這些技術(shù)讓電網(wǎng)更靈活、更穩(wěn)定

這些技術(shù)讓電網(wǎng)更靈活、更穩(wěn)定

利用半波長技術(shù)可構(gòu)建“立體電網(wǎng)”。

隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源技術(shù)的大規(guī)模開發(fā)利用，以及特高壓交直流技術(shù)的快速發(fā)展，電源、電網(wǎng)特性都發(fā)生了深刻變化。虛擬同步機(jī)技術(shù)、同步調(diào)相機(jī)和統(tǒng)一潮流控制器等電力系統(tǒng)新型關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)新能源平穩(wěn)輸出和友好并網(wǎng)，促進(jìn)交直流電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，保障電網(wǎng)安全運行。本期帶您揭開它們的神奇之處。虛擬同步機(jī)技術(shù)清潔能源發(fā)展迅速，但在很長一段時期內(nèi)，仍需要追蹤同步電網(wǎng)，實現(xiàn)其即插即用與自主協(xié)調(diào)運行。如何保證這些新接入的分布式能源與電力系統(tǒng)兼容成為當(dāng)務(wù)之急。100多年來，電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷變大，這主要歸功于同步發(fā)電機(jī)的同步機(jī)制。一般說來，分布式電源主要通過并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變器必須轉(zhuǎn)換為電壓控制，難以實現(xiàn)無縫切換。如果能使并網(wǎng)逆變器具有類似同步發(fā)電機(jī)的運行特性，那么必將大幅提升分布式發(fā)電的并網(wǎng)安全性與運行適應(yīng)性，提升高比例新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。虛擬同步機(jī)正是這樣一種適用于新能源領(lǐng)域，能等效常規(guī)同步發(fā)電機(jī)運行特征的先進(jìn)技術(shù)。當(dāng)使用虛擬同步機(jī)技術(shù)后，無論并網(wǎng)還是孤島運行，逆變器均采用同一種控制方式，無需切換，一直具有自我調(diào)節(jié)能力，因此系統(tǒng)更加穩(wěn)定。采用虛擬同步機(jī)技術(shù)的電源與負(fù)荷都能自主參與電網(wǎng)的運行和管理，并在電網(wǎng)電壓/頻率、有功/無功異常情況下做出相應(yīng)的響應(yīng)，以應(yīng)對電網(wǎng)的運行暫態(tài)和動態(tài)穩(wěn)定問題，具備與同步機(jī)組相同的運行機(jī)制，源、網(wǎng)、荷都具有唯一的頻率，可實現(xiàn)全網(wǎng)唯一頻率運行，真正實現(xiàn)“同步”。目前國家電網(wǎng)公司規(guī)劃在張北風(fēng)光儲輸基地開展示范工程建設(shè)，建設(shè)世界容量最大的虛擬同步機(jī)示范工程。通過對現(xiàn)有風(fēng)機(jī)、光伏發(fā)電的逆變器和控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，新建大容量集中式虛擬同步機(jī)，計劃于2017年年底建成。同步調(diào)相機(jī)技術(shù)電力系統(tǒng)中的異步電動機(jī)和變壓器等負(fù)載在運行中，均需從電網(wǎng)汲取大量的無功功率以供其勵磁之用。所以，電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著很大一部分電感性的無功電流，導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，以致發(fā)電機(jī)和輸配電設(shè)備的作用不能充分發(fā)揮，線路損耗和電壓損失增大，輸電質(zhì)量變壞，甚至影響輸電的穩(wěn)定性。因而需要裝設(shè)一定數(shù)目的無功補(bǔ)償裝置——調(diào)相機(jī)(或電容器)，用于改善電網(wǎng)功率因數(shù)，維持電網(wǎng)電壓水平。隨著我國特高壓直流的快速發(fā)展、清潔能源的大規(guī)模開發(fā)、大比例受電地區(qū)的集中出現(xiàn)，電網(wǎng)特性發(fā)生較大變化，部分地區(qū)動態(tài)無功儲備下降、電壓支撐不足的問題愈發(fā)突出，電壓穩(wěn)定問題成為大電網(wǎng)安全穩(wěn)定的主要問題之一。這客觀要求直流大規(guī)模有功輸送，必須匹配大規(guī)模動態(tài)無功，即“大直流輸電、強(qiáng)無功支撐”。