摘要： 为了满足大容量、长距离输电和电力负荷快速增长的需求，采取一些技术措施提高电网的输送能力十分必要。文章概要介绍了通过现场试验等方法对电力系统动态特性和负荷模型进行研究，采取在关键发电机上安装稳定控制器（PSS），应用同杆并架和紧凑型输电技术，采用大截面导线和耐热导线技术，采用静止无功补偿装置（SVC）、固定串补（FSC）、可控串补（TCSC）、静止无功发生器（STATCOM）和静态同步串联补偿器（SSSC）柔性交流输电（FACTS）技术等技术措施来提高我国电网输送能力的应用和研究情况，并对第一项由我国自主开发的甘肃TCSC工程进行了重点介绍。
关键词： 电力系统；电网；输送能力；技术措施 0 引言
我国电力系统发展非常迅速，截至到2004年底，全国电力总装机容量为440.7GW。其中，水电108.3GW，火电324.9GW，核电6.84GW。全国220kV及以上输电线路长度达226
776 km，变电设备容量达到70 186 MVA。预计到2020年，我国装机总容量将达1000GW，年发电量将达4 600TWh。中长距离输电规模将达200GW以上。因此，提高电网输电能力、节省投资、保护环境、提高电网的经济效益和安全可靠性将成为电网发展亟待解决的问题。
我国地域广阔，发电一次能源主要集中在我国的中西部地区，电力负荷主要集中在东南部沿海和中部地区。输电距离长、输送规模大是我国电网发展过程中的主要特点。由此，在怎样提高电网输电能力方面出现了一些急待解决的技术问题，诸如：①
需要对利用超高压交流输电和直流输电技术进行大容量、远距离的功率传输进行研究，以适应电网的长远、快速发展；②对于受暂态稳定限制的输电线，急需提高电网稳定极限的技术。同时，随着电网互联和远距离输电规模的扩大，电网动态稳定问题日渐突出。如2003年9月21日，东北—华北—华中（川渝）实现同步联网后出现了0.13
Hz的超低频振荡现象；③ 新建输电线路面临路径选取困难、投资日益增高和建设周期加长等难题。电网建设急需能节省输电投资、提高单位走廊输电能力、有利于环境保护的输电技术，以适应电网高速和可持续发展的需要；④
为保证电网安全经济运行，急需增加电压和无功控制手段，改善潮流分布、降低网损的技术。
目前，我国正在加紧进行电力系统计算分析理论、设备改造增加输电能力、电网稳定控制、新型实用输电技术、超高压输电以及管理等方面的研究，以提高电网的输电能力。
1 提高电网输电能力的技术措施
目前，我国正在研究和推广应用的输电技术有：
（1） 通过理论分析、现场调研和试验、事故模拟分析以及实验室模拟等方式研究系统动态特性。2004年和2005年，先后2次在东北电网500kV系统进行了人工三相接地短路试验，通过现场试验和分析研究发现，目前系统的负荷特性已发生较大变化。采用经研究推荐的负荷模型后，计算出在东北—华北联网条件下，2005年黑龙江省和吉林省电网之间断面（简称黑吉断面）的稳定极限提高了300MW。
（2） 对发电机励磁系统和调速系统进行测试。要求机组励磁系统和调速系统必须满足国家标准。以2005年东北—华北联网系统为例，采用实测励磁参数后，黑吉断面的稳定极限比采用典型参数提高了300MW。
（3） 根据系统分析结果，在一些关键发电机上安装稳定控制器(PSS)，提高系统的动态稳定性。目前，我国已在200多台发电机上安装了PSS。以2005年华北—华中联网系统为例，在华中的川渝电网新增23台PSS后，可提高川渝、渝鄂断面稳定极限200MW。
（4） 推广应用同杆并架和紧凑型输电技术，提高单位走廊的输电能力。目前，我国在三峡输电工程的政平—宜兴500kV线路上采用了同杆双回500kV紧凑型输电线路技术，可有效提高线路的自然功率、节省线路走廊、改善电磁环境。华东电网利港—锡东南的500kV同杆四回输电线路的设计建设已进入实施阶段。
（5） 研究采用大截面导线和耐热导线技术，提高线路热容量。对于已运行的线路，通过理论和试验研究，适当提高线路最高运行温度，提高输电能力。如为了挖掘现有输电线路在提高输送能力方面的潜力，华东电网公司通过研究把导线温升标准从70℃提高到了80℃，使线路输送能力提高20%左右。现该项措施已在斗山—石牌的500kV线路上采用，并获得了较好的效果。
（6） 采用基于半控型器件的串并联柔性交流输电（FACTS）技术。静止无功补偿装置（SVC）能够改善系统动态稳定性，提高输送能力，在我国有广阔的应用前景。2004年11月，我国第一套用于电力系统中的国产化SVC（100Mvar）在东北电网鞍山红一变投运后，可使鞍山受电断面有功输送能力提高
4.4%。华中川渝系统正在设计和建设中的4台SVC的总容量为570Mvar，建成后它们将使川渝断面稳定极限提高180MW，鄂渝断面稳定极限提高270MW。串补(FSC)和可控串补(TCSC)技术通过降低输电线路的等效电抗，可以大幅度提高线路的输送能力。2004年12月，在甘肃电网的碧口—成县220kV线路投运基本串补度为50％的我国第一套国产化可控串补装置后，可提高输电能力110MW。
