可控高壓電抗器對四川電網的影響分析

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(國家電網公司西南分部，四川 成都 610041)

可控高壓電抗器對四川電網的影響分析

劉柏私，余銳，張宇棟，湯凡

(國家電網公司西南分部，四川 成都 610041)

可控高壓電抗器是重要的無功補償裝置，這里從川電外送能力、局部水電送出能力、系統故障恢復能力以及穩態電壓調節能力4個方面研究了可控高壓電抗器對四川電網的影響，具有一定的實際意義。

可控高壓電抗器；外送能力；特高壓；穩定極限

0 引 言

全國電力系統正在形成大型的互聯電網，使得電網結構日益復雜，安全穩定運行任務艱巨。四川電網地處中國西南，其水電資源豐富，而用電負荷相對較少。在這種能源格局的背景下，四川電網更多地擔負的是大功率、遠距離的輸電任務。四川電網作為能源基地，大容量遠距離輸電的送端，其暫態穩定、動態穩定、特高壓輸電及大電網安全等問題依然突出，提高系統外送穩定性將是首要目的。

FACTS技術作為“現代電力系統中三項具有變革性的前沿技術”之一[1]，是增強輸配電系統可控性和靈活性、提高運行穩定性和經濟性的重要手段[2]。特別是處于電力技術前沿的高壓可控并聯電抗器，可實現無功功率的快速補償和調節。在系統主要站點安裝可控高壓電抗器，除抑制潛供電流、限制工頻過電壓等功能外[3]，還可以發揮以下作用[4-7]：

1) 適應豐枯期潮流變化，提高電壓調控能力；

2) 提升電網運行電壓，降低輸電損耗；

3) 減少低壓無功補償裝置操作，降低維護運行成本；

4) 動態電壓調控，改善電網動態恢復特性；

5) 提升輸電線路輸送功率，增強系統阻尼，抑制功率振蕩。

因此，立足于可控高壓電抗器的無功功率的調節特性，分別從川電外送能力、局部水電送出能力、系統故障恢復能力以及穩態電壓調節能力4個方面研究了可控高壓電抗器對四川電網的影響，通過仿真分析對比了具體的安裝配置方案，為堅強四川電網積累了一定經驗。

1 可控高壓電抗器簡介

目前，超高壓長線路基本采用的是固定電抗器，其在限制過電壓的同時，又限制了系統調節電壓的能力，需要配置相應容量的電容來滿足系統調壓需求。可控高壓電抗器的出現有效地解決了限制過電壓與無功補償的矛盾。在系統潮流發生變化時，可以根據調壓需求自動投入相應容量的電抗器，并且在發生暫態過程時，它可以實現無功功率的快速補償和調節，提高系統暫態穩定性，同時對系統的振蕩也有一定的抑制作用，可以提高系統的動態穩定能力[8]。

可控并聯電抗器按照工作原理的不同，可以分為3類：磁控式可控并聯電抗器、晶閘管控制變壓器(thysistor controlled transformer，TCT)型可控并聯電抗器和分級式可控并聯電抗器[9-12]。其各自優缺點如下：

1)磁控式可控并聯電抗器的主要優點是可實現輸出容量連續、平滑調節；缺點是響應速度較慢，且本體運行時有諧波，需要加裝濾波器。

2)TCT式可控并聯電抗器的優點是容量可以連續調節，響應速度快；缺點是晶閘管閥長時工作，需要增加水冷系統，損耗增加，維護工作量大，可靠性低，6脈動方式諧波量大，需要加裝濾波器。

3)分級式可控并聯電抗器的優點是原理簡單，響應速度快，諧波小，無需濾波器，晶閘管閥采用自冷方式，可靠性高；缺點是容量不能連續調節，應用于超/特高壓輸電系統時，考慮到成本等因素，其分級容量不宜設置過多。

