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大容量SVC在750kV电网中的应用

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Smart Grid 第29卷第5期 2013年5月 电网与清i占能源 Power System and Clean Energy V0I.29 No.5 Mav 2013 文章编号:1674—3814(2013)05—0009—04 中图分类号:TM714.3 文献标志码:A 大容量SVC在750 kV电网中的应用 朱岸明 ,王敏 ,焦熠琨 ,龚兴国 ,余波z,尹大千z,李龙才z,康建国s (1.陕西省电力公司规划评审中心,陕西西安710065;2.西南电力设计院,四川成都610021; 3.送变电工程公司,乌鲁木齐830002) Application of Large Capability SVC in 750 kV Power Grid ZHU An—ining ,WANG Min。,JIA0 Yi—kun ,GONG Xing—guo ,YU—Bo , YIN Da—qian ,LI Long—cai ,KANG Jian—guo (1.Planning&Evaluation Center of Shaanxi Electric Power Corporation,Xi’an 710065,Shaanxi,China;2.Southwest Electirc Power Design Institute,Chengdu 610021,Sichuan,China;3.Xinjiang Transmission&Substation Construction Company, Urumqi 830002,Xi ̄iang,China) ABSTRACT:To deal with the risk of voltage instability and 关键词:SVC;750 kV电网;电压波动;输电容量 low transmission capacity existing in the present Xijiang Grid- Northwest Main Grid transmission channel,this paper argues that the large—sized SVC should be installed in the 750 kV 西北五省(区)地域辽阔,资源丰富,具有得天 独厚的水力、煤炭、石油、天然气及风力、太阳能等 能源优势,是我国重要的能源基地。西JL750 kV电 Shazhou Substation of the second channel of Xijiang Grid— Northwest Main Grid transmission channel to enlarge the outgoing transmission capacity of the Xinjiang thermal power base and Gansu wind power base and effectively restrain the vohage 网的建设为西部地区将资源优势转化为经济优势, 促进西北地区发展提供了坚实基础。从2005年西北 地区750 kV输变电示范工程至今,西北电网已形成 750 kV主网架lll。随着火电基地、甘肃风电基地 lfuctuation.After a detailed comparison of SVC configuration schemes,the paper selects the one which suits the project and costs less.In addition,the capability of the SVC to restrain the voltage fluctuation is validated through simulations.The results 的大规模建设,以及风电存在的波动性,电网 与西北主网联网750 kV第一通道线路已不能满足 indicate that the scheme selected in the paper is feasible,and application of the SVC in Shazhou Substation can reduce the 电能送出要求,且存在系统失稳的风险_2l。 目前正在建设的电网与西北主网联网 750 kV第二通道工程,为火电送出、甘肃风电 impact of Jiuquan wind power to Northwest China Grid,and can restrain the voltage fluctuation effectively,and enlarge the outgoing transmission capacity oi Xinjiang grid・ KEY WORDS:static var compensator;750 kV power grid; 送出提供网架支撑,并通过加装无功补偿装置有效 解决750 kV长距离输电通道的动态稳定和电压稳 定问题。 