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SSSC优化处理电网潮流调控难题,促进电网潮流散布功率变得更高
2021-02-24


据国际大电网委员会核算,21世纪前20年间,全球13次大停电中有12次由潮流失控引起。为处理电网潮流调度难题,我国研制运用了连续同步串联补偿器,可结束活络调控电网潮流,开掘现有供电才华。


潮流是表征电网作业的中心政策。我国已建成国际上规划最大、结构最杂乱的交直流混合电网,对优化潮流散布、精准操控部分潮流增减有火燎的需求。


连续同步串联补偿器(Static Synonous Series Compensator,简称SSSC)是优化电网潮流散布的利器。SSSC成本低、占地小、功用活络,适用于部分电网潮流分配不均、运送才华受限、新建输电走廊难度大等现象,特别可为城市电网潮流操控供给经济高效的技能办法。





电网翻开面对潮流调控难题


电网中能量的散布和流向被称为潮流。现在,电力体系“能量流”的活动是由线路阻抗的天然散布抉择的。也就是说,关于固定的网架,咱们很难操控能量的分配并对其进行优化。潮流操控直接关系电网安全高效作业。据国际大电网委员会核算,21世纪前20年间,全球13次大停电中有12次由潮流失控引起。


我国电网规划和杂乱程度已达国际之最,潮流操控问题尤为超卓。潮流按阻抗天然散布,轻重不均现象普遍存在。部分潮流重载会在电网中构成“短板效应”,捆绑整体供电才华的发挥,下降电网利用功率。受土地、环境等要素限制,通过新建线路处理部分潮流重载问题代价昂扬,且在城市电网中难以结束。而城市电网布满杂乱,部分线路和变压器重载现象更为超卓。


跟着我国动力转型的推进,负荷中心的供电越来越依托区外来电。发电侧调度、负荷侧捆绑等现有潮流操控办法速度慢、活络性差,作用有限。潮流散布不均成为我国电网面对的技能难题。翻开根据柔性交流输电设备的潮流优化操控研讨与运用,然后充沛开掘现有电网的供电才华,既是当时需求,也是未来翻开需求。





SSSC优化电网潮流散布功率更高


现在,优化电网潮流散布一般会运用什么设备?这些设备各有什么特色?


可控串联电容补偿器为串联容性补偿,可单方向进步潮流。共同潮流操控器(UPFC)兼顾电压和潮流调度两层政策,需选用串、并双换流器结构,换流阀选用模块化多电平换流器(MMC)拓扑,电气结构杂乱,换流模块数和联接电抗器数量多,占地面积较大。SSSC则具有捆绑和进步潮流的双向调度功用。


SSSC根据电压源换流器技能,通过向线路注入可控电压,动态改动线路等效阻抗,使线路的潮流由天然散布变为活络受控,然后结束对线路和接近电网的潮流重新分配与优化。打个比方,SSSC相当于输电线路中的“红绿灯”,能够有挑选地引导电力潮流,保证电网安全高效作业。自20世纪80年代被业界提出至今,SSSC一直是电力电子领域的研讨抢手和攻关关键。


作为一种串联型活络交流输电设备,SSSC无需并联电压支撑和公共直流体系。与其他潮流操控技能比较,其造价和占地面积可下降60%,损耗可削减50%。


2018年,该技能在天津220千伏石各庄变电站演示运用。220千伏石各庄变电站地址的天津西部分区电网归于典型的城市电网,负荷增加活络,输电线路走廊用地稀缺,新建线路及变电站困难,亟须选用新技能突破供电才华瓶颈。


220千伏石各庄变电站运用的SSSC设备容量±3万千伏安,具有输电线路及输电断面功率均衡、限流等活络调度功用,处理了高场—石各庄双线潮流散布不均、电力运送才华受限的问题,将断面运送才华从76万千瓦进步至96万千瓦,增加南蔡—北郊供电分区内10%的供电才华,进步了体系安全安稳裕度。





立异攻关加添技能空白


在我国翻开SSSC研制之初,国际上仅翻开了相关理论研讨。SSSC无并联换流器供给电源支撑,在主电路拓扑、体系潮流操控、缺陷电流耐受与过电压防护等方面的研制难度大。


主电路拓扑方面:SSSC与UPFC比较,没有并联侧的电压支撑,需求处理设备建议作业的难题,满意自励建议需求且进一步下降换流阀造价是研制的难点。


潮流操控方面:设备与线路交互的有功/无功功率互相强耦合,需处理强耦合带来的潮流快速动态操控难题。


缺陷电流耐受方面:作为串联型设备,耐受缺陷电流的才华抉择了设备作业的可靠性。怎么进步器材短时大电流耐受和缺陷电流快速搬运才华、避免直流电容器因过电压击穿换流阀是研制难点之一。


过电压防护方面:SSSC直接串入线路,线路上的雷电等各类过电压会经串联变压器传递到换流阀,SSSC过电压防护技能也是一项难题。


全球动力互联网研讨院有限公司集合潮流调控技能难题翻开攻关,结束了SSSC基础理论、要害技能研讨和样机研制,并结束了作用转化和工程演示运用。依托公司关键科技项目,联研院在换流阀研制、作业操控、安全防护、工程运用4个方面取得了一系列立异作用。





