| 1 柔性交流輸電技術(shù)(FACTS)技術(shù)將扮演重要的角色
近年來,中國電力工業(yè)發(fā)展迅速。隨著新建電廠的不斷并網(wǎng)發(fā)電,中國電力系統(tǒng)總裝機(jī)容量上了新的臺(tái)階,然而整個(gè)電力系統(tǒng)出現(xiàn)了輸電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后于電廠建設(shè)的問題。許多長距離輸電線輸送的功率受到穩(wěn)定極限的限制,這些輸電線線路中間和受端由于缺乏強(qiáng)有力的電壓支撐,其穩(wěn)定極限大大低于其熱穩(wěn)定極限[1]。這導(dǎo)致送端的發(fā)電廠窩電現(xiàn)象突出,發(fā)電廠的容量不能得到充分地應(yīng)用。如何提高長距離輸電線的穩(wěn)定極限接近甚至達(dá)到其熱穩(wěn)定極限是一項(xiàng)有價(jià)值而且緊迫的工作。FACTS技術(shù)為增強(qiáng)輸電系統(tǒng)提供了新的手段。安裝在長距離輸電線中間或受端的靜止無功補(bǔ)償裝置（STATCOM）能夠提供電壓支撐從而能極大地提高長距離輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由清華大學(xué)與河南省電力局合作研制的安裝在河南洛陽朝陽變電站的20MVA STATCOM裝置,根據(jù)數(shù)字仿真和分析,每Mvar 的無功功率可以提高0.7MW的有功功率輸送極限。在我國還有許多類似的例子。表1是近年來發(fā)生在中國電力系統(tǒng)的各種穩(wěn)定事故的統(tǒng)計(jì)報(bào)告[2]。
| 表１ 近幾年中國因事故導(dǎo)致停電的統(tǒng)計(jì)報(bào)告 | | 時(shí)間 | ‘六五’計(jì)劃 | ‘七五’計(jì)劃 | ‘八五’計(jì)劃 | | 事故種數(shù) | 48 | 33 | 19 | | 事故發(fā)生率（次／年） | 9.6 | 6.6 | 3.8 | | 功率切除(MW/次) | 224.3 | 293.2 | 540.6 | | 能量切除(MW/次) | 350.1 | 500.2 | 1203.5 | 從表1可以看到雖然近年來事故的總數(shù)已經(jīng)減少,但每次事故引起的停電功率卻有很大的增加,因而每次事故造成的損失也比以前的事故造成的損失大得多。大部分的事故是由于故障引起的,幾乎所有的事故最終都是穩(wěn)定問題如功角穩(wěn)定問題或動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定問題。因此迫切需要?jiǎng)討B(tài)無功功率補(bǔ)償裝置來增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而,中國的電力系統(tǒng)普遍缺乏控制調(diào)節(jié)無功功率和電壓的手段,特別是缺乏快速的動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。目前在500kV變電站安裝有一定數(shù)量的靜止無功補(bǔ)償器（SVC）裝置[3],但由于許多是可投切的電容器組（TSC）或電抗器（TSR）,而真正可快速連續(xù)調(diào)節(jié)的電抗器（TCR）較少,而500kV以下的變電站則幾乎沒有TCR裝置,因而遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)無功功率和電壓控制的要求。到目前為止,中國對(duì)動(dòng)態(tài)電壓崩潰的研究還處于起步階段,電力系統(tǒng)中提高動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性的手段還非常缺乏。在負(fù)荷中心,現(xiàn)有許多投切電容器用于提高負(fù)荷的功率因數(shù),維持節(jié)點(diǎn)電壓,但一旦系統(tǒng)電壓降低,這種投切電容將惡化系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性。這種情況只能通過安裝大容量的SVC裝置或STATCOM裝置來改善。仿真結(jié)果表明一旦長江三峽水電站投入運(yùn)行,為提高華中電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性至少需要安裝1000MVA以上的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置[4]。圖1示出了當(dāng)華中電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),在玉賢變電站采取各種不同的措施時(shí)電壓的動(dòng)態(tài)過程。圖1表明,由于動(dòng)態(tài)過程中電壓的跌落,一定容量的STATCOM裝置的無功補(bǔ)償能力相當(dāng)于1.3~1.5倍同容量的SVC裝置。關(guān)于華北和華東電網(wǎng)如何規(guī)劃安裝FACTS裝置的分析和數(shù)字仿真正在進(jìn)行中,初步的結(jié)果也表明為提高其動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定性迫切需要安裝大容量的STATCOM裝置。 2 中國的FACTS研究概述