voltage fluctuation;transmission capability 摘要:针对目前一西北主网750 kV输电通道存在的电压 本文针对电网与西北主网联网750 kV第 二通道工程可能存在的一些风险,提出在通道的中 间节点——沙 ̄+1750 kV变电站加装大容量SVC(Static 失稳的风险以及输电容量较低的现状,提出在一西北主 网750 kV输电第二通道中的沙州750 kV变电站装设大容量 SVC来提升火电基地、甘肃风电基地向外的输电能力,并 有效抑制甘肃风电基地大规模接入系统引起的电压波动。对 SVC的配置方案进行了详细的比较,提出了适合工程实施且投 var CoInpensator,静止无功补偿装置),并根据工程 特点对SVC配置以及动态特性进行了分析。 资较省的方案,并通过系统仿真,对SVC抑制系统电压波动的 性能进行了验证。结果表明,提出的SVC配置方案可行,沙州 750 kV变电站SVC的投入将有效地减弱甘肃酒泉风电基地对西 北主网的冲击,且具有较强的抑制电压波能的能力,能明显 提升电网外送输电通道的输送容量,可应用于工程实践。 1 西 ̄1:750 kV电网的发展以及存在的 问题 西北电网是我国的6个大区电网之一,是典型 ■ 臣 黩 朱岸明,等:大容量SVC在750 kV电网中的应用 Vol_29 No.5 Smart Grid 1 0 的长距离大容量输电系统。2010年750 kV哈密一敦 煌输变电工程建成后,电网与西北主网实现2回 750 kV线路联网运行,但该通道受酒泉风电送出影 响,目前送电能力仅为1 000 MW,不能充分发挥该 联络线的作用。为了提高电网向西北主网的送 电能力,为“疆电外送”直流工程提供网架支撑以保 证安全稳定运行,解决“十二五”期间青海电网缺电 问题及哈密东南部风电送出问题,并为地区新能源 及经济的发展创造有利条件,需要加强一西北 主网联网,规划建设与西北电网联网第二通道 750 kV输变电工程。该工程在2013年配合哈密—郑 州直流工程同步建成投运后,电网交流外送 2个750 kV通道输送功率大,输电距离长,且酒泉风 电基地馈规模风电功率,使得外送交流 通道无功平衡和电压控制问题相对突出,尤其是 风电有功功率波动引起的动态无功补偿问题尤为 突出13] 2 SVC在电力系统中的应用情况 世界上第一套用于电力系统的SVC由美国GE 公司1977年制造,安装于Tri—state G&T系统,主要用 于二次电压控制;1978年安装在Minnes0ta的动力与 照明系统的SVC,由美国电科院(EPRI)主持,西屋公 司制造;以后开始研制用于输电系统和交直流换流 站的SVC。20世纪80年代后,ABB、ALSTOM、Siemens 和三菱等公司也分别开展包括TCR和TSC在内的 SVC研究,并推出相应的产品。 我国曾用于超高压500 kV电力系统的SVC仅有 6套,都是引进的,由TCR与TSC或机械投切电容器 组构成,容量范围在105 170 Mvar,安装在5个变电 站。由于种种原因,这些SVC均已退出运行。 安装在500 kV二滩水电站输电通道上的洪沟 站SVC、陈家桥站SVC和万县站SVC是我国第一批 国产500 kV变电站TCR型SVC E 。随后在四川电网 投入运行的桃乡站SVC、什邡站SVC等工程将国产 SVC的电压等级从35 kv提升至66 kV,TCR容量 提升至180 Mvar。广西桂林站SVC中的20 kV TCR 容量则达到240 Mvar。国内首套应用于输电网的 TCR+TSC型SVC于2009年在福建220 kV贵峰站 投运。 在750 kV电网中,尚未有SVC应用的实例。 3沙州站SVC配置 拟装设在沙州站的SVC是目前世界上容量最大 的SVC,本期SVC动态无功出力范围按(一360 Mvar ̄ +360 Mvar),远期SVC动态无功出力范围按(一480 Mvar ~+480 Mvar)。根据以上动态无功出力范围,以及行 业内的设备制造水平,沙州站使用TCR、TCR+TSC 不同类型SVC配置,可以组成2个方案。 3.1 SVC配置方案一 SVC采用TCR+FC型式,具体配置如下。 本期:1号主变装设2x(TCR:360 Mvar+FC:3x 60 Mvar)。 远期:每台主变装设2x(TCR:360 Mvar+FC:3x 60 Mvar)+1×(TCR:240 Mvar+FC:2x60 Mvar)。 66 kv配电装置采用户外中型布置。母线采用 支持式管型母线。远期6组SVC装置平行并列布 置,分支单元的母线与主母线垂直布置,每2组 SVC装置之间设置运行检修道路。占地为272 mx 104 m。 3,2 SVC配置方案二 方案二:SVC采用TCR+FC+TSC型式,具体配置 如下。 本期:1号主变装设2x(TCR:240 Mvar+FC:1 x 6O Mvar+TSC:1×120 Mvar)。 远期:每台主变装设2x(TCR:240 Mvar+FC:1x 60 Mvar+TSC:I x120 Mvar)+1 x(TCR:180 Mvar+FC: 1x60 Mvar+TSC:lx60 Mvar。 