算工具采用北京市電力公司使用的PSD-BPA軟件。示范工程裝置安裝在容量為478 MVA的單回聯(lián)絡(luò)線上,裝置接入系統(tǒng)參數(shù)(對應(yīng)圖1)取值如下:閥側(cè)額定電壓Uv取200 kV;橋臂電感值為68 mH,橋臂額定電流為500 A;單臺(tái)變壓器的等效電抗值為9.33 Ω,變比為1,變壓器分接頭設(shè)計(jì)在交流系統(tǒng)側(cè);MMC子模塊的額定電壓為1.6 kV,電壓調(diào)制比最大值Mmax取0.95,最小值Mmin取0.7。

需要指出,示范工程因占地限制采用單聯(lián)接變壓器方案,即裝置通過聯(lián)接變壓器與城順朝分區(qū)相連,而與昌城分區(qū)間無聯(lián)接變壓器直接相連。相對雙聯(lián)接變壓器方案,交流故障對裝置的影響會(huì)發(fā)生較大變化,但經(jīng)論證,裝置可實(shí)現(xiàn)交流故障穿越[13]。

4.2 功率需求

1)有功需求

首先通過軟件仿真得到分區(qū)的過載故障集,故障設(shè)置見附錄C。然后對于每一個(gè)潮流過載故障,求解得到該故障下裝置的有功支援需求如附錄C表C1所示,結(jié)果表明,兩分區(qū)的有功需求Pd為220 MW。

2)無功需求

分析暫態(tài)電壓穩(wěn)定性,暫態(tài)故障設(shè)置見附錄C?？赡馨l(fā)生的電壓失穩(wěn)故障以及故障分區(qū)所需動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償?shù)姆抡嬗?jì)算結(jié)果見附錄C表C2。結(jié)果表明,昌城分區(qū)無功需求Qd1為195 Mvar;城順朝分區(qū)無功需求Qd2為133 Mvar。

4.3 裝置容量

首先,昌城分區(qū)側(cè)無聯(lián)接變壓器,取k=1,Xeq=ωL0/2=10.68 Ω,根據(jù)式(15),滿足昌城分區(qū)無功需求Qd1所需的裝置容量SQd1為543 MVA;城順朝分區(qū)側(cè)有聯(lián)接變壓器,取k=1,Xeq=ω(L0/2+Ltr)=20.01 Ω,滿足城順朝分區(qū)無功需求Qd2所需的裝置容量SQd2為550 MVA,因此,裝置容量Sr初步確定為550 MVA。

其次,對初步定容結(jié)果進(jìn)行規(guī)范化處理。由MMC子模塊的額定電壓和額定電流得到子模塊容量為0.8 MVA,裝置容量應(yīng)為4.8 MVA的整數(shù)倍。因此,裝置容量可取為552 MVA。

最后,考慮北京電網(wǎng)的后續(xù)發(fā)展以及對安全性的高要求,裝置容量確定為600 MVA,每個(gè)橋臂設(shè)計(jì)250個(gè)功率單元。

4.4 容量校驗(yàn)

對600 MVA裝置容量進(jìn)行校驗(yàn),校驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見附錄D,其中,在計(jì)算吸收的無功功率時(shí),各公式中電壓調(diào)制比最大值Mmax替換為最小值Mmin,分析方法與輸出無功功率類似,不再贅述。經(jīng)過容量校驗(yàn)的過程,得到如下校驗(yàn)結(jié)果。

首先,裝置的有功支援范圍是0～600 MW,能夠滿足兩分區(qū)220 MW的有功需求;將計(jì)算數(shù)據(jù)代入式(13)可得到,昌城分區(qū)側(cè)動(dòng)態(tài)無功輸出范圍是-534～600 Mvar,城順朝分區(qū)側(cè)動(dòng)態(tài)無功輸出范圍是-285～327 Mvar,能夠滿足兩分區(qū)動(dòng)態(tài)無功需求且有較大裕度,故有功需求校驗(yàn)和動(dòng)態(tài)無功需求校驗(yàn)通過。

