先進(jìn)電力電子技術(shù)在超高壓輸電網(wǎng)中的應(yīng)用

1、先進(jìn)電力電子技術(shù)在超高壓輸電網(wǎng)中的應(yīng)用摘要：隨著我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展，如何大幅度提高電網(wǎng)資源的使用效率、克服輸配電的瓶頸，解決大電網(wǎng)穩(wěn)定性，成為亟待解決的戰(zhàn)略性的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。先進(jìn)電力電子技術(shù)的快速發(fā)展為解決這些挑戰(zhàn)性問(wèn)題創(chuàng)造了有利的條件，其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括高壓直流輸電、靈活交流輸電和定制電力技術(shù)三個(gè)方面。本文簡(jiǎn)要介紹了電力電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了由中國(guó)電科院自主集成的可控串補(bǔ)和靜止無(wú)功補(bǔ)償器成套設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，強(qiáng)調(diào)了自主開(kāi)發(fā)的重要性。最后論述了電力電子技術(shù)開(kāi)發(fā)手段和應(yīng)用前景。 關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；靈活交流輸電；可控串補(bǔ)；靜止無(wú)功補(bǔ)償器 ；無(wú)功補(bǔ)償裝置中圖分類號(hào)： Study on

2、 the Application of Advanced Power Electronic Technology in EHV Power System Tang Guang Fu1, Li Gongxin2 （1China Electric Power Research Institute，Beijing ；2Fujian Provincial Electric Power Co., Fuzhou ） Abstract： It is a key technology problem how to improve greatly power grid efficiency, overcome

3、transmission and distribution bottleneck, and solve power grid stabilization with the development of power grid in China. The advanced power electronic technology witch develops rapidly provides an advantageous condition for these challenge questions, and its application field mainly includes HVDC(H

4、igh Voltage Direct Current)、FACTS(Flexible AC Transmission Systems)and Custom Power. This paper briefly introduces its development and application，expatiates the pivotal technology of TCSC（Thyristor Controlled Series Compensation）and SVC（Static Var Compensator）accomplished by China EPRI, then emphas

5、izes the significance of self-development, and discusses its research means and application perspective. Key words： Power Electronic Technology，F(xiàn)ACTS，HVDC，TCSC，SVC 0 引言 現(xiàn)代電子技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等與傳統(tǒng)電力技術(shù)的融合產(chǎn)生了發(fā)展前景廣闊的電力電子技術(shù)。電力電子技術(shù)在高壓直流輸電(HVDC)、靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)等領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用。八十年代后期，為了充分利用已有的輸電設(shè)備、有效地控制系統(tǒng)潮流分布、提高對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性

6、的控制能力，提出了靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)并得到了很快發(fā)展，F(xiàn)ACTS裝置的目的都是通過(guò)利用大功率電力電子器件的快速響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、有功潮流、無(wú)功潮流等的平滑控制，從而在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)傳輸功率能力，改善電壓質(zhì)量，達(dá)到最大可用性、最小損耗、最小環(huán)境壓力、最小投資和最短的建設(shè)周期的目標(biāo)?？煽卮a(bǔ)(TCSC)、新型無(wú)功發(fā)生器(STATCOM)、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)等工業(yè)樣機(jī)相繼投運(yùn)。九十年代中期，為解決日益突出的電能質(zhì)量問(wèn)題，國(guó)外又提出了定制電力(Custom Power)技術(shù)，即把電力電子技術(shù)用在配電領(lǐng)域。屬于這類技術(shù)的新型電力設(shè)備，如配電用新型靜止無(wú)功補(bǔ)償器

7、(DSTATCOM)、動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)、靜止開(kāi)關(guān)(SSB)等也相繼投運(yùn)。我國(guó)對(duì)電力電子技術(shù)的研究經(jīng)過(guò)40多年的努力，特別是近十多年的迅速發(fā)展，在部分領(lǐng)域已經(jīng)初步形成了分析研究、試驗(yàn)仿真、設(shè)備制造、系統(tǒng)集成的能力，但整體技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有較大的差距。 1 我國(guó)電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn) 我國(guó)的一次能源分布不平衡，煤炭?jī)?chǔ)量和可開(kāi)發(fā)水能資源豐富，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)電力的需求迅速增加，電力工業(yè)增長(zhǎng)勢(shì)頭迅猛。然而,我國(guó)各大區(qū)域裝機(jī)容量和電力消耗嚴(yán)重不匹配，這種情況下，國(guó)家提出了“西電東送”的戰(zhàn)略決策。至2020年我國(guó)西電東送的總?cè)萘繉⑦_(dá)到1.2億kW，主要體現(xiàn)在遠(yuǎn)距離(15002000公里)