考慮到TCT式可控并聯電抗器具有連續調節和響應速度快的特點，下面以TCT式可控高壓電抗器為例，研究可控高壓電抗器對四川電網的影響。

2 可控高壓電抗器對四川電網的影響

以四川電網2016年豐大數據為基礎，從川電外送能力、局部水電送出能力、系統故障恢復能力以及穩態電壓調節能力4個方面研究了可控高壓電抗器對四川電網的影響。

2.1川電外送能力

四川電網的外送能力受區域間功率交換、網架建設、暫態動態穩定等多方限制。在電網網架和區域間功率交換值相對固定時，川電外送能力主要受暫態穩定限制。

仿真時將固定高壓電抗器更換為可控高壓電抗器，容量與固定高壓電抗器保持一致，由于固定高壓電抗器在四川電網廣泛分布于多個站點，并且可控高抗價格較高，不能對所有站點進行配置，因此存在可控高壓電抗器的優化配置問題。

鑒于蜀州變電站是川西水電外送的匯集站，同時也是成都環網的連接站，其樞紐地位較為突出，潮流穿越較大；洪溝變電站是四川交流外送通道的出口站，也是川南東縱通道的電氣重點，其在穩態運行與直流閉鎖后均承載較大的轉移功率，其樞紐地位同樣十分突出；南充變電站也是重要的樞紐變電站，站內相關設備停電，將嚴重影響川西-川南斷面和川渝斷面輸送能力。因此，在四川500 kV電網可控高壓電抗器多點布置條件下，可優先考慮在蜀州、洪溝和南充變電站配置。

為考察可控高壓電抗器安裝對川電外送的提高能力，以川渝斷面500 kV洪溝—板橋線路N-2故障為限制故障進行仿真研究，可得到川電外送極限如表1所示。

表1 可控高抗對外送能力的影響

從表1中可以看出：1)配置可控高壓電抗器對于川電外送能力的提高有一定作用，并且提高的程度對可控高壓電抗器的安裝地點比較敏感；2)相比蜀州和洪溝變電站，南充變電站安裝可控高壓電抗器的效果最好，單位提高超過了0.5，因此建議在南充安裝可控高壓電抗器來提高四川電網外送能力。

當川渝斷面發生洪溝—板橋線路N-2故障時，部分潮流轉移至黃巖—萬縣這2回線路，造成南充站電壓過低，若在南充站安裝可控高壓電抗器，可以提供一定的無功補償和電壓支撐，提高四川電網暫態穩定性。

2.2局部水電送出能力

四川九石雅、大普提水電外送通道穩定性較低，特別是西部電源并網超前于電網建設，水電棄水矛盾較為突出。以大普提水電通道的送出能力為例，討論可控高壓電抗器對于局部水電送出能力的影響。

圖1和圖2對比了普洪線N-1故障下，在無可控高壓電抗器和洪溝配置可控高壓電抗器時，二灘—三峽機組功角振蕩曲線和晉長治特高壓電壓曲線。

圖1 二灘—三峽機組功角振蕩曲線

由圖1所示，相比沒有可控高壓電抗器的情況，在洪溝站配置可控高壓電抗器后，二灘機組功角振蕩的振幅變小，并且衰減得更快。由圖2所示，在洪溝站加裝可控高壓電抗器后，對晉長治特高壓電壓提升較為明顯，對比電壓跌落的最低點，電壓提升近0.1 p.u.。以普洪線N-1故障為限制故障時，在洪溝站配置可控高壓電抗器可以提高大普提斷面功率約600 MW。

圖2 晉長治特高壓電壓曲線

2.3系統故障恢復能力

電力系統發生故障后，發電機功角和區域間聯絡線將出現振蕩，變電站母線電壓降低，這里以系統阻尼比和交流特高壓無功電壓支撐來描述系統故障后的恢復能力。

2.3.1 提高系統阻尼比

當系統發生南譚N-2故障時，圖3給出了無可控高壓電抗器和在南充站配置可控高壓電抗器時，洪板線的功率振蕩曲線。可以看出，南充站配置可控高壓電抗器后，洪板線功率振蕩幅度變小，衰減速度變快。

