摘要：報道了500 kV統一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)示范工程在蘇州南部電網的應用情況，工程于2017年年底建成投產，建成后將成為世界上電壓等級最高、容量最大的UPFC工程。首先介紹了蘇州南部500 kV電網發展概況和存在的問題，分析了利用常規解決措施(線路導線增容、新增輸電通道)解決上述問題時遇到的困難。然后給出了利用UPFC解決蘇州南部500 kV電網中存在問題的方案，詳細論述了在蘇州南部500 kV電網應用UPFC的接入方案、接入效果、工程實施難度和投資成本。最后通過技術經濟比較，分析了蘇州南部UPFC示范工程的經濟效益和社會效益。分析結果顯示，示范工程投運后可以有效緩解蘇州南部電網中存在的直流小方式下供電能力受限、無功支撐不足、直流換相失敗風險大及直流雙極閉鎖后應急拉限電多等問題，同時較常規解決措施具有較好的經濟性和較小的實施難度。蘇州南部UPFC工程對在更高電壓等級上應用UPFC技術能起到積極的示范作用。

關鍵詞：統一潮流控制器(UPFC) 蘇州南部電網 潮流控制 無功支撐

引言

“十三五”期間，江蘇電網將建成“六交四直”特高壓工程，形成華東特高壓環網及蘇北特高壓環網，區外來電總規模達到約50 000 MW，占最大負荷的39%。同時，風電、光伏等可再生能源裝機也將大規模增長。隨著電網的發展，電網在更高電壓等級層面也面臨著新的挑戰。

江蘇500 kV電網在發展中主要面臨如下問題：潮流分布不均、影響電網輸電能力;由于可再生能源的出力波動及區外來電(如水電直流)的季節性變化，電網潮流復雜多變、難以控制;隨著負荷增長，蘇州南部負荷中心動態無功支撐不足問題日趨顯著;隨著社會經濟發展，特別是在人口密集、負荷密度高的蘇南負荷中心，建設新的輸電走廊非常困難，甚至無法實施。

統一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)作為最新一代的FACTS(flexible AC transmission system)裝置，既能夠實現潮流的快速、精確控制，又能夠提供動態電壓支撐，提高系統電壓穩定性。同時UPFC可以安裝在已有線路上，無需新建輸電走廊，為解決電網在發展中面臨的主要問題提供了一種有力的技術手段[1-6]。目前世界上已經有4個UPFC工程投入運行，其接入系統電壓等級、單個換流器容量和工程名稱具體如下[7-10]：138 kV/160 MV˙A的AEP UPFC工程;154 kV/40 MV˙A的KEPCO UPFC工程;345 kV/100 MV˙A的MARCY UPFC工程;220 kV/60 MV˙A的南京西環網UPFC工程。

可見，已有UPFC工程接入的電壓等級相對較低，UPFC在500 kV甚至更高電壓等級的應用尚無實際工程。利用UPFC裝置解決江蘇500 kV電網在發展過程中遇到的問題，在開展220 kV UPFC工程應用研究與實施的同時[11]，也同步開展了500 kV UPFC應用的前期研究工作。經全面梳理江蘇電網樞紐點(特高壓交直流站)附近、重要斷面(如過江通道)和重要負荷中心應用UPFC的需求及效果，最終決定在蘇州南部電網(木瀆變電站)裝設500 kV UPFC。蘇州南部電網發展成熟，500 kV電網結構在規劃期內保持穩定，較其他地區更加適合開展500 kV UPFC的試點示范應用。

本文首先介紹蘇州南部電網的概況及存在問題以及利用常規方法解決上述問題時遇到的困難，然后提出利用UPFC解決蘇州南部電網中存在問題的方案，論證了方案實施的可行性，最后通過全面的技術經濟比較，分析了蘇州南部UPFC示范工程的經濟效益和社會效益。

1 蘇州南部500 kV電網應用UPFC的必要性

1.1 蘇州南部電網概況

蘇州南部電網包括蘇州市區及吳江地區。2015年，該地區最大負荷10 270 MW。預計“十三五”期間，蘇州南部地區負荷仍將平穩增長，2018、2020年該地區最大負荷將達到12 000 MW、13 000 MW，飽和負荷將達到約15 000 MW。蘇州南部電網的主要電源為錦蘇直流，并通過梅里—木瀆、石牌—玉山—車坊以及華能蘇州—(石牌)—車坊3個500 kV輸電通道供電，如圖1所示。

1.2 蘇州南部電網存在的問題

蘇州南部500 kV電網的主要電源—錦蘇直流(扣除網損，蘇州換流站出力約6 700 MW)為水電直流，季節性強(夏季通常滿送，冬季枯水期送電降至10%～20%)。從而使得蘇州南部電網的受進電力規模及潮流分布季節變化較大。經分析，蘇州南部500 kV電網存在直流小方式下供電能力受限、無功支撐不足、直流換相失敗風險大、直流雙極閉鎖后應急拉限電多等問題。

(1)直流小方式下供電能力受限。冬季錦蘇直流小方式下，梅里—木瀆雙線潮流過重。2018—2020年，雙線功率約3 400 MW，N-1后剩下1回線潮流3 060 MW，超過線路輸送能力(約2 950 MW)。地區達到飽和負荷時，梅里—木瀆雙線潮流達到3 890 MW，N-1后潮流達3 450 MW，超過線路輸送能力500 MW(見圖2)。

(2)無功支撐不足。蘇州南部500 kV電網負荷總量大，常規電源少，而錦蘇直流不能向該地區提供無功支撐，無功電壓支撐能力不足。

(3)直流換相失敗風險大。2016年夏季小方式，華東特高壓直流全部滿功率運行工況下，對江蘇電網進行了故障掃描。仿真結果顯示，江蘇省有69條500 kV線路發生單永N-1故障會導致錦蘇直流發生換相失敗。

(4)直流雙極閉鎖后應急拉限電多。在夏季高峰、錦蘇直流滿送方式下，若發生錦蘇直流雙極閉鎖，蘇州南部電網需要通過交流輸電通道受進的功率將增加約6 700 MW。此時，蘇州南部電網相關通道潮流大幅增加，引起輸電通道潮流重載，其中梅里—木瀆雙線負載最重。華東網調要求，需采取措施調整運行方式，在0.5 h內將蘇州南部電網各輸電通道潮流控制到穩定限額之下。經初步估算，2018年夏季高峰，錦蘇直流雙極閉鎖后在事故應急處理中需要拉限負荷2 000 MW。

1.3 常規規劃解決方案

(1)線路導線增容方案。梅里—木瀆雙線若采用導線增容改造方案，預計停電改造的建設周期約6個月。在改造停運期間，蘇州南部電網僅通過2個500 kV通道供電，一旦發生直流雙極閉鎖等故障，事故后需拉限負荷3 500 MW;線路改造時需要將木瀆變500 kV系統全停，但木瀆變負荷無法轉移?？梢?，本方案基本不可行。