8、、交直流混合輸電上,2005年已初步形成全國(guó)跨大區(qū)互聯(lián)電網(wǎng)。當(dāng)前,我國(guó)電網(wǎng)的主要特點(diǎn)是：電網(wǎng)大容量、遠(yuǎn)距離輸電增多；單位走廊的輸電能力和經(jīng)濟(jì)性亟待提高；穩(wěn)定特性發(fā)生變化，一些斷面穩(wěn)定水平亟待提高；可能存在動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題；潮流變化大，需要加強(qiáng)潮流控制手段；加強(qiáng)電壓支撐，提高系統(tǒng)電壓控制能力。 11 面臨的主要問(wèn)題 我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)和面臨的主要問(wèn)題首先應(yīng)該是大幅度提高電網(wǎng)的輸電能力，滿足大容量、遠(yuǎn)距離送電的需要；其次，要在提高輸電能力的同時(shí)增強(qiáng)電網(wǎng)的安全可靠性以及改善電能質(zhì)量；再次，經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境問(wèn)題也是必須加以關(guān)注的主要問(wèn)題。然而，當(dāng)前要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模輸電面臨諸多技術(shù)困難；大區(qū)電網(wǎng)強(qiáng)互聯(lián)的格局尚未形成

9、；電網(wǎng)建設(shè)滯后，瓶頸增多，威脅電網(wǎng)安全；取得線路走廊和變電站站址日益困難。因此，如何在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，大幅度提高電網(wǎng)資源的使用效率、克服輸配電的瓶頸，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)資源的優(yōu)化配置，成為當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。 目前電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定已不是研究重點(diǎn)，電壓穩(wěn)定問(wèn)題日益突出。以京滬穗電網(wǎng)為例，我國(guó)大型負(fù)荷中心存在的主要問(wèn)題是：負(fù)荷中心有功熱備用減少（電廠少），使得動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐日益不足；調(diào)相機(jī)由于維護(hù)不便及擾民等原因逐漸退出運(yùn)行；負(fù)荷中心的空調(diào)等突增負(fù)荷所占比例越來(lái)越大；常規(guī)電容補(bǔ)償裝置不能適應(yīng)突增負(fù)荷需要；恒定功率負(fù)荷遞增，不利于電壓的恢復(fù)。這樣的系統(tǒng)一旦受到干擾，很容易出現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功不足

10、，從而引起電壓穩(wěn)定問(wèn)題。 全國(guó)電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，形成總裝機(jī)容量超過(guò)1.4億千瓦，南北距離超過(guò)4600公里的超大規(guī)模同步的交流系統(tǒng)。目前，各區(qū)域電網(wǎng)500千伏主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尚不十分健全，區(qū)域電網(wǎng)間僅通過(guò)單回500千伏線路弱聯(lián)系。因此，整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)的穩(wěn)定問(wèn)題比較突出。聯(lián)網(wǎng)后局部故障影響范圍擴(kuò)大局部電網(wǎng)的故障將可能波及鄰近電網(wǎng)，在某些情況下可能誘發(fā)惡性連鎖反應(yīng)。影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的因素多元化，大型互聯(lián)電網(wǎng)中一個(gè)斷面潮流的增加，可能造成整個(gè)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的惡化。區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)部的安全穩(wěn)定控制可能與相鄰電網(wǎng)的某些運(yùn)行條件及因素有較強(qiáng)的相關(guān)性。由此增加了電網(wǎng)運(yùn)行安全控制的復(fù)雜程度。 12 電壓失穩(wěn)事故 （1）交流輸電線

11、路N-2造成功率轉(zhuǎn)移引起暫態(tài)電壓不穩(wěn)定。 假定華北系統(tǒng)大房線雙回?cái)嚅_(kāi)，功率轉(zhuǎn)移到神頭-保北單回線路，造成北京環(huán)線上電壓降到0.7p.u，將造成大面積停電。假定上海電網(wǎng)500kV黃渡至石牌線路中一回停運(yùn)，另一回短路斷開(kāi)，也會(huì)出現(xiàn)電壓崩潰。 （2）負(fù)荷突增時(shí)系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定問(wèn)題。 假定上海地區(qū)各個(gè)負(fù)荷點(diǎn)按照負(fù)荷突增模型突增8，黃渡區(qū)220kV的12條中9條母線電壓降低到0.8p.u.以下，造成電壓失穩(wěn)。 （3）HVDC線路雙極故障引起的暫態(tài)電壓?jiǎn)栴}。 假定天廣、貴廣直流雙極閉鎖后，大量的功率會(huì)轉(zhuǎn)移到貴州廣西廣東的交流線路上，造成廣東電網(wǎng)電壓崩潰。 （4）國(guó)外類似的事故教訓(xùn) 1987年7月23日東京