圖3 洪板線功率振蕩曲線

為考察可控高壓電抗器的配置地點對系統阻尼比的影響，依次在蜀州、洪溝、南充、東坡變電站配置可控高壓電抗器，得到計算結果如表2所示。

表2 可控高壓電抗器對系統阻尼比的影響

從表2可以看出，在單一站點安裝可控高壓電抗器可以比較明顯地增強系統的阻尼，各站配置可控高壓電抗器的效果差別不太明顯。相比較而言，在成都環網和川西斷面上配置可控高壓電抗器的效果較好。

2.3.2 提高特高壓電壓

同樣當系統發生南譚N-2故障后，依次在蜀州、洪溝、南充、東坡變電站配置可控高壓電抗器。在仿真中，可控高壓電抗器的容量僅作動態電壓支撐，不參與穩態調壓。得到的結果如表3和圖3所示。

表3 可控高壓電抗器對特高壓電壓的影響

從仿真結果可以看出：1)系統若不配置可控高壓電抗器，則南譚N-2故障可能引起特高壓母線電壓大幅降落，并接近特高壓解列的臨界值；2)在東坡站、洪溝站安裝可控高壓電抗器的效果最好，并且安裝的容量越大，特高壓電壓提升得越為明顯。

圖4 特高壓長治站母線電壓

2.4穩態電壓調節能力

與固定高壓電抗器不同，可控高壓電抗器可根據不同運行方式下電網電壓的波動，動態調節感性補償容量，可以增強電網電壓調控的靈活性，提升重負荷水平下電網的電壓水平，并降低輸電網損耗。

針對蜀州、東坡、普提、洪溝4個變電站，考察如表4所示的單一與組合等不同可控高壓電抗器配置方案對電網穩態電壓和網損的影響。

表4 四川500 kV主干網架高壓電抗器配置方案 單位：MW

通過退出可控高壓電抗器提升輸電網電壓水平和降低網絡損耗，其計算結果如表5所示。從中可以看出：蜀州站配置180 Mvar或360 Mvar的可控高壓電抗器，可將成都環網電壓各節點電壓分別提升2.4～3.7 kV和5.1～7.8 kV，降低網損7～13.5 MW；組合配置方案下，蜀州、普提變電站各配置360 Mvar的可控高壓電抗器與蜀州、普提、東坡、洪溝變電站各配置180 Mvar的可控高壓電抗器在降低網損方面的效益基本相當；若4個變電站各配置360 Mvar的可控高壓電抗器，最大可降低網損46 MW。

在普提、洪溝變電站均配置等容量的可控高壓電抗器條件下，洪溝站的配置對成都環網電壓提升效果更顯著，降低網損功率水平也更大。

綜合各站點配置可控高壓電抗器對成都環網負荷中心電壓水平影響和降低網損的幅度，可優先考慮在蜀州和洪溝兩個變電站配置可控高壓電抗器。

3 結 論

可控高壓電抗器在四川電網具有較好的適用性：1)可以提高電網交流外送能力，改善局部水電送出能力；2)系統發生故障后，可以提高母線電壓水平，增強系統阻尼；3)可以提升電網電壓調控能力，提高電壓運行水平降低網絡損耗。若考慮外送能力，在南充變電站配置可控高壓電抗器效果較好，若綜合考慮電壓的穩態和動態提升、降低網絡損耗，可在洪溝變電站配置可控高壓電抗器。

表5 不同可控高壓電抗器配置對電網電壓及網損的影響評估

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The controllable high-voltage reactor is an important equipment of reactive compensation. The influence of controllable high-voltage reactors on Sichuan power grid is analyzed in terms of transmission capability from Sichuan power grid, local hydropower transmission capability, recovery capability after fault and voltage regulation capability of steady state, which is of actual significance.

controllable high-voltage reactors; transmission capability; ultra-high voltage; stability limit

TM76

：A

：1003-6954(2017)04-0043-05

2017-04-10)