苏州地区STATCOM 工程可行性研究

国网江苏检修公司苏州运维站 谢 吉

静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator, 简称STATCOM）是当今无功补偿领域最新技术的代表，属于灵活柔性交流输电系统（FACTS）的重要组成部分。本文以苏州南部电网存在问题为抓手，通过对STATCOM的技术性能、无功补偿效果、装置配置方式的阐述，循序渐进地证明了STATCOM装置在苏州500千伏吴江变安装的必要性和重要性，本文还对STATCOM工程的原理和方案进行了介绍。

引言：苏州南部地区电源较少，负荷较大，需要外部电网的潮流输送以满足供用电平衡，目前依靠 6回 500kV 交流线路和1回±800kV 直流通道送电，交直流通道潮流较重。一旦发生电网故障易引起潮流转移产生无功电压问题，从而造成无功损耗巨大无法支撑系统稳定，其中特高压锦苏直流的存在是导致苏南电网易电压过低、暂态失稳的根本原因。苏州南部电网在快速无功响应方面尚不能满足要求，存在安全稳定隐患，因此需在苏州南部电网考虑装设动态无功补偿装置以提供快速无功控制，可在防止系统电压崩溃、提高系统电压稳定性、减少换流站换相失败次数、减少换流站换相失败时间、提高电网电能质量等方面起到显著的作用。

1.苏州南部电网无功电压存在问题解决措施

一般改善系统电压稳定问题的途径有加强地区网架结构、新增电源和安装动态无功补偿装置三种，由于苏州南部地区经济发达，改变网架结构、新建 500千伏线路走廊的难度较大，而新建电源又存在较大不确定性，因此选择安装动态无功补偿装置。

动态无功补偿设备主要包括SVC和STATCOM，技术性能比较如表1所示。 可见，STATCOM的技术性能优于SVC，可更大程度地维护无功平衡与电压稳定，有利于减少电压波动，从而减少直流的换相失败。

表1 动态无功装置技术性能比较

2.系统故障后STATCOM装置无功补偿效果分析

2.1 故障后系统暂态稳定

当在苏州南部电网中加装STATCOM装置后，能迅速抑制电压曲线波动，镇定电压的振荡，使曲线平稳，同时能减少换流站换相失败次数以及换相失败时间。

2.2 故障后暂态稳定但电压质量较差

以锦苏直流闭锁故障为例，当在苏州南部电网中加装STATCOM装置后，故障瞬间的电压跃变有明显改善，由于换流站内无功投切延迟，直流闭锁之后系统电压有一个瞬间提升后骤降的过程，安装动态无功补偿装置前，吴江变母线最高电压1.07pu，最低0.86pu，安装动态无功补偿装置后，吴江站母线最高电压1.05pu，最低 0.88pu，较安装前对电压越变有明显的改善。 故障后几秒STATCOM装置有明显的系统电压支撑作用，吴江变300周波恢复电压由0.888pu上升至0.901pu，约提升 10kV。电压曲线如图1所示。

图1 锦苏直流闭锁，吴江变输出电压曲线

2.3 最严重的暂态失稳情况

以检修方式下N-2故障为例，当在苏州南部电网中加装STATCOM装置后，故障后STATCOM装置能立即响应输出无功维持系统稳定，挽救系统的动态失稳。电压曲线如图2所示。

图2 检修方式下N-2故障，吴江变输出电压曲线

综上所述，STATCOM装置可以在不同程度的系统故障后快速响应，发出动态无功，维持系统电压水平。装置的效果可 体现为提升系统恢复电压、减少直流换相失败次数、减少系统电压低于0.7pu的持续时间等。

3.STATCOM装置配置方式研究

3.1 安装地点选择

直流闭锁后，如选择在吴江变安装STATCOM装置，吴江、木渎、同里的电压均提升最多，车坊的电压提升也很明显；而选择在木渎变安装STATCOM装置，各站的电压均提升最少，效果并不明显。究其原因，木渎变和车坊变位于苏南对外联络通道上，正常潮流方式下通过联络通道和直流输送电力，而吴江位于最南部，负荷最重时主要靠直流输送电力。无论是直流还是交流故障导致直流闭锁大功率失去后，木渎和车坊可先于吴江得到支援、减少无功损耗，所以苏南地区安装动态无功补偿装置应选择500千伏吴江变。

3.2 配置容量分析

针对最严重的暂态失稳情况进行分析，苏州南部地区故障后使系统恢复稳定所需的动态无功补偿装置最小容量如表2所示。由此可知，为改善苏州南部地区电压稳定情况，满足各类故障的要求，2018年需配置 300Mvar STATCOM装置，并留有远景扩建可能。

表2 2018年苏州南部电网稳定计算结果

3.3 安装方式选择

STATCOM装置可选择通过二绕组变压器直接接入母线高压侧（直挂式）、中压侧（直挂式）或者安装在主变低压侧，根据吴江站的实际情况，主变低压侧已经没有位置，无功补偿装置需选择直挂式安装。以直流闭锁故障为例分析，电压曲线如图3所示，通过吴江站电压恢复情况可以看出，直挂220kV与直挂500kV方式均使恢复电压提升，恢复值直挂220kV比直挂500kV 略优。

图3 直流闭锁时，直挂220kV与直挂500kV方式输出电压比较

4.500千伏吴江变STATCOM工程方案

在吴江变装设3组STATCOM动态无功补偿装置，单组STATCOM可调的无功范围为-100Mvar至+100Mvar，3组STATCOM接在新增的35kV母线上，并通过专用变压器接入220千伏母线。单套STATCOM关键设备由换流器、连接电抗器、启动回路、控制保护系统及阀冷系统组成。换流器采用基于IGBT的模块化多电平电气拓扑、立式集成阀塔结构、集装箱布置，冷却方式为高效成熟的水-风冷却方式。其中，国产3300V电压等级IGBT在百兆乏级STATCOM中为首次应用。

换流器每相为一个独立集装箱，三相之间通过电抗器构成角型联接，每相阀塔分为三层，每层分为两个阀段，每层共14个功率单元，单相阀塔共计42个功率单元，如图4所示。

图4 单相阀塔实物外形

5.结论

苏州南部地区加装STATCOM动态无功补偿装置后，无论是较轻的故障或是较严重的故障，均能抑制电压曲线的波动，镇定电压的振荡，同时提高附近500千伏站点的长过程动态运行电压。江苏作为全国的多馈入交直流受端电网，今后区外来电将不断增加，长期存在电网安全稳定隐患，苏州500千伏吴江变STATCOM动态无功设备的装设将成为江苏大受端电网快速无功响应的技术储备。