12、發(fā)生大面積停電，造成在20分鐘后500kV電壓下降到76%。事后分析是因?yàn)閷?duì)空調(diào)負(fù)荷增長(zhǎng)估計(jì)不足，負(fù)荷當(dāng)時(shí)每分鐘以1%總量上升。1978年的法國(guó)巴黎發(fā)生了電壓崩潰大事故。這是由于冬季供暖電動(dòng)機(jī)負(fù)荷突然上升，造成低壓過(guò)流連續(xù)切線路的惡性循環(huán)。兩者的共同點(diǎn)都是對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)荷突然上升而帶來(lái)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率不足所致；動(dòng)態(tài)無(wú)功功率的需求量，遠(yuǎn)比有記載上升有功功率要大，導(dǎo)致了電壓下降，更進(jìn)一步造成了電容輸出的無(wú)功減少和電動(dòng)機(jī)負(fù)荷無(wú)功需求增加的惡性循環(huán)。 13 解決方法 上述問(wèn)題對(duì)電網(wǎng)提出了前所未有的高要求，依靠傳統(tǒng)電力技術(shù)是無(wú)法同時(shí)滿足這些要求的，這些問(wèn)題的解決都可以歸結(jié)到電力電子技術(shù)的應(yīng)用，串、并聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)

13、對(duì)電網(wǎng)傳輸特性的影響可以提高電網(wǎng)輸電能力，利用電力電子器件的快速、精確控制能力，可以提高電網(wǎng)可靠性、電壓質(zhì)量水平等，而定制電力技術(shù)的應(yīng)用可以改進(jìn)配網(wǎng)輸電能力、配電質(zhì)量，解決用戶端電力質(zhì)量問(wèn)題。因此，超高壓大容量電力電子技術(shù)的快速發(fā)展為解決我國(guó)電網(wǎng)這些挑戰(zhàn)性問(wèn)題創(chuàng)造了有利的條件。經(jīng)過(guò)多年來(lái)我國(guó)產(chǎn)學(xué)研的聯(lián)合研究，已經(jīng)具備了一定的研發(fā)能力，為電力電子技術(shù)的工程化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 2 輸配電電力電子技術(shù) 先進(jìn)電力電子技術(shù)是將大功率電力電子開(kāi)關(guān)器件的制造技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和傳統(tǒng)電網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了有機(jī)的融合，已經(jīng)成為超高壓直流輸電、靈活交流輸電、大容量抽水蓄能電站、短路電流限制、節(jié)能降耗等現(xiàn)代電網(wǎng)技術(shù)和

14、裝備的核心。它主要包括直流輸電（HVDC）技術(shù)、靈活交流輸電（FACTS）和定制電力技術(shù)（Custom Power）?？梢灶A(yù)計(jì)，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生革命性的變化，大幅度提高輸電線路的輸送能力和電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平，大大提高系統(tǒng)的可靠性、運(yùn)行靈活性，甚至可以用大功率的電子開(kāi)關(guān)取代傳統(tǒng)的機(jī)械斷路器，使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)變得像電子線路一樣便于控制。 21 HVDC技術(shù) 1954年建成的瑞典通過(guò)海底電纜向哥特蘭島供電的輸電工程，是高壓直流輸電技術(shù)的第一次商業(yè)應(yīng)用，采用的是汞弧閥。70年代開(kāi)始，汞弧閥被晶閘管所替代，變流裝置的經(jīng)濟(jì)性和可靠性得到了很大的提高，直流輸電發(fā)展十分迅速。隨著交

15、流電網(wǎng)日趨擴(kuò)大，一方面帶來(lái)可觀的聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，但也帶來(lái)許多困難的問(wèn)題，如功率潮流控制越來(lái)越復(fù)雜，長(zhǎng)距離大容量輸電的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題、跨海聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題等。在這些方面，恰好能發(fā)揮高壓直流輸電的優(yōu)勢(shì)。直流輸電的應(yīng)用場(chǎng)合歸納以下兩大類： （1）在不同頻率的聯(lián)網(wǎng)、因穩(wěn)定問(wèn)題而難以采用交流、遠(yuǎn)距離電纜輸電等，這些技術(shù)上交流輸電難以實(shí)現(xiàn)而只能采用直流輸電的場(chǎng)合。 （2）在技術(shù)上兩種輸電方式均能實(shí)現(xiàn)，但直流比交流的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能好。 目前，在電網(wǎng)建設(shè)中，直流輸電主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、直流電纜送電和輕型直流的應(yīng)用。從1954年至2000年，全世界共有63個(gè)直流輸電工程投入運(yùn)行，總?cè)萘考s為80