根据现有的技术水平及发展趋势,提出了 10.5 kV、23 kV、35 kV和66 kV 4种电压等级的TSC 型SVC方案,由于35 kV、66 kV的TSC对晶闸管及相 关设备要求较高,制造难度很大,而10.5 kV的TSC短 路容量又超过了开关设备的制造能力,只有23 kV 的TSC能满足设备制造能力的要求。 由于TSC装置的电压等级为23 kv,因此每组 TSC装置前设置了降压变压器,主变及66 kv配电装 置区域占地为311 mxl14 m。 3.3不同方案SVC经济比较 上述2种SVC配置方案的经济比较如表1 所示。 由表1可知,方案一占地、投资最省。选用方案 一作为沙州站的svc配置方案。 Sma rt Grid 第29卷第5期 电网与清洁能源 1 1 表1各方案投资比较表 Tab.1 Cost comparison of each scheme 4沙州站SVC特性分析 4.1 沙州站SVC抑制电压波动分析 首先采用简单的估算公式,计算SVC全部可调 容量对750 kV母线电压的控制能力。由于SVC安装 jd,旧甘 暂 9 9 O O 处330 kV和66 kV母线电压也是需要考虑的因素, 因此也需要评估SVC对330 kV和66 kV母线电压的 影响;然后采用仿真计算的方法,模拟电网的功率 波动,分析SVC对抑制功率波动的作用[51。 下面是简化的电压波动计算公式: A n d一 ×100% (1) B 式中,△p为无功的变化量;S 为研究母线的短路 容量。 根据简化的电压波动计算公式,在大方式下 (2013年一西北主网750 kV第二通道和哈密一 郑州直流均建成之后的电网运行方式)和小方式下 (在大方式的基础上,断开了沙州一敦煌双回线), 沙州站SVC(一360~360 Mvar)对750 kV母线的控制 能力和对330 kV、66 kV母线电压的影响范围如表2 所示。 表2沙州站SVC对母线电压的影响 Tab.2 Effects of the SVC on bus voltage in Shazhou Substation 大方式一1.55~1.55 24 -4.55--4.55 29 —11.2 ̄11.2 14.8 ,J、方式 一2.7 ̄2.7 41 —5.55~5.55 37 —12.3 ̄12.3 16.2 从表2可看出,沙州站SVC在不同运行方式下, 能有效抑制母线电压波动。 在基础运行方式下,采用PSD—BPA系统仿真软 件模拟风电出力的变化,研究沙州站SVC对抑制风 电波动范围的作用 。 在敦煌站模拟500 MW、1 000脚的风电功率 波动,图1、2是有、无SVC时沙州站750 kV母线电压 的变化比较和SVC出力曲线。 周波 (a)500MW d/坦船 群 舛 O O 牾错钉 O 周波 (b)l 000MW 图1风电波动时有无SVC的沙州站750 kv母线电压 Fig.1 750 kV bus voltage in Shazhou Substation with or without SVC wind power fluctua ̄s 粪 O 400 800 1 200 1 600 2 000 周波 (a)500MW 周坡 (b)1 000MW 图2风电波动时沙州站SVC的出力变化 Fig.2 Output changes of the SVC in Shazhou Substation when wind power flncluates 由图1和图2可见,在敦煌站模拟500 MW的风电 功率波动时,由于SVC设置了一定的调差率,SVC的 容量仅发挥了50%。在SVC作用的情况下,沙州站的 9 9 9 9 9 9囊 9 O O O O O O ■ 盈: Smart G^d 1 2 朱岸明,等:大容量svc在750 kV电网中的应用 通道输电能力。 参考文献 f11弋长青,尚勇,李刚.西 ̄L750 kV电网发展规划若干问 电压波动范围由13 kV降低为3.2 kV。当风电波动功 率达到1 000 MWl3f,SVC的容量基本全部得到发 挥。在SVC作用的情况下,沙州站的电压波动范围由 25.6 kV降低为5.6 kV。 4.2沙州站SVC对输电能力的影响 题探讨 电网与清洁能源,2009,25(11):17—21. YI Chang—qing,SHANG Yong,LI Gang.Investigation of 在分析对输电能力的影响时,考虑2种情况:一 是以直流单极闭锁故障无措施为约束性故障,分 别计算有、无SVC时该故障约束下的极限输电能 力;二是考虑在直流单极闭锁时可采取措施,分别 计算有、无SVC时其他交流故障约束下的极限输电 能力l 8l。 major questions in northwest China 750 kV power grid planning[J].Power System and Clean Energy,2009,25 (11):17—21(in Chinese). 【2]丁剑,张文朝,卜广全,等.大规模风电接人下的河西 走廊远距离大容量输电【J1.高电压技术,2009,35(8): 2037-2041. 有无SVC情况下,一西北输电通道的控制 断面(酒泉一河西双回线和沙洲一鱼卡双回线)的 功率对比见表3。 