1985年,華北電力學(xué)院研制出了中國第一臺(tái)基于晶閘管的新型靜止無功發(fā)生器的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。
1994年,在中國電力部的支持下,清華大學(xué)與河南省電力局簽定了合作研制中國首臺(tái)20MVA STATCOM工業(yè)裝置的合同。該項(xiàng)目代表了中國在工程應(yīng)用領(lǐng)域正式研制FACTS技術(shù)裝置的新開端。該項(xiàng)目作為電力部的重大攻關(guān)項(xiàng)目獲得了中國電力工業(yè)界普遍的關(guān)注。1996年,作為第一階段的成果,基于GTO的300KVA STATCOM模型樣機(jī)在河南省鄭州孟砦變電站投入運(yùn)行�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得的良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性表明STATCOM裝置在提高系統(tǒng)性能方面的有效性和裝置本身設(shè)計(jì)的正確性。1999年3月,20MVA STATCOM工業(yè)裝置成功地在河南省洛陽朝陽220kV變電站投入運(yùn)行,這標(biāo)志著中國FACTS技術(shù)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段[5]。該項(xiàng)目在2000年6月通過由中國電力部組織的鑒定。目前,清華大學(xué)正與上海電力局合作,進(jìn)行50MVAR STATCOM的研制,該項(xiàng)目目前已啟動(dòng)。
1996年,中國電力科學(xué)研究院、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)和東南大學(xué)與東北電力局合作,在國家自然科學(xué)基金的支持下開始聯(lián)合研究可控串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置（TCSC）。其中電力科學(xué)研究院研究TCSC裝置的過電壓絕緣問題,清華大學(xué)負(fù)責(zé)研究TCSC裝置的動(dòng)態(tài)物理模型及其控制規(guī)律,上海交通大學(xué)和東南大學(xué)則負(fù)責(zé)研究次同步振蕩（SSR）及其它問題。該項(xiàng)目已經(jīng)在2000年7月通過驗(yàn)收及鑒定。
不僅FACTS技術(shù)的研究在中國受到重視,而且“用戶電力技術(shù)”研究也一直在緊張地進(jìn)行著。早在二十世紀(jì)七十年代后期,清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系的研究人員就開始進(jìn)行諧波補(bǔ)償?shù)难芯�。他們分別對(duì)鞍山和寶山鋼鐵公司的鋼廠廠用電系統(tǒng)進(jìn)行了諧波分析而且為廠用電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的諧波濾波器。九十年代以來,清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)與西安交通大學(xué)等一直在進(jìn)行有源濾波裝置（APF）的研制工作。為了將STATCOM的研究成果用于解決配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量問題,1997年以來,清華大學(xué)與澳門大學(xué)開始合作研究配電系統(tǒng)電能質(zhì)量統(tǒng)一調(diào)節(jié)器（DS-UniCon）[6]。這種電能質(zhì)量統(tǒng)一調(diào)節(jié)器采用蓄電池作為能量儲(chǔ)存單元,采用基于IGBT的三電平變流器,它不僅可以濾除諧波、補(bǔ)償無功功率,而且可以補(bǔ)償系統(tǒng)電壓的不平衡。DS-UniCon的目的是補(bǔ)償“用戶電力技術(shù)”中各種電能質(zhì)量問題從而提高電能的質(zhì)量、可靠性和安全性。1999年,基于IGBT的三電平變流器的5KVA并聯(lián)DS-UniCon裝置研制成功并通過了測(cè)試。串并聯(lián)的復(fù)合的DS-UniCon裝置還在研制之中。
中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展為FACTS和DFACTS技術(shù)的研究與應(yīng)用提供了良好的機(jī)遇,也為電力工作者充分發(fā)揮其聰明才智提供了廣闊舞臺(tái)。
3 20MVA STATCOM介紹 |