16、GW。目前世界上雙極容量最大的是伊泰普（ITAIPU）工程，600kV雙極的容量為3150MW。我國(guó)從60年代初便開(kāi)始了直流輸電技術(shù)的跟蹤，自70年代起步研究，至1978年在上海投運(yùn)了第一條31kV、150A、長(zhǎng)度9km的直流輸電試驗(yàn)線路，累計(jì)運(yùn)行2300h。1987年完成寧波至舟山的直流試驗(yàn)工程。1990年，標(biāo)志著我國(guó)高壓直流輸電工程進(jìn)入世界先進(jìn)行列的葛上500kV直流工程投運(yùn)，并引進(jìn)相關(guān)技術(shù)。但是直流工程未能銜接，直到1997年建設(shè)天廣直流時(shí)又重新引進(jìn)了部分技術(shù)。1998年在研究三峽一回直流時(shí)，在引進(jìn)技術(shù)和合作生產(chǎn)中盡可能考慮增加國(guó)內(nèi)分包的份額，而且前期咨詢工作采用中外合作以我為主、自己多

17、做工作的方式，為我國(guó)直流進(jìn)一步國(guó)產(chǎn)化打下基礎(chǔ)。隨著三峽送出三常直流和西電東送天廣直流、三廣直流、貴廣直流輸電工程的相繼建成投產(chǎn)，我國(guó)成為世界上擁有直流輸電系統(tǒng)最多的國(guó)家，其中已建成、運(yùn)行五條500kV 直流輸電線路，雙極輸送容量均達(dá)3000MW。我國(guó)現(xiàn)已規(guī)劃近20條直流工程，根據(jù)直流輸電的特點(diǎn)，無(wú)論是傳統(tǒng)直流輸電還是輕型直流輸電技術(shù)都將在我國(guó)電力系統(tǒng)有著廣闊的應(yīng)用前景。 常規(guī)的晶閘管高壓直流換流站，需要裝設(shè)占換流容量的40%&O1566;60%的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，致使換流站成本和占地面積大大增加。在這方面，換流技術(shù)的最新發(fā)展，當(dāng)前體現(xiàn)在兩個(gè)方面：電壓源換流器（VSC），即輕型直流輸電技術(shù)和電容器換

18、相換流器（CCC）。兩者都可大大改善換流器的無(wú)功特性，減少換流站需要的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。 22 FACTS技術(shù) 靈活交流輸電技術(shù)（FACTS）是通過(guò)利用大功率電力電子器件的快速響應(yīng)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、有功潮流、無(wú)功潮流等的平滑控制，在不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，提高系統(tǒng)傳輸功率能力，改善電壓質(zhì)量，達(dá)到最大可用性、最小損耗、最小環(huán)境壓力、最小投資和最短的建設(shè)周期的目標(biāo)。FACTS技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，第一代FACTS技術(shù)，如可控串補(bǔ)（TCSC）、靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）等是基于自換相的半控器件的FACTS裝置，第二代、第三代FACTS裝置都是基于可關(guān)斷器件GTO、IGBT、IGCT等組成的變流器，包括

19、靜止無(wú)功發(fā)生器（STATCOM）、靜止同步串聯(lián)補(bǔ)償器（SSSC）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）和相間功率控制器（IPFC）等。 目前在輸電系統(tǒng)和工業(yè)部門(mén)投入運(yùn)行的SVC已超過(guò)1000套，在電力系統(tǒng)投入運(yùn)行的TCSC工程有8套、STATCOM代表性工程接近10套。在我國(guó)原先有5個(gè)500kV變電站安裝了6套SVC裝置，均為進(jìn)口（因落后陸續(xù)推出運(yùn)行）。國(guó)內(nèi)第一套投運(yùn)的TCSC項(xiàng)目是南方電網(wǎng)平果500kV串補(bǔ)工程，是全套引進(jìn)SIEMENS。2002年在國(guó)家電網(wǎng)公司的主持下，由中國(guó)電科院技術(shù)總集成，分別在遼寧鞍山和甘肅成碧實(shí)施的100Mvar SVC、220kV TCSC科技示范工程，均于2004年底前投

