潮流控制器

针对风火打捆(wind-thermal-bundled, WTB)系统在受到干扰时可能由于阻尼不足而出现的低频振荡现象以及较高的网损会导致运行成本的增加和阻碍“双碳”目标实现的问题，提出了一种电力系统稳定器(power system stabilizer, PSS)与统一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)附加功率振荡阻尼控制器(power oscillation damping, POD)参数和UPFC安装位置协调优化策略方法。首先，基于Matlab构建了风火打捆外送系统和控制器模型。然后，利用多目标樽海鞘优化算法(multi-objective salp swarm algorithm, MSSA)，将协调优化问题转化为多目标优化问题。目标函数设计中考虑了UPFC装置的调节特性。最后，采用IEEE 4机2区系统和16机5区系统进行多种工况下的仿真。仿真结果显示，协调优化后的控制器可以提高系统阻尼，维持发电机转速的稳定，抑制低频振荡引起的系统有功、电压等的波动，同时降低了系统的有功网损，提高了系统稳定性和运行经济性。MSSA在工程问题上的应用得到了补充。

项目组从 2012 年开始，对新一代 UPFC 总体拓扑结构、换流器设计、主设备特性、控制保护、调控运行策略等关键技术开展重点攻关。同时，在“十二五”期间南京 220kV西环网供电能力不足问题开始逐渐突出。因地处城市核心区，新建输电线路或现有线路增容改造的常规方案，不仅投资巨大且实施难度极大，经详细经济技术论证，采用 UPFC技术能有效解决南京西环网供电能力受限和输电瓶颈问题，通过潮流优化控制，可整体提高南京电网的供电能力和运行可靠性。在此背景下，国家电网公司将南京西环网统一潮流控制器工程列入重大科技示范工程，研制统一潮流控制器成套设备并实施工程应用。

电网潮流精准灵活控制是电力领域一项世界级难题，现代电网规模和复杂度日益增加，潮流失控风险高，应用统一潮流控制器（UPFC）实现潮流灵活精准控制是电网发展的迫切需求。统一潮流控制器工程设计导则等 10 项标准首次完整构建了 UPFC 技术标准体系，覆盖规划、设计、生产、检验、建设、调试、检修等各环节，为 UPFC 技术应用提供标准保障，为国内外首创。 本系列标准基于 UPFC 重大科技计划、科技示范工程等项目的研究，通过自主创新，攻克新一代 UPFC 关键技术，研制了国际上首套模块化多电平 UPFC 装备，并实现工程应用，获得国网公司科技进步一等奖，授权发明专利 32 项（含美国专利 2 项），出版中英文著作 4 部，发表SCI/EI 论文 52 篇。在凝练提升创新成果基础上，研制了 UPFC 技术系列标准，实现了 UPFC 规划设计、设备研制、调试运维等各环节中技术要求和参数的有机衔接和协调统一。本系列标准在 UPFC 规划设计系统化、成套设备规范化、建设调试标准化等方面实现了技术突破。首次提出了综合需求匹配、迭代寻优的 UPFC 可行性研究方法及设计要求，实现了系统参数优化配合，解决了成套设备集成难题。提出了入网性能优化的 UPFC 核心设备技术要求，实现设备设计、生产、检验规范化，降低设备研发和检测周期。首次建立 UPFC 功能和性能指标体系及验证要求，实现从单体到系统、离线到在线、稳态到动态的试验流程和方法，提高了 UPFC 运行可靠性和安全性。 本系列标准拥有完全自主知识产权，填补了灵活交流输电（FACTS）技术领域多项国内外空白。依托本系列标准成果，立项 UPFC 电力行标 12 项，在 IEC、IEEE 牵头成立 UPFC 标准工作组，立项国际标准 4 项，相关成果写入了 CIGRE 的柔性交流输电绿皮书，实现我国 UPFC 技术的国际引领。

