基于移相控制技术的供电可靠性提高方案

摘 要：由于地理条件、电源及负荷分布等特殊性，部分地区局部电网较为薄弱，为保证电网安全稳定及供电可靠性，采取高低压电磁环网运行，N-1、N-2等故障情况下潮流转移不均衡，存在造成部分元件过载的风险，影响电网供电能力及可靠性。文章针对云南西双版纳地区电网高低压电磁环网运行存在的风险，提出移相控制技术UPFC（统一潮流控制器）的应用方案，提高了高低压电磁环网断面输电能力及可靠性，解决了故障情况下潮流转移不均衡造成线路及主变过载的风险。

关键词：移相；环网断面；风险；可靠性

1 概述

云南地处西南边陲，是南方电网乃至全国重要的水电基地，是南方电网“西电东送”的送端电网。负荷主要集中在中、东部，大型水电主要位于西部及西南部，负荷、电源分布不均的矛盾突出。西双版纳地区位于云南西南片区，局部电网较为薄弱，且由于特殊的地理条件以及生态自然保护等因素，电网加强难度大、成本高，为保证电网安全稳定及供电可靠性，采取高低压电磁环网运行。电网N-1等故障情况下线路潮流转移不均衡，存在部分元件过载的风险，影响电网供电能力及安全稳定。

2 版纳电磁环网

西双版纳电网现状尚无500kV变电站，仅景洪电站有1台500kV/220kV联络变（360MVA）。500kV版纳变规划2018年建成投产，规模为1×75万kVA。为提高电网220kV供电可靠性，220kV思茅变-木乃河变-版纳变、500kV思茅变-景洪电站-版纳变、220kV景洪电站-景洪变高低压电磁环网采取合环运行，版纳电网依靠木乃河变-版纳变以及景洪电站-版纳变供电。2018年500kV版纳变建成后，“十三五”期间版纳电网接线如图1。

3 UPFC技术原理

UPFC（统一潮流控制器）由于具备电压调节、串联补偿和移相控制等能力，可以同时并快速地控制输电线路中的有功功率和无功功率，控制线路的潮流分布，有效地提高电力系统的稳定性。

UPFC由共用直流侧电容的两个电压源型变流器构成。变流器1经并联变压器接入系统，其作用是通过吸收或发出无功功率来维持UPFC接入母线电压恒定，同时向变流器2提供其所需的有功功率，维持直流电压恒定；变流器2经串联变压器接入系统，其作用是向线路叠加一个串联电压源，通过控制电压源的幅值和相角来控制该线路的潮流。

对于任一输电线路等值线路，Ui，Uj为线路两端电压，X为线路电抗，忽略电阻，P为线路有功功率，Q为线路无功功率。设Ui=Ui∠0，Uj=Uj∠δ

（1）

（2）

则线路有功功率P和无功功率Q取决于线路两端电压Ui，Uj和相角差δ。因此，UPFC向线路叠加一个串联电压源，通过适当地控制Ui，Uj及δ，可以改变线路上的潮流分布。

4 输电能力提高方案

4.1 电磁环网运行风险

景洪联变-景洪变、木乃河-版纳变线路阻抗相差较大，潮流分布不均，景洪联变-景洪变220kV线路潮流较重。500kV版纳变N-1故障情况下，500kV潮流发生转移，版纳电网负荷仅依靠景洪联变（360MVA）及220kV木乃河-版纳变线路供电，景洪联变及相关线路存在过载风险；景洪电站1#机组检修情况下，版纳电网下网负荷进一步增大，景洪联变及相关线路过载将更为严重，存在较大的事故安全风险。

（1）根据2020年500kV版纳变N-1故障（景洪电站1#机组

60%出力）潮流，220kV木乃河～版纳变线路潮流约为75.7MW、景洪电站～景洪变线路潮流约为351.3MW，景洪电站～景洪变线路潮流比木乃河～版纳变线路潮流重约276MW。景洪电站～景洪变线路潮流由景洪联变下网，将造成景洪联变负载率98%（360MVA），重载运行。景洪电站1#机组出力低于60%时，景洪联变将出现过载。

（2）在500kV版纳变N-1故障且景洪电站1#机组检修情况

下，根据潮流结果，220kV木乃河～版纳变线路潮流约为158MW、景洪电厂～景洪变线路潮流约为482MW，景洪电厂～景洪变线路潮流比木乃河～版纳变线路潮流重约324MW。景洪电厂～景洪变线路潮流由景洪联变下网，将造成景洪聯变（36万kVA）过载33.9%。

4.2 移相控制技术应用

220kV木乃河～版纳线路、景洪联变-景洪变线路潮流分布不均衡是版纳电网运行的安全风险，也是制约版纳下网电力进一步提高的主要因素。在木乃河～版纳线路上加装移相装置可以提高版纳电网下网能力，提高供电可靠性。

在220kV木乃河～版纳线路上安装UPFC装置，版纳电网最大下网电力按650MW考虑，UPFC的并联变流器容量、串联变流器容量分别为22MVA、25MVA。UPFC主要参数见表1。

4.3 供电能力提升

220kV木乃河～版纳线路上安装UPFC装置后，版纳220kV最大下网电力为650MW情况下，考虑景洪1#机组60%出力

（210MW），木乃河～版纳线路潮流为277MW，景洪联变～景洪变线路潮流为373MW。考虑景洪1#机组N-1故障情况下，可控制景洪联变满载且木乃河～版纳线路达到热稳极限，即木乃河～版纳线路潮流为290MW，景洪联变～景洪变线路潮流为360MW。

应用UPFC移相技术方案后，相同工况下，木乃河～版纳线路、景洪联变～景洪变线路潮流不均衡度最高降低至0.25，电网供电能力及可靠性得到有效提高。

5 结束语

通过故障情况下220kV木乃河～版纳线路、景洪联变～景洪变线路潮流计算，分析了版纳高低压电磁环网存在的运行风险。通过应用基于UPFC的可控移相技术方案，故障情况下，版纳高低压电磁环网断面线路潮流不均衡度有效降低，地区电网供电能力及可靠性得到有效提高。

参考文献

[1]邬伟，等.联网环流问题及其可控移相器解决案例研究[J].2003，36（19）：50-52.

[2]肖国春，等.一种串联有源电压质量调节器的移相控制技术[J].中国电机工程学报，2008，28（4）：114-122.

[3]王连生，等.统一潮流控制器协调控制技术的研究，2006，28（1）：35-37.

作者简介：支刚（1985-），男，云南昭通人，工程师，云南省电力设计院有限公司，主要从事电网规划、系统设计。