20、運(yùn)，表明國(guó)內(nèi)現(xiàn)已初步具備第一代主要FACTS裝置的集成能力，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。另外，由國(guó)家電網(wǎng)公司主持的&O1617;50Mvar STATCOM先導(dǎo)性科技示范工程計(jì)劃于2006年在上海電網(wǎng)投運(yùn)。當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題是滿足大規(guī)模輸電的要求和保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)要保證經(jīng)濟(jì)性和可持續(xù)發(fā)展。這些問(wèn)題的解決，迫切需求更多FACTS裝置在我國(guó)電網(wǎng)大面積的推廣應(yīng)用。 23 Custom Power技術(shù) 定制電力是指將電力電子裝置或稱靜態(tài)控制器，用于1kV到35kV的配電系統(tǒng)，以向?qū)﹄娔苜|(zhì)量敏感的用戶所提供的電力達(dá)到用戶所需可靠性水平和電能質(zhì)量水平。定制電力設(shè)備（或稱控制器）采用先進(jìn)的大功

21、率可關(guān)斷電力電子器件（如IGBT、IGCT、IEGT等）和數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）測(cè)控技術(shù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)供電電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)和補(bǔ)償。定制電力技術(shù)（CP，Custom Power）主要用于配電系統(tǒng)故又稱為配電靈活交流輸電（DFACTS）技術(shù)。 自二十世紀(jì)八十年代末，國(guó)外便開(kāi)始了定制電力技術(shù)措施的專題研究，并陸續(xù)地推出了相應(yīng)的固態(tài)切換開(kāi)關(guān)（STS）、靜態(tài)電壓調(diào)整器（SVR）、靜態(tài)串聯(lián)補(bǔ)償器（SSC）、配電無(wú)功發(fā)生器（DSTATCOM）等產(chǎn)品化裝置，并進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存技術(shù)、靜態(tài)電壓調(diào)整技術(shù)、故障電流限制器、有源濾波及統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器（UPQC）等技術(shù)的研發(fā)和工程示范。這些技術(shù)的應(yīng)用電壓等級(jí)均為6&O1566

22、;35kV。其中，STS的最大短路電流達(dá)25kA，響應(yīng)時(shí)間小于1個(gè)周波，最大容量達(dá)6.9MVA；SSC的響應(yīng)時(shí)間小于1/4周波，最大容量達(dá)10MVA，采用電容器或超導(dǎo)儲(chǔ)能；DSTATCOM的響應(yīng)時(shí)間小于1/4周波，最大容量達(dá)20MVA，采用電容儲(chǔ)能。 定制電力技術(shù)所要解決的問(wèn)題主要是電網(wǎng)中普遍存在的“電壓跌落”。電能質(zhì)量調(diào)查顯示：在所有配電系統(tǒng)事故中，電壓跌落占70%80%；而在輸電系統(tǒng)事故中，電壓跌落所占的比例超過(guò)96%。定制電力技術(shù)所解決的電能質(zhì)量問(wèn)題主要源于電力系統(tǒng)故障，其受影響的用戶往往對(duì)電能質(zhì)量和供電可靠性較一般用戶有更高的要求。一次電能質(zhì)量事故將導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失或重大的社會(huì)影響。

23、目前在歐美各國(guó)對(duì)電壓跌落的關(guān)注程度比其它有關(guān)電能質(zhì)量問(wèn)題的關(guān)注程度要大得多，在我國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電壓跌落和短時(shí)斷電的影響也逐漸引起了供電公司、用戶及制造廠商的關(guān)注，特別是在一些高科技園區(qū)、大型醫(yī)院、電信、銀行、軍工和重要的政府部門(mén)等。 串聯(lián)補(bǔ)償主要針對(duì)源自配電系統(tǒng)的電壓驟降和突升。而并聯(lián)補(bǔ)償則通過(guò)電壓調(diào)節(jié)或無(wú)功補(bǔ)償針對(duì)波動(dòng)負(fù)荷、非線性負(fù)荷或大負(fù)荷的切合。如果并聯(lián)補(bǔ)償再配以儲(chǔ)能系統(tǒng)和靜態(tài)斷路器，可在完全斷電的情況下，向重要的負(fù)荷供電。 3 可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù) 中國(guó)從1954年開(kāi)始研究和采用串補(bǔ)技術(shù)，六、七十年代分別在220kV線路和330kV線路上采用串補(bǔ)提高輸電能力。后因系統(tǒng)條件變化和環(huán)