為提高電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償能力，增加地區(qū)電網(wǎng)動態(tài)無功儲備水平，有效解決電壓支撐不足的問題，需要在電網(wǎng)中加裝調(diào)相機(jī)等動態(tài)無功設(shè)備，提高電網(wǎng)動態(tài)無功補(bǔ)償能力。與我國上世紀(jì)裝設(shè)的調(diào)相機(jī)不同，當(dāng)前電網(wǎng)企業(yè)研制的調(diào)相機(jī)有了很大創(chuàng)新。目前研制的新型調(diào)相機(jī)具備大容量、少維護(hù)的特點，同時其瞬時無功輸出能力、暫態(tài)無功響應(yīng)速度及過載能力相比傳統(tǒng)調(diào)相機(jī)大大提高，是提升電網(wǎng)運行安全性、滿足系統(tǒng)穩(wěn)定要求的新一代設(shè)備。目前國家電網(wǎng)公司規(guī)劃在多個特高壓直流工程送受端換流站或近區(qū)電網(wǎng)，以及北京、西藏地區(qū)電網(wǎng)加裝多臺調(diào)相機(jī)，以滿足系統(tǒng)動態(tài)無功需求。以華東電網(wǎng)為例，在長三角地區(qū)加裝多臺調(diào)相機(jī)，可有效減少多回直流同時換相失敗的概率。統(tǒng)一潮流控制器統(tǒng)一潮流控制器（UnifiedPowerFlowController，UPFC）的概念最早是由美國在1992年提出的。UPFC工程針對常規(guī)電網(wǎng)建設(shè)、改造和運行中難以解決的潮流控制、供電能力提升等難題，通過大功率電力電子技術(shù)的應(yīng)用，使電網(wǎng)潮流由自然分布轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑`活控制，在保持現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變、不新建輸電通道的前提下，有效解決上述難題。通俗地說，UPFC裝置加裝于電網(wǎng)后，相當(dāng)于給其安裝了可調(diào)節(jié)電流通過的“紅綠燈”，以點帶面，實現(xiàn)對電力潮流的精準(zhǔn)控制，充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)的輸電能力，實現(xiàn)對電力傳輸?shù)闹悄苷{(diào)控，可大幅提升現(xiàn)有資源條件下的供電能力，保證用電負(fù)荷安全穩(wěn)定供給，有效減少用電高峰居民停電。UPFC由兩個（或多個）共用直流部分的電壓源換流器分別以并聯(lián)和串聯(lián)的方式接入輸電系統(tǒng)，可以同時或選擇性地控制輸電線路的電壓、阻抗、相位，實現(xiàn)線路有功、無功潮流控制，并可提供獨立可控并聯(lián)無功補(bǔ)償。UPFC具有靈活控制系統(tǒng)潮流、提高電網(wǎng)傳輸能力及改善系統(tǒng)穩(wěn)定性等多種功能。2016年11月，世界上電壓等級最高、容量最大的UPFC工程——江蘇蘇州南部電網(wǎng)500千伏UPFC示范工程開工建設(shè)，標(biāo)志著我國UPFC技術(shù)已較為成熟，具備推廣應(yīng)用的條件。半波長輸電技術(shù)我國的一次能源基地與負(fù)荷中心相距甚遠(yuǎn)，如新疆煤電基地、西藏水電基地到東部負(fù)荷中心的距離約3000公里。對超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力輸送，半波長輸電技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性等優(yōu)勢，是一種可行的解決方案。由電路原理可知，輸電本質(zhì)上是波的傳播過程。當(dāng)線路足夠長時，在傳輸功率極限和沿線電壓分布等方面會出現(xiàn)許多與常規(guī)輸電線路不同的特性。半波長輸電正是根據(jù)交流線路長度等于一個工頻半波，即3000公里（50赫茲）時，輸送功率極限可以達(dá)到無窮大這一特性而確定的輸電方式（適用于理想的無損線路）。半波長技術(shù)可用于點對網(wǎng)遠(yuǎn)距離大容量輸電。考慮半波長輸電自身特點，遠(yuǎn)方電源的電氣特性相當(dāng)于就地電源，可實現(xiàn)全線無功自平衡，無需安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，全線無需設(shè)置中間開關(guān)站，可以和直流輸電系統(tǒng)一樣實現(xiàn)點對點或點對網(wǎng)輸電，但在輸電距離方面不如直流輸電靈活。半波長技術(shù)還可用于送端電網(wǎng)與受端電網(wǎng)之間的聯(lián)網(wǎng)。半波長輸電與直流輸電相比，單位容量年費用具有一定的優(yōu)勢或持平。此外，可利用半波長線路進(jìn)行“立體電網(wǎng)”構(gòu)建。利用半波長線路電氣距離近似為0的特性，通過兩(多)條起點相同的半波