其次,城順朝分區(qū)側(cè)換流站可通過調(diào)節(jié)變壓器擋位(分接頭-5～+5擋)來調(diào)節(jié)靜態(tài)無功范圍,不同擋位下無功輸出計(jì)算結(jié)果詳見附錄E?？梢钥闯?隨等效變比的減小,無功輸出能力將增大,且在該側(cè)聯(lián)接變壓器擋位可調(diào)范圍內(nèi),靜態(tài)無功范圍擴(kuò)大為-600～488 Mvar。昌城側(cè)換流站無聯(lián)接變壓器,其感性無功輸出能力更大,且靜態(tài)無功與動(dòng)態(tài)無功輸出范圍相同。

最后,通過送端分區(qū)安全性及聯(lián)絡(luò)線校驗(yàn)可知:①附錄C設(shè)置故障下兩分區(qū)間的緊急有功支援(最大為220 MW)都不會(huì)導(dǎo)致送端分區(qū)或聯(lián)絡(luò)線過載;②考慮N-1下,向昌城分區(qū)的有功支援可能超出N-1安全范圍(0～51 MW)。例如發(fā)生附錄C表C1所示安全性問題1時(shí),裝置向昌城分區(qū)支援220 MW有功功率會(huì)導(dǎo)致城順朝分區(qū)N-1不安全,但可在裝置緊急支援220 MW有功功率后,開啟昌城分區(qū)十三陵兩臺(tái)發(fā)電機(jī),隨后便可將裝置有功功率降低至城順朝分區(qū)N-1安全的范圍。

綜上所述,600 MVA的容量設(shè)計(jì)滿足校驗(yàn)。分析動(dòng)態(tài)無功輸出范圍還發(fā)現(xiàn),裝置一側(cè)取消聯(lián)接變壓器后,裝置該側(cè)與交流系統(tǒng)間的等效電抗由20.01 Ω大幅減小為10.68 Ω,容量和最大無功輸出Qmax-Sr曲線斜率增加(見附錄F圖F1),轉(zhuǎn)折容量由695 MVA減小為598 MVA,裝置該側(cè)最大無功輸出由327 Mvar增加到了容量上限600 Mvar。這進(jìn)一步驗(yàn)證了本文Qmax-Sr曲線的正確性。

5 結(jié)語

隨著可再生能源的大力發(fā)展,區(qū)外可再生能源發(fā)電輸入城市電網(wǎng)的比例日益增加,電能供應(yīng)的不穩(wěn)定將給城市電網(wǎng)帶來新的安全穩(wěn)定問題,通過電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)大型城市電網(wǎng)分區(qū)柔性互聯(lián)是一個(gè)有益的嘗試?？茖W(xué)合理地確定分區(qū)互聯(lián)裝置容量是一個(gè)關(guān)鍵問題。本文首次研究了分區(qū)柔性互聯(lián)裝置的定容方法,并在國內(nèi)外首個(gè)220 kV城市電網(wǎng)分區(qū)柔性互聯(lián)示范工程論證中應(yīng)用,主要成果如下。

1)推導(dǎo)得到了柔性直流分區(qū)互聯(lián)裝置的容量和最大無功輸出的Qmax-Sr曲線:揭示了Qmax-Sr的分段線性關(guān)系,發(fā)現(xiàn)裝置的最大無功輸出一般會(huì)小于容量;定義了無功輸出的起步容量和轉(zhuǎn)折容量;提出了調(diào)節(jié)變比和減小裝置與交流系統(tǒng)間等效電抗的提高無功輸出能力的方法。

2)提出了一套較完整的分區(qū)互聯(lián)裝置的定容方法,該方法主要依據(jù)分區(qū)間有功支援需求與計(jì)及暫態(tài)電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)無功需求來確定裝置容量需求,并考慮了電力電子器件模塊化設(shè)計(jì)、送端分區(qū)及聯(lián)絡(luò)線的安全性等諸多因素。

電力電子技術(shù)在城市電網(wǎng)應(yīng)用具有廣闊前景,本文在城市電網(wǎng)柔性互聯(lián)上進(jìn)行了理論探索和工程實(shí)踐。后續(xù)還將進(jìn)一步研究整個(gè)電網(wǎng)多個(gè)分區(qū)柔性互聯(lián)的統(tǒng)一選址定容問題。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

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