经济高效的主电路结构:提出无源阻抗与有源换流器串联的混合拓扑,明显下降换流阀容量,且兼具缺陷电流捆绑功用;立异换流阀模块电路结构,研制自励链式换流阀,结束设备自励建议、独立作业,和模块化多电平换流器(MMC)比较,换流阀模块数和电抗器数均削减50%。


快速安稳的操控体系:提出实时归一化电流锁相与注入电压前馈加速的操控办法,强占电流同步坐标系下潮流解耦操控技能,并研制成套操控体系,大幅进步了潮活动态操控功能。


“皮实”的换流阀:研制绝缘栅双极型晶体管(IGBT)过电流软关断、换流模块防开路、换流阀电流快速搬运的过电流三重防护技能,器材、换流模块、换流阀耐受才华逐级进步,过电流耐受才华达27千安/100毫秒,较同类潮流操控技能进步近10倍。


“抗压”的成套设备:串联变压器高压绕组端部电场优化技能和梯级绝缘协作办法保证了设备过电压防护的完好性;等电位无冲击接入及区域潮流优化调控办法处理了工程接入与调控难题。


SSSC在天津220千伏石各庄变电站的运用,为我国电网潮流操控、安全可靠作业供给了新的技能办法,进一步推进了柔性输电领域的技能立异,带动了电网技能和配备制造工业技能晋级,为柔性输电技能和重大配备“走出去”发明了条件。


尔后,SSSC还将在江苏、浙江等地的负荷中心区域推行,处理城市电网潮流操控问题;在西部、北部清洁动力外送通道运用,处理大规划清洁动力外送通道潮流重载和宽频振荡问题。


林伯强:得州雪灾的阅历——电网应更具弹性


美国得州近来遭受创纪录的极点酷寒暴雪气候,暴升的取暖需求以及低温文冰雪导致的电力设备瘫痪,压垮了得州的电力体系。逾300万居民遭到停电的影响,不得不忍耐停电带来的酷寒和漆黑。直升机在风力涡轮机上除冰的图片在网络上撒播,引发更广泛的关于新动力的议论。绿色动力政策,特别是风力涡轮机运用的增加遭到一些政客、媒体议论员和民众的指责。


只是,得州的大规划停电和电价暴升不能完全归咎于其电力供给中的新动力。首要,虽然通过十数年的翻开,得州的风电具有了一定的规划——约占得州电力供给的20%,是核电的两倍。但占电力供给最大比例的仍然是传统的化石燃料天然气和煤。特别是在冬天,因为天然气和其他动力对电网的贡献远远大于风力发电,这些动力的缺少对电力体系的影响要大得多。


受冰雪影响,不仅是风力涡轮机,天然气井和核电的重要设备也都遭到冰雪影响导致无法正常供电,如过低的气温影响了南得克萨斯核电站作业所需的供水体系,导致反应堆关闭。得州首要动力供货商——得州电力可靠性委员会的数据显现,在这次寒流中有16GW的风能、太阳能和其他可再生动力机组连续作业;与此一起,有30GW的天然气和核电机组脱网。


其次,得州是美国本乡48个州中仅有具有独立电网的州,有着共同的资源禀赋。只是当其电网供给遭到压力时,却无法与美国其他电网联接以补偿电力缺少。


此外,坐落美国南部的得州归于温带和亚热带气候,降雪气候甚是稀有,这一前史低温是出其不意的,关于极点酷寒暴雪气候没有满意防备。往后能够反省,说得州的风力涡轮机没有配备与美国北部相同的防冻套件,相同其他类型动力发电的机组也没有相应预备,在酷寒气候下难以处理发电机组的用水问题等等。其实,有些严重依赖新动力的区域在酷寒气候下仍然能够满意自身电力需求,如美国中东部近40%电力由风电供给的艾奥瓦州。


出现稀有雪灾导致大规划停电情有可原,但能够通过技能和必要的出资缓解停电痛苦。得州工作也带给我国新动力翻开一些警醒:


一是,要清晰的是可再生动力在一个高度清洁脱碳的电力体系中扮演着必不可少的角色。气候改动会导致更多的极点气候,而极点气候又会给可再生动力占比较大的电网构成冲击,因而需求增加可再生动力的安稳性。除了抽水蓄能以外,巨型电池等新式储能技能的大规划运用正朝着经济和可行的方向改动。这些运用大规划储能技能的体系,未来能够缓解突发情况下对电网的冲击。


第二,过期的电网将难以应对极点气候,因而对电网基础设施的前瞻性规划和出资变得愈加重要。需求根据可再生动力的增加,对要害的电网基础设施进行出资,一起电网中的设备规划与制造需求考虑到极点的气象条件可能发生的影响,让电网变得更具“弹性”。


第三,对电网规划采用更全面、更完好的体系建造至关重要。区域需求避免因为独立电网所发生的孤立无助的现象。有了更好的区域体系互联电网,能够在区域之间传输电力,除了避免避免广泛的停电成为新常态,还能够在极点情况下结束保底供给。