24、保等原因，這些裝置先后退出運(yùn)行。1995年在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、原電力工業(yè)部和東北電力集團(tuán)的資助下，以伊敏輸電工程為背景，由中國(guó)電科院牽頭，十多家單位共同參與，歷時(shí)4年，在一些基礎(chǔ)理論研究方面取得重要突破。2004年,在國(guó)網(wǎng)公司領(lǐng)導(dǎo)下，進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和樣機(jī)研制。2002年，啟動(dòng)串補(bǔ)示范工程實(shí)踐，并于2004年12月27日完成了第一個(gè)國(guó)產(chǎn)化可控串補(bǔ)工程。 31 甘肅成碧可控串補(bǔ)工程 甘肅隴南地區(qū)水電豐富，最大送電電力為356.6MW，通過(guò)一回140公里220kV線路與成縣變電所相聯(lián)，在成縣消納一小部分電力后經(jīng)120公里成縣至天水330kV線路送入甘肅主網(wǎng)。該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問(wèn)題突出。根據(jù)穩(wěn)定計(jì)算，

25、碧口至成縣單回220kV 線路暫態(tài)穩(wěn)定極限為235MW，不能滿足碧口地區(qū)最大送電要求。碧口至成縣線路沿途幾乎均為山區(qū)，架設(shè)第二回線路，不僅造價(jià)高昂，還要大量砍伐森林。為了有效地解決輸送能力問(wèn)題，對(duì)碧口電力外送采用串補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行了研究。經(jīng)研究采用50%可控串補(bǔ)方案能夠滿足碧口地區(qū)電力外送的要求，碧口至成縣線路的暫穩(wěn)極限由235MW提高到345MW，還可以解決碧口電廠對(duì)主系統(tǒng)的低頻振蕩問(wèn)題，改善隴南地區(qū)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。在碧口成縣線路上加裝50的可控串補(bǔ)比建設(shè)第二回線節(jié)省投資約1.0億元。串補(bǔ)裝置安裝在成縣變電所220kV線路側(cè)。 甘肅碧成可控串補(bǔ)工程由中國(guó)自主設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試?？煽卮a(bǔ)裝置由中

26、國(guó)電力科學(xué)研究院系統(tǒng)集成。2004年12月27日，該工程一次投運(yùn)成功。 3.2成碧可控串補(bǔ)的關(guān)鍵設(shè)備 甘肅成碧220kV可控串補(bǔ)裝置除串聯(lián)電容器和旁路斷路器外，其它主要設(shè)備全部由中國(guó)電力科學(xué)研究院研制或集成，包括測(cè)量和控制系統(tǒng)、晶閘管閥組件、MOV、保護(hù)間隙、阻尼回路等。 （1）晶閘管閥 成碧可控串補(bǔ)裝置的閥由26層晶閘管閥層組成，每層晶閘管閥層由反并聯(lián)的晶閘管對(duì)、觸發(fā)和檢測(cè)板（TE板）、阻容吸收回路、直流均壓電阻等組成。三相相控晶閘管閥容量達(dá)100Mvar，每相相控閥的額定連續(xù)電壓為26.3kV，10秒鐘過(guò)電壓達(dá)47.4kV，額定連續(xù)電流為920A，10秒鐘過(guò)電流達(dá)1683A。晶閘管閥采用電

27、觸發(fā)晶閘管（ETT），其觸發(fā)系統(tǒng)基于多模星型耦合器，采用冗余的光纖觸發(fā)通道，提高了晶閘管閥觸發(fā)信號(hào)的可靠性。TE板采用電壓和電流復(fù)合取能方式，擴(kuò)大了可控串補(bǔ)裝置的工作范圍；TE板還可以自動(dòng)辨別閥控系統(tǒng)的觸發(fā)命令，實(shí)現(xiàn)三種觸發(fā)方式的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，具備專有的自糾錯(cuò)功能。晶閘管閥層采用擊穿二極管（BOD）進(jìn)行快速保護(hù)，并采用密閉式水冷卻方式。 （2）控制保護(hù)系統(tǒng) 成碧線可控串補(bǔ)的二次系統(tǒng)主要包括平臺(tái)測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、控制保護(hù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、當(dāng)?shù)毓ぷ髡菊究叵到y(tǒng)、閥的監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)以及故障錄波和回放系統(tǒng)等?？刂票Ｗo(hù)系統(tǒng)由完全相同的A、B兩個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)由數(shù)據(jù)匯總部分、MOV保護(hù)、電容器保護(hù)、平臺(tái)保護(hù)、控制

