8月27日，江蘇省南京市用電需求依然居高不下。好在南京電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有充足保障——南京鐵北220千伏變電站統(tǒng)一潮流控制器(以下簡(jiǎn)稱UPFC)，已為它穩(wěn)定“護(hù)航”991天。
從備受矚目地登上世界電力科技之巔，到默默無(wú)聞時(shí)刻精準(zhǔn)調(diào)節(jié)電網(wǎng)潮流，南京UPFC在過(guò)去近1000天中，始終穩(wěn)定“在線”。它對(duì)電網(wǎng)潮流控制起到什么作用?對(duì)相關(guān)行業(yè)發(fā)展有什么影響?記者對(duì)此進(jìn)行了采訪。
給電網(wǎng)裝上“紅綠燈”
“對(duì)城市電網(wǎng)中電能的流量、流向進(jìn)行靈活控制，一直是世界性難題。”江蘇省電力公司副總經(jīng)理、南京供電公司總經(jīng)理陳剛表示，“‘統(tǒng)一潮流控制器’工程投運(yùn)后，可以通過(guò)‘紅綠燈’式的智能調(diào)節(jié)，控制電流的流向和流量，讓電流高效流動(dòng)，減少損耗，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)。”
作為南京的負(fù)荷中心，220千伏西環(huán)網(wǎng)用電負(fù)荷占全市近三分之一。2013年，西環(huán)網(wǎng)最高負(fù)荷同比增長(zhǎng)15.4%，增加30.9萬(wàn)千瓦，致使線路負(fù)荷加重，出現(xiàn)“擁堵”現(xiàn)象，其北部輸電通道負(fù)載率超過(guò)81.3%。
“大城市的電力線路就和地面道路一樣，形象地說(shuō)就是有的線路‘吃不飽’，有的線路‘快撐爆’。”南京供電公司副總經(jīng)理沈培鋒解釋道，“傳統(tǒng)解決輸電通道‘擁堵’問(wèn)題的辦法是更換大導(dǎo)線或新建線路。對(duì)南京西環(huán)網(wǎng)而言，前者需要停電，顯然不行。而后者也是行不通的，假如增加一條空中輸電線，需投資10億元以上，但即使有錢，新線路在本就擁擠不堪的城市中也‘無(wú)處立足’。建地下輸電管廊則更困難，不僅投資巨大，而且耗時(shí)長(zhǎng)。”
在此背景下，2014年，國(guó)家電網(wǎng)公司將UPFC工程確立為重大科技示范工程，次年6月全面開(kāi)工建設(shè)，投資2.2億元。在保持南京現(xiàn)有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變、不新建輸電通道的前提下，通過(guò)UPFC工程解決西環(huán)網(wǎng)潮流分布不均、供電能力不足等痼疾。
2015年12月11日，國(guó)家電網(wǎng)重大科技示范工程、江蘇南京220千伏西環(huán)網(wǎng)UPFC工程投運(yùn)。這是我國(guó)首個(gè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的UPFC工程，也是國(guó)際上首個(gè)使用模塊化多電平換流(MMC)技術(shù)的UPFC工程。它由我國(guó)自主研發(fā)、設(shè)計(jì)、建設(shè),標(biāo)志著我國(guó)在柔性交流輸電領(lǐng)域已走在世界前列。
提升供電能力30%
“UPFC工程利用的是歐姆定律。”國(guó)網(wǎng)江蘇電科院總工李群告訴記者，“電力導(dǎo)線存在電阻，電阻阻礙的是電流，就如同道路不平則車速慢一樣。想要使通過(guò)的電流增多，就必須增大電壓。”
據(jù)了解，通過(guò)UPFC，可以在220千伏線路上施加最大不超過(guò)26.5千伏的電壓，并確保穩(wěn)定在上下10%的安全波動(dòng)范圍內(nèi)。電壓越大，通過(guò)電流越多，輸送的電功率就越大。在“四兩撥千斤”的“神功”下，這套本身只有180兆瓦容量的UPFC裝置，竟可撬動(dòng)500至600兆瓦的有功潮流。
