(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—木瀆雙回線路(2×60 km)(見圖3)。該線路需穿越無錫市區(qū)、蘇州市區(qū)，不僅投資巨大(約15億元)，而且建設難度極大?？梢?，本方案技術經濟性欠佳。同時，新增輸電通道后，控制點(石牌)處的短路電流上升1.1 kA，超過開斷極限。

由于現(xiàn)有線路導線增容和新增輸電通道等常規(guī)方案在實施難度和經濟性上存在的欠缺，通過上述措施解決蘇州南部500 kV電網發(fā)展過程中遇到問題的阻礙較大。在規(guī)劃期內，蘇州南部500 kV電網結構將保持穩(wěn)定。

2 蘇州南部500 kV電網應用UPFC的可行性

經方案分析論證，可以通過在木瀆—梅里雙線裝設UPFC來解決蘇州南部500 kV電網發(fā)展過程中遇到的問題。利用UPFC潮流控制能力均衡蘇州南部電網輸電通道的潮流，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)的拉限負荷過多的問題。利用UPFC的動態(tài)無功支撐能力改善蘇州南部電網無功支撐不足和直流換相失敗風險較大的問題。

本節(jié)將對UPFC的具體接入方案，接入后的效果以及實施難度和經濟性進行詳細論述。

2.1 UPFC接入方案

根據(jù)潮流控制需求，同時借鑒南京西環(huán)網UPFC示范工程的工程設計經驗，最終確定的500 kV UPFC示范工程結構如圖4所示。示范工程500 kV UPFC采用2個串聯(lián)側換流器+1個并聯(lián)側換流器的結構，其中串聯(lián)側換流器接入梅里—木瀆雙線，并聯(lián)側換流器接入木瀆500 kV母線。3臺換流器的容量均為250 MV˙A，3臺聯(lián)結變壓器容量為300 MV˙A，直流側電壓為±90 kV。

借鑒南京西環(huán)網UPFC示范工程，采用2個串聯(lián)側換流器和1個并聯(lián)側換流器的結構具有較好的經濟性和可靠性[12]。南京西環(huán)網電源較多，無功支撐能力較強，對UPFC無功支撐能力沒有需求，因此南京西環(huán)網UPFC示范工程在設計時將并聯(lián)側裝置接在臨近的35 kV母線以降低變壓器絕緣需求、占地面積與投資。與南京西環(huán)網UPFC示范工程不同的是，蘇州南部電網中需要利用UPFC的動態(tài)無功支撐能力改善蘇州南部電網無功支撐不足的問題，因此將并聯(lián)側換流器通過變壓器直接接在木瀆500 kV母線。

2.2 UPFC接入效果

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

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

(2)提高蘇州南部電網無功支撐能力。安裝UPFC后，蘇州南部電網的事故后恢復電壓有了不同程度的改善。以梅里—木瀆N-1故障為例，對比圖2和圖5中的電壓分布可以看出，安裝UPFC后，蘇州南部電網的事故后恢復電壓提高約10 kV。同時UPFC并聯(lián)側換流器的快速無功支撐能力，能夠為大直流受端電網提供快速動態(tài)無功支撐，提高故障后的電壓恢復速率。

(3)減少直流換相失敗風險。針對2016年夏季小方式，在相同的仿真參數(shù)下分別對安裝UPFC前后的江蘇電網進行了故障掃描。仿真結果顯示，UPFC可以避免34條500 kV線路單永故障后引起的錦蘇直流換相失敗(UPFC裝設前為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、錦蘇直流滿送方式下，若發(fā)生錦蘇直流雙極閉鎖，需采取措施調整運行方式將蘇州南部電網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工程實施難度

經現(xiàn)場踏勘，500 kV UPFC站選址在500 kV木瀆變電站北側，緊鄰500 kV木瀆變北側圍墻，擬與木瀆變共用該圍墻。站址占地面積不到4 hm2，土地性質現(xiàn)為基本農田，工程實施難度較小，如圖6所示。同時，示范工程500 kV UPFC的關鍵設備主要有電壓源換流器、串聯(lián)變壓器、晶閘管旁路開關(TBS)、控制保護系統(tǒng)等，在設計過程中均不存在技術上的障礙。

(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)調研，目前舟山工程已進入穩(wěn)定運行期，2015年以來換流器一直運行正常。500 kV UPFC換流器在設備制造技術和可靠性上已經有比較好的基礎。

(2)串聯(lián)變壓器。500 kV串聯(lián)變壓器制造是UPFC工程應用的難點，其特點為容量小、絕緣水平高、短路電流大。串聯(lián)變壓器的一次側繞組采用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，經初步估算，本工程所接入的線路在近、遠期流過的最大短路電流不超過55 kA，與南京220 kV西環(huán)網UPFC工程串聯(lián)變壓器的設計條件(線路短路電流50 kA)接近。因此，通過借鑒南京UPFC工程串聯(lián)變壓器設計的經驗，示范工程500 kV串聯(lián)變的設計和制造不存在障礙。

(3)晶閘管旁路開關。示范工程晶閘管旁路開關(TBS)的額定工作電壓暫定為105 kV，該電壓等級的晶閘管閥目前在國內制造較為成熟。結合線路最大故障電流和串聯(lián)變壓器變比選擇，預估TBS所需要通過的故障電流不超過63 kA，而南京西環(huán)網UPFC工程的TBS短路電流通過能力為70 kA/(60 ms)，大于本工程的設計水平，因此，通過借鑒南京UPFC工程TBS閥的設計經驗，本工程所采用的TBS技術上不存在障礙。