28、調(diào)節(jié)、I/O單元、TFR部分構(gòu)成，具有當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)程控制、晶閘管觸發(fā)及監(jiān)護(hù)、與水冷卻控制系統(tǒng)相聯(lián)以及“五防”等功能，能與線路保護(hù)配合。A、B系統(tǒng)完全獨(dú)立且功能完全相同，對(duì)串補(bǔ)設(shè)備形成冗余保護(hù)；兩套系統(tǒng)的控制部分互為備用，根據(jù)運(yùn)行情況以及運(yùn)行人員的指令進(jìn)行主備切換。當(dāng)一套系統(tǒng)退出運(yùn)行時(shí)，另一套系統(tǒng)仍能穩(wěn)定工作，保證了可控串補(bǔ)裝置的可靠性。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由平臺(tái)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、平臺(tái)電源子系統(tǒng)、母線電壓子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)匯總子系統(tǒng)構(gòu)成。該系統(tǒng)將被測(cè)模擬量通過(guò)電光集中轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，經(jīng)高壓光纖絕緣子將平臺(tái)上的各種測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞到保護(hù)控制系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量范圍寬、可靠性高、對(duì)運(yùn)行環(huán)境的

29、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。 （3）保護(hù)間隙 成碧可控串補(bǔ)的額定電壓有效值只有26.3kV，火花間隙采用了單間隙型式，由閃絡(luò)間隙和續(xù)流間隙構(gòu)成。閃絡(luò)間隙為羊角型間隙。該間隙對(duì)電弧具有很強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)力，當(dāng)間隙擊穿后，能使電弧弧道迅速離開(kāi)間隙電極，進(jìn)入續(xù)流間隙繼續(xù)燃燒。續(xù)流間隙具有長(zhǎng)時(shí)間大電流的抗燒蝕能力，間隙電極不僅采用了耐電弧燒蝕的材料，而且在電極上加工了能使電弧弧根受電動(dòng)力影響而移動(dòng)的電流導(dǎo)向斜槽，使電弧弧根在電極表面均勻地循環(huán)燃燒，進(jìn)一步提高了材料的耐燒蝕能力。 通過(guò)整定間隙距離，閃絡(luò)間隙的自擊穿電壓一般比MOV殘壓高10%，因此在線路故障時(shí)，間隙不會(huì)自放電。閃絡(luò)間隙兩側(cè)的電極上分別安裝了點(diǎn)火裝置，對(duì)成碧

30、可控串補(bǔ)來(lái)說(shuō)，當(dāng)間隙上的電壓瞬時(shí)值達(dá)到1.83pu（約68kV）以上時(shí)，如果觸發(fā)系統(tǒng)接到了來(lái)自地面保護(hù)系統(tǒng)的觸發(fā)命令，則點(diǎn)火裝置將閃絡(luò)間隙擊穿形成電弧。為提高點(diǎn)火裝置的可靠性，設(shè)計(jì)了同步觸發(fā)系統(tǒng)和消除放電電壓極性的雙觸發(fā)系統(tǒng)。 （4）阻尼裝置 成碧可控串補(bǔ)的限流阻尼裝置采用電抗器加MOV串電阻器的阻尼回路設(shè)計(jì)。阻尼裝置電抗器采用干式空芯電抗器，自振頻率為752Hz；限制電容器組的最大電流峰值小于50kA；限制間隙中的最大電流峰值小于100kA；電容器組的放電電壓衰減至10%以下的時(shí)間小于5ms。采用串聯(lián)無(wú)感陶瓷電阻片解決多柱MOV并聯(lián)時(shí)的均流問(wèn)題，阻尼回路MOV各柱間電流的不平衡系數(shù)小于2%，

31、提高了阻尼回路的可靠性。 （5）金屬氧化物限壓器 MOV采用多柱并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每四柱為一個(gè)單元。金屬氧化物電阻片的伏安特性具有一定的分散性，為防止因分流不均造成限壓器損壞，需要相對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)量每個(gè)電阻片的伏安特性曲線，并根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果配片，使每個(gè)電阻柱在“配片電流”下的總殘壓盡量接近。為了確保MOV在整個(gè)動(dòng)作電流區(qū)段內(nèi)的最大不平衡度都能滿足要求，需預(yù)測(cè)最大不平衡度，成碧TCSC的MOV各柱間電流不平衡系數(shù)的理論設(shè)計(jì)值小于1.5。 4 靜止無(wú)功補(bǔ)償技術(shù) 國(guó)內(nèi)的理論研究及探討的文章不少，但此前國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)缺少實(shí)質(zhì)性的工作，主要依賴于引進(jìn)技術(shù)或引進(jìn)成套裝置。80年代初引進(jìn)原BBC的SVC制造技術(shù),