在迎峰度夏、度冬等關(guān)鍵時(shí)期，該裝置有效避免了核心線路越限及拉閘限電損失，解決了投運(yùn)初期西環(huán)網(wǎng)“北緊南松”及中、遠(yuǎn)期“南緊北松”的潮流失衡問(wèn)題，使得西環(huán)網(wǎng)潮流分布得更加均衡，大大增強(qiáng)了南京電網(wǎng)總體安全穩(wěn)定供電能力。
2016年8月2日，華能南京電廠并網(wǎng)220千伏曉華線雷擊故障跳閘，造成華能南京電廠1臺(tái)30萬(wàn)千瓦的機(jī)組失電，減少出力24萬(wàn)千瓦。UPFC自動(dòng)保護(hù)閉鎖，北通道潮流從50萬(wàn)千瓦降到27萬(wàn)千瓦，避免了故障大電流穿越線路造成的線路過(guò)負(fù)荷和設(shè)備損壞。
2017年7月27日，南京電網(wǎng)用電負(fù)荷達(dá)1129.28萬(wàn)千瓦，創(chuàng)歷史新高，同時(shí)造成了局部地區(qū)供電緊張。根據(jù)調(diào)度指令，南京供電公司通過(guò)UPFC將南京220千伏西環(huán)網(wǎng)北通道潮流由25萬(wàn)千瓦升至45萬(wàn)千瓦，避免了南通道的過(guò)負(fù)荷，全市供電平穩(wěn)。
經(jīng)科學(xué)測(cè)算，UPFC提升了南京西環(huán)網(wǎng)供電能力30%，約60萬(wàn)千瓦，年增供電量約25億千瓦時(shí)，可替代一條投資10億元以上的220千伏線路，實(shí)現(xiàn)節(jié)約土地360畝。
確立標(biāo)準(zhǔn)，立范未來(lái)
南京220千伏UPFC近1000天的實(shí)際運(yùn)行，為江蘇省積累了寶貴的運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，也令南京UPFC的管理規(guī)范成為了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織鑒定認(rèn)為，該工程“成果整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。全省共出版相關(guān)中文專著3部、英文專著1部。項(xiàng)目形成國(guó)網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)10項(xiàng)，獲批成立IEC、IEEE標(biāo)準(zhǔn)工作組，主導(dǎo)編制UPFC系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)。IEEE輸配電委員會(huì)主席Daniel也對(duì)此給予高度評(píng)價(jià)：“為電網(wǎng)提高潮流控制能力提供了重要實(shí)踐參考”“可促進(jìn)新一代UPFC技術(shù)的國(guó)際化推廣應(yīng)用”。
據(jù)了解，南京UPFC工程的成果也對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司日后UPFC工程建設(shè)及運(yùn)維起到了重要指導(dǎo)作用。2017年12月，江蘇南部電網(wǎng)500千伏UPFC重大示范工程投運(yùn)，就從中得到不少借鑒。
南京UPFC工程負(fù)責(zé)人劉泳告訴記者：“蘇州UPFC工程的主接線圖、后臺(tái)界面、部分控保程序等都受到南京UPFC工程的影響，此外，運(yùn)行規(guī)程，設(shè)備編號(hào)等也有所借鑒。蘇州運(yùn)行檢修人員還分批次到南京駐站跟班學(xué)習(xí)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。”不同的是，蘇州的UPFC電壓等級(jí)更高，而南京的功能更全面。“比如轉(zhuǎn)換刀閘區(qū)就是南京UPFC獨(dú)有的，因?yàn)橛辛怂?，南京的三套換流器可以互為備用，任意一臺(tái)換流器都可以接在并聯(lián)側(cè)，也都可以接在串聯(lián)側(cè)。”
“UPFC的投運(yùn)為公司提供了優(yōu)秀的電網(wǎng)發(fā)展和人才培養(yǎng)平臺(tái)。”陳剛表示，“憑借這樣的平臺(tái)，我們更有責(zé)任和動(dòng)力不斷推進(jìn)科技創(chuàng)新，精益求精。”
