(2)新增輸電通道方案。若采用新增輸電通道的方案，需新建500 kV梅里—錫南—木瀆雙回線(xiàn)路(2×60 km)(見(jiàn)圖3)。該線(xiàn)路需穿越無(wú)錫市區(qū)、蘇州市區(qū)，不僅投資巨大(約15億元)，而且建設(shè)難度極大。可見(jiàn)，本方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)性欠佳。同時(shí)，新增輸電通道后，控制點(diǎn)(石牌)處的短路電流上升1.1 kA，超過(guò)開(kāi)斷極限。

由于現(xiàn)有線(xiàn)路導(dǎo)線(xiàn)增容和新增輸電通道等常規(guī)方案在實(shí)施難度和經(jīng)濟(jì)性上存在的欠缺，通過(guò)上述措施解決蘇州南部500 kV電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中遇到問(wèn)題的阻礙較大。在規(guī)劃期內(nèi)，蘇州南部500 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將保持穩(wěn)定。

2 蘇州南部500 kV電網(wǎng)應(yīng)用UPFC的可行性

經(jīng)方案分析論證，可以通過(guò)在木瀆—梅里雙線(xiàn)裝設(shè)UPFC來(lái)解決蘇州南部500 kV電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中遇到的問(wèn)題。利用UPFC潮流控制能力均衡蘇州南部電網(wǎng)輸電通道的潮流，解決冬季直流小方式下的供電能力受限問(wèn)題和夏季直流大方式下發(fā)生雙極閉鎖后出現(xiàn)的拉限負(fù)荷過(guò)多的問(wèn)題。利用UPFC的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力改善蘇州南部電網(wǎng)無(wú)功支撐不足和直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)較大的問(wèn)題。

本節(jié)將對(duì)UPFC的具體接入方案，接入后的效果以及實(shí)施難度和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行詳細(xì)論述。

2.1 UPFC接入方案

根據(jù)潮流控制需求，同時(shí)借鑒南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最終確定的500 kV UPFC示范工程結(jié)構(gòu)如圖4所示。示范工程500 kV UPFC采用2個(gè)串聯(lián)側(cè)換流器+1個(gè)并聯(lián)側(cè)換流器的結(jié)構(gòu)，其中串聯(lián)側(cè)換流器接入梅里—木瀆雙線(xiàn)，并聯(lián)側(cè)換流器接入木瀆500 kV母線(xiàn)。3臺(tái)換流器的容量均為250 MV˙A，3臺(tái)聯(lián)結(jié)變壓器容量為300 MV˙A，直流側(cè)電壓為±90 kV。

借鑒南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程，采用2個(gè)串聯(lián)側(cè)換流器和1個(gè)并聯(lián)側(cè)換流器的結(jié)構(gòu)具有較好的經(jīng)濟(jì)性和可靠性[12]。南京西環(huán)網(wǎng)電源較多，無(wú)功支撐能力較強(qiáng)，對(duì)UPFC無(wú)功支撐能力沒(méi)有需求，因此南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程在設(shè)計(jì)時(shí)將并聯(lián)側(cè)裝置接在臨近的35 kV母線(xiàn)以降低變壓器絕緣需求、占地面積與投資。與南京西環(huán)網(wǎng)UPFC示范工程不同的是，蘇州南部電網(wǎng)中需要利用UPFC的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力改善蘇州南部電網(wǎng)無(wú)功支撐不足的問(wèn)題，因此將并聯(lián)側(cè)換流器通過(guò)變壓器直接接在木瀆500 kV母線(xiàn)。

2.2 UPFC接入效果

500 kV UPFC接入蘇州南部電網(wǎng)后，蘇州南部存在的主要問(wèn)題均得到不同程度的改善。

(1)提高蘇州南部電網(wǎng)供電能力。冬季直流小方式下，UPFC能夠均衡蘇州南部電網(wǎng)各輸電通道潮流，增加蘇州南部電網(wǎng)整體供電能力，能夠滿(mǎn)足地區(qū)15 000 MW飽和負(fù)荷的潮流控制需求。在利用UPFC控制潮流的作用下，梅里—木瀆發(fā)生N-1故障時(shí)，非故障線(xiàn)路潮流將被控制在2 950 MW，滿(mǎn)足線(xiàn)路長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求(見(jiàn)圖5)。