32、基于晶閘管閥水冷卻、光電觸發(fā)，但控制器仍采用模擬控制。未能得到廣泛推廣應(yīng)用,主要原因是引進(jìn)技術(shù)的就已經(jīng)落后,不具備自主創(chuàng)新能力。90年代初引進(jìn)烏克蘭的SVC制造技術(shù)，基于熱管散熱、電磁觸發(fā)，控制器采用單片機(jī)控制。主要面向中小容量，得到一定程度的推廣應(yīng)用,但其核心技術(shù)相對(duì)原BBC技術(shù)而言更加落后,也不具備自主創(chuàng)新能力。截至1990年所引進(jìn)用于輸電系統(tǒng)的6套SVC裝置，均基于分立器件的模擬控制技術(shù)，閥體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，陸續(xù)推出運(yùn)行，工業(yè)領(lǐng)域的早期SVC裝置也都陸續(xù)退出歷史舞臺(tái)。針對(duì)這種現(xiàn)狀，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)網(wǎng)公司為了打破國(guó)外壟斷局面，促進(jìn)SVC國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，改善電能質(zhì)量，提升整個(gè)國(guó)家電網(wǎng)的運(yùn)行水平

33、，自1999年，先后下達(dá)了系列科技項(xiàng)目。中國(guó)電科院進(jìn)行持續(xù)六年的研發(fā)和工程實(shí)踐，獲得了圓滿的成功。 41 鞍山紅一變SVC工程 鞍山紅一變是東北電網(wǎng)的樞紐變電所。有四臺(tái)120MVA主變，總?cè)萘繛?80MVA；無(wú)功補(bǔ)償采用1939年制造的2臺(tái)總?cè)萘繛?0Mvar的調(diào)相機(jī)，其中一臺(tái)已經(jīng)報(bào)廢，另一臺(tái)也只能發(fā)20Mvar的無(wú)功，面臨報(bào)廢。紅一變主要肩負(fù)為鞍山鋼鐵公司的供電任務(wù)。鞍山鋼鐵公司的負(fù)荷具有大容量、沖擊性的特點(diǎn)，而鞍山地區(qū)沒(méi)有大的電源支撐，鞍山紅一變的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償措施與其樞紐變和負(fù)荷中心的重要地位極不相稱。 在紅一變220kV變電站加裝一套100Mvar SVC替代同步調(diào)相機(jī)，其中包括SVC在

34、35kV側(cè)設(shè)計(jì)輸出的動(dòng)態(tài)無(wú)功容量為+80Mvar(容性)-50Mvar(感性)，TCR回路可調(diào)感性無(wú)功為0-55.9 Mvar，包括一組晶閘管控制電抗器，6組單調(diào)諧濾波器，即3次、5次、7次各兩組，掛接#3、#4主變的三次側(cè)；在主變66kV側(cè)還設(shè)置了一組串聯(lián)電抗率為5%的20Mvar固定電容器補(bǔ)償支路，掛接#3、#4主變的二次側(cè)。SVC裝置一次原理主接線如圖2所示。 紅一變SVC工程由中國(guó)自主設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試。SVC裝置由中國(guó)電力科學(xué)研究院系統(tǒng)集成。2004年9月13日，該工程一次投運(yùn)成功。 42 SVC主要設(shè)備 鞍山紅一變SVC裝置由中國(guó)電力科學(xué)研究院研制，一次系統(tǒng)由濾波器組和TCR支路構(gòu)成，二次系統(tǒng)則主要包括控制、保護(hù)和測(cè)量系統(tǒng)。 （1）濾波器組 濾波器組主要由電力電容器、串聯(lián)電抗器、放電線圈、避雷器、刀閘、電流互感器、斷路器等主要一次元件組成。其中串聯(lián)電抗器與電容器串聯(lián)諧振于特定諧波頻率，對(duì)特定諧波呈現(xiàn)低阻，實(shí)現(xiàn)諧波濾除功能。同時(shí)，對(duì)50Hz工頻呈現(xiàn)容性，在SVC系統(tǒng)中提供容性無(wú)功。TCR支路主要由相控電抗器、穿墻套管、避雷器、晶閘管閥組、刀閘、斷路器、線電流互感器、相電流互感器等主要一次元件組成。 （2）TCR裝置 TCR采用三角形接線，其中每相電抗器分裂成兩個(gè)，分別位于閥組兩側(cè)，可減小相控電抗器