成果以贯彻国家能源新时代发展战略，满足人民对美好生活的向往，建设能源互联网企业为出发点，充分发挥电能和电网企业的“枢纽、平台、共享”作用，通过将能源流、业务流、数据流深度融合，促进服务水平在技术和管理全方位的提升。在国家电网公司系统示范性地构建“柔性、扁平、集约”的服务管理组织架构，创造性的整合属地化服务强前端，率先成立运行供电服务指挥中心大后台，为客户提供现代供电服务奠定坚实基础。围绕电能枢纽，做强安全可靠能源流。利用科学理念和技术、国内首台自主知识产权的统一潮流控制器等先进装备，超前规划、柔性调度、智能运维城市电网。积极探索智慧能源应用，建设世界最大规模储能电站、世界首个百万千瓦级虚拟电厂等智慧能源工程，实现多种能源互济互补，支持智慧城市发展。搭建服务平台，做精多维互动业务流。在国网江苏电力系统首家实现“电网+客户”数 据价值的深度挖掘，创新绘制立体化的客户画像。将“以投诉为驱动的被动式反向了解”转变为“以服务追踪为牵引的主动式正向了解”，通过双向循环将客户需求落实到服务策划、提供、改进和创新中。科学运用约束理论，对优化和再造服务流程。布局综合能源服务板块，联合内外部资源激活市场潜力，持续创新商业服务模式。强化信息共享，做优高效服务数据流。借助电力 4G 无线专网全覆盖的优势，在国内领 先建设泛在电力物联网，打造全国首座全感知变电站，实现电网设备物物互联、信息互通，全面提高电网运行状态的感知能力。在泛在电力物联网发展的基础上，在国家电网公司系统创新打造营配数据中心、供电服务智慧系统、综合能效评价体系（“一中心一系统一体系”），实现多维数据的共融共通共享，做优高效服务数据流。深化“三流”融合应用，为客户持续供应“省心电、省钱电、绿色电”。全面实现业务流程由专业条口管理向“一口对外”管理转变、服务方式由被动服务向主动服务转变、发展方向由单一电能服务供应商向综合能源服务供应商转变。 本项目城市供电可靠率国际领先、客户诉求满意度全省前列。售电量、营业收入等企业经济指标持续向好，2018 年创造近五年来之最。

本文介绍柔性直流、直流电网构网形态与故障保护技术，包括中型、大型直流电网的构网机制、可能的换流器类型、主要拓扑。重点介绍直流电网的故障电流演化规律及限流原则，以及充分考虑经济性和装备复用性的多种直流电网限流设备，如可关断直流故障电流的MMC换流器、可闭锁直流故障电流的DC-DC变压器、直流电网故障电流限制器、具有限流能力的潮流控制器等，阐明在严重直流故障下，多个VSC换流站对直流短路电流的贡献度和影响因素，最后介绍含多类型故障限流器的直流电网仿真系统及其试验。

统一潮流控制器（UPFC）作为柔性交流输电系统（FACTS）装置的一种，可以有效地调节线路潮流，控制节点电压，提高电力系统安全稳定运行。而合理选择统一潮流控制器的站址位置，是充分发挥其强大功能的前提，对电力系统影响重大。 2015年以前，中国在UPFC领域的研究仅限于理论仿真及实验室，并无工程应用，而全球共投运三套UPFC装置，分别位于美国、韩国、美国。2015年12月，南京西环网统一潮流控制器（UPFC）工程顺利投运，在南京220千伏晓庄~铁北双回线路加装UPFC，可实现对线路潮流的灵活、精确控制，解决输电瓶颈。该工程是我国首个自主知识产权的UPFC工程，也是国际上首个使用模块化多电平换流（MMC）技术的UPFC工程。2017年12月，苏州南部电网统一潮流控制器（UPFC）工程顺利投运，在500千伏木渎~梅里双线加装UPFC，可实现潮流、电压无功的灵活、精准控制。该工程是世界上第一个基于模块化多电平技术的500千伏UPFC工程，是目前世界上电压等级最高、容量最大、控制最复杂的UPFC工程，也是世界上首个500千伏电压等级的双回线路UPFC工程，创造了多项世界第一，对促进我国电力科技水平的提升具有重要意义。国内两个UPFC工程的投运标志着全球能源互联网最先进的柔性交流输电技术在江苏率先落地，我国在柔性交流输电技术上走在了世界最前列。国内两个UPFC工程均由本专利的专利权人单位全程设计，本专利亦是根据工程实际设计过程，总结、创新的产物，弥补了以往UPFC选所方法理论性较强，无法实际运用的弊端，兼顾理论性和实用性，较其它方法可以更有效地排除干扰项，方法简明、易理解、计算快捷，更快地得到最优及较优解。

木渎变电站投运于2007年。据介绍，改造后的木渎变电站作为500千伏吴江南变电站新建工程及±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流受端配套500千伏送出改扩建工程的配套变电站，与500千伏苏南统一潮流控制器（UPFC）并列运行。国网江苏省电力有限公司于2月6日启动了木渎变电站间隔迁改和增容改造，共更换2条500千伏线路的保护装置、4台500千伏断路器保护装置及2组接地隔离开关，以满足新增500千伏线路接入要求。