(2)提高蘇州南部電網(wǎng)無(wú)功支撐能力。安裝UPFC后，蘇州南部電網(wǎng)的事故后恢復(fù)電壓有了不同程度的改善。以梅里—木瀆N-1故障為例，對(duì)比圖2和圖5中的電壓分布可以看出，安裝UPFC后，蘇州南部電網(wǎng)的事故后恢復(fù)電壓提高約10 kV。同時(shí)UPFC并聯(lián)側(cè)換流器的快速無(wú)功支撐能力，能夠?yàn)榇笾绷魇芏穗娋W(wǎng)提供快速動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，提高故障后的電壓恢復(fù)速率。

(3)減少直流換相失敗風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)2016年夏季小方式，在相同的仿真參數(shù)下分別對(duì)安裝UPFC前后的江蘇電網(wǎng)進(jìn)行了故障掃描。仿真結(jié)果顯示，UPFC可以避免34條500 kV線(xiàn)路單永故障后引起的錦蘇直流換相失敗(UPFC裝設(shè)前為69條，減少一半)。

(4)減少錦蘇直流雙極閉鎖后拉限電容量。在夏季高峰、錦蘇直流滿(mǎn)送方式下，若發(fā)生錦蘇直流雙極閉鎖，需采取措施調(diào)整運(yùn)行方式將蘇州南部電網(wǎng)各輸電通道潮流控制到穩(wěn)定限額之下。安裝UPFC后，利用UPFC均衡蘇州南部電網(wǎng)輸電通道潮流，可以減少錦蘇直流雙極閉鎖后拉限電容量1 000～1 200 MW。

2.3 UPFC工程實(shí)施難度

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，500 kV UPFC站選址在500 kV木瀆變電站北側(cè)，緊鄰500 kV木瀆變北側(cè)圍墻，擬與木瀆變共用該圍墻。站址占地面積不到4 hm2，土地性質(zhì)現(xiàn)為基本農(nóng)田，工程實(shí)施難度較小，如圖6所示。同時(shí)，示范工程500 kV UPFC的關(guān)鍵設(shè)備主要有電壓源換流器、串聯(lián)變壓器、晶閘管旁路開(kāi)關(guān)(TBS)、控制保護(hù)系統(tǒng)等，在設(shè)計(jì)過(guò)程中均不存在技術(shù)上的障礙。

(1)電壓源換流器。根據(jù)潮流控制需求，示范工程500 kV UPFC換流器額定容量為250 MV˙A，直流電壓為±90 kV。2014年投運(yùn)的舟山多端柔性直流工程換流器最大容量400 MV˙A，直流電壓±200 kV[13]。據(jù)調(diào)研，目前舟山工程已進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期，2015年以來(lái)?yè)Q流器一直運(yùn)行正常。500 kV UPFC換流器在設(shè)備制造技術(shù)和可靠性上已經(jīng)有比較好的基礎(chǔ)。

(2)串聯(lián)變壓器。500 kV串聯(lián)變壓器制造是UPFC工程應(yīng)用的難點(diǎn)，其特點(diǎn)為容量小、絕緣水平高、短路電流大。串聯(lián)變壓器的一次側(cè)繞組采用500 kV全絕緣，目前500 kV全絕緣變壓器在制造上比較成熟。500 kV串聯(lián)變壓器漏抗小但短路電流耐受能力要求高，經(jīng)初步估算，本工程所接入的線(xiàn)路在近、遠(yuǎn)期流過(guò)的最大短路電流不超過(guò)55 kA，與南京220 kV西環(huán)網(wǎng)UPFC工程串聯(lián)變壓器的設(shè)計(jì)條件(線(xiàn)路短路電流50 kA)接近。因此，通過(guò)借鑒南京UPFC工程串聯(lián)變壓器設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，示范工程500 kV串聯(lián)變的設(shè)計(jì)和制造不存在障礙。

(3)晶閘管旁路開(kāi)關(guān)。示范工程晶閘管旁路開(kāi)關(guān)(TBS)的額定工作電壓暫定為105 kV，該電壓等級(jí)的晶閘管閥目前在國(guó)內(nèi)制造較為成熟。結(jié)合線(xiàn)路最大故障電流和串聯(lián)變壓器變比選擇，預(yù)估TBS所需要通過(guò)的故障電流不超過(guò)63 kA，而南京西環(huán)網(wǎng)UPFC工程的TBS短路電流通過(guò)能力為70 kA/(60 ms)，大于本工程的設(shè)計(jì)水平，因此，通過(guò)借鑒南京UPFC工程TBS閥的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本工程所采用的TBS技術(shù)上不存在障礙。