表3 SVC对2013年极限方式的影晌 1 b.3 EffecLs ofthe SVC On the lim娃mode in 2O13 DING Jian,ZHANG Wen—chao,BU Guang—quan,et a1. Long distance and huge capacity transmission of Gansu corridor under large—scale wind power intergration circum- stance[J].High Voltage Engineering,2009,35(8):2037— 2041(in Chinese). 【3]何世恩,董新洲.大规模风电机组脱网原因分析及对策IJ]. 电力系统保护与控制,2012,40(1):l31-137. HE Shi—en,DONG Xin-zhou.Cause analysis on large- scale wind turbin tripping and its countermeasures[J]. Power System Protection and Control,2012,40(1):131— 137(in Chinese). [4]王平,何源森,邱宇峰,等.电力系统输电通道大容量 静止无功补偿系统研究及其应用IJ1_电力自动化设备, 沙州站装设SVC后,当系统发生故障时,SVC在 2007,27(10):10—18. WANG Ping,HE Yuan-sen,QIU Yu-feng,et a1.Research and application of high capacity static var system for 暂态过程中的电压支撑作用比较明显,系统暂态低 电压的持续时问缩短,同时有助于故障后电压能 够恢复到较为合理的水平,有利于提高电网的输电 能力。 transmission path of electric power system[J].Electirc Power AutomationEquipment,2007,27(10):10-18(in Chinese). 分析表明,以哈密一郑州直流单极闭锁为约束 性故障时,SVC对故障后恢复电压的提升作用明显, 因此可提高送电功率约800 Mw。当考虑以河西一 酒泉单回线三永为约束性故障时,SVC可提高送电 功率约200 MW。 [5]李敏,王新宝,常喜强,等.与西北联网750 kV交 流联络线功率波动峰值计算分析『j1.电网与清洁能源。 2011,27(9):27—30. LI Min,WANG Xin—bao,CHANG XI—qiang,et a1. Calculation and analysis of the power fluctuation peak value on the 750 kV AC tie-line with Xinjiang grid inter- connection with northwest China gIid[j】.Power System and Clean Energy,2011,27(9):27—30(in Chinese). 5结论 本文根据现阶段西 ̄L75o kV电网的运行情况, [6]洪翠,温步瀛,陈群,等.风电场出力特性及其不确定 性的对策分析fJ】.电网与清洁能源,2012,28(11):65— 68. 针对一西北输电通道上存在的系统失稳和电 压波动大的风险,提出在一西北输电的第二通 道上的沙州站装设大容量SVC。通过对不同SVC配 置方案的比较,选择出占地小、投资省、技术风险 低、有利于工程实施的方案。通过系统仿真验证,沙 州站在装设SVC后,能有效抑制母线电压波动、提高 HONG Cui,WEN Bu-ying,CHEN Qin,et a1.Analysis of wind farm output characteristics and solutions tO its uncetrainty[J].Power System and Clean Energy,2012,28 (11):65—68(in Chinese). 【7】杨勇,秦睿,拜润卿,等.动态无功补偿装置在酒泉地 (下转第17页) Smart Grid 第29卷第5期 电网与清洁能源 Chinese). 1 7 2007变电站总布置设计技术规程fS1.北京:中国电力出 版社.2007. 【12】甄建超.土方工程与竖向布置IJ1.石油规划设计,2012(2): 39-41. [6】中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 5218— 2005 220 kV~500 kV变电所设计技术规程 】.北京:中 ZHEN Jian-ehao.Earth work and vertical layout[J]. 国电力出版社,2005. [7】冯舜凯,魏利民,李占岭,等.220 kV安新变电站防洪 设计【J1.电力建设,2012(7):38~42. 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