（7） 研究采用基于全控型器件的串并联FACTS技术。静止无功发生器（STATCOM）和静止同步串联补偿器( SSSC)是下一代FACTS技术的关键，其核心部分是电压源逆变器(VSC)技术。由清华大学FACTS研究所与河南省电力公司合作研制的一台±20Mvar的STATCOM已于1999年在河南洛阳投入运行；目前，一台±50Mvar的STATCOM的样机已研制出来，将于今年底在上海500kV电网投运；从2004年开始，中国电力科学研究院与河南省电力公司就“SSSC技术研究及在河南电网的应用”项目正在进行SSSC工业样机的开发。
2 甘肃碧口—成县可控串补工程
自美国电力科学研究院著名电力专家Hingorani于1986年提出FACTS理论以来［1］，它受到了各国电力部门的重视。可控串联(TCSC)是一项重要的FACTS技术，由于其具有突出的性能和应用效益，因此在各国FACTS实践中均为首选的实用化装置。串补和可控串补作为一项经济实用技术已在中国推广应用，并具有广泛的应用前景。从2000年开始，中国已投入运行的串补容量达5
592Mvar，其中可控串补工程有2个，总容量为210Mvar，主要用于阻尼低频振荡，提高系统稳定性。预计在今后几年，我国投产的串补容量将超过2
000Mvar。
我国于1996年开始对可控串补技术进行系统性研究，2000年开始研制可控串补装置［2］。在可控串补研究方面，我国取得了以下研究成果：①建立了一整套可控串补研究的模型、方法和试验研究手段，包括数学模型和计算程序，动模试验模型和大功率电力电子实验室等；分析了可控串补抑制低频振荡、防止次同步谐振的机理；研究了多种可控串补的系统控制策略。②形成了一整套可控串补的设计方法和主设备参数配合原则。③根据我国电网的需求和技术条件研制出了可控串补的关键设备。包括采用主、备用独立设计的测量、控制和保护系统；柱间电流不平衡系数小于5％的金属氧化物限压器（MOV）；采用双冗余供电设计并配有水冷系统的高压串联晶闸管组；可承受40kA短路电流的强制触发间隙；以及阻尼装置、光纤绝缘子、电阻分压器和电流互感器等。
我国第一套自主开发的TCSC装置于2004年12月27日在甘肃省正式投运［3］。甘肃TCSC工程的主要目的是解决当地水电外送与电网动态稳定性之间的矛盾。甘肃陇南地区水电丰富，最大送电电力为356.6MW，通过一回140km
220kV线路与成县变电所相联，再经过一回120 km成县—天水330kV线路送入甘肃主网。在安装TCSC装置之前，该系统存在着明显的低频振荡现象，根据稳定计算，碧口—成县220kV线路的暂态稳定极限为235MW，不能满足碧口水电厂丰水期的最大送电要求；另外碧口至成县线路沿途几乎均为山区，输电走廊紧张，架设第二回输电线路，不仅造价高昂，还要大量砍伐森林。为了解决碧口地区的输电瓶颈，考虑应用串联补偿技术。经过技术经济比较，推荐采用50％可控串补方案。该方案能够满足碧口水电厂丰水期的最大送电要求，碧口—成县线路的暂态稳定极限从235MW提高到345MW，并且可以有效抑制碧口电厂对主网的低频振荡，改善陇南地区电网的电压质量。在碧成线路上加装50％的可控串补比新建第二回线路节省基建投资约1.0亿元。串补装置安装在220kV线路成县侧，2005年甘肃陇南地区电网结构图见图1。
图1 甘肃陇南地区电网结构图
甘肃碧成可控串补工程是由我国自主设计、制造、安装和调试的第一套国产化可控串补工程。该工程的主要技术参数如下：系统额定电压（线间）252kV；固定电容器组电容值146.6μF；容抗
21.7Ω（1.0pu）；电容器组基本容量 95.4Mvar(三相)；电容器容抗21.7Ω（1.0pu）；长期运行容抗 23.9Ω（1.1pu）；最大补偿容抗
54.3Ω（2.5pu）；额定电流 1.1kA；TCSC额定无功功率 86.6Mvar(三相)；TCSC额定电压26.3kV（1.0pu）；阀控电抗器工频电抗值
3.45Ω（10.98mH）；保护方式 M；MOV容量 10MJ/相；保护水平2.3pu（峰值37.2kV）。甘肃碧成TCSC工程具有以下技术特点：
（1） 根据业主对可靠性的要求，该工程将带有保护间隙的整套固定串补装置布置于大平台，晶闸管阀组布置于小平台，2个平台之间用隔离开关连接，每个平台用围栏围起来，相控电抗器放置2个平台之间。可采用一次电气或控制系统切换实现按可控串补（TCSC）模式与串补（FSC）模式之间的转换，提高了整套装置的可靠性，便于运行维护，降低了造价。一旦晶闸管阀或辅助系统故障，可以通过隔离开关将其退出维修，控制系统将可控串补模式切换为固定串补模式，保证线路正常运行。碧成TCSC工程的基本补偿度为50％，最大容抗提升系数为2.5。碧成TCSC工程装置的布局图见图2。
图2 碧成TCSC工程的装置布局图
（2） 通过一套控制系统装置可分别运行在FSC模式、TCSC模式和晶闸管保护电容器(TPSC)模式。控制、保护、调节和测量系统采用独立双系统设计，便于在线相互校验、可靠切换，提高了保护控制系统的可靠性。测量系统采用混合式光电测量技术、集中转换模式，以及高效、全封闭、多层次的电磁屏蔽设计，提高了抗干扰能力。利用激光送能和电流互感器取能并联供电的模式为测量系统的长期稳定运行提供可靠的能量。
（3） 卧式结构的晶闸管阀组件，特殊的取能方式和自纠错设计使TE板具有较强的低工况水平下的工作能力和较高的可靠性；TCSC晶闸管阀额定电压（连续）为26.3kV(RMS)，阀的最高电压峰值为85.4kV（不考虑反向恢复特性）。
（4） MOV采用了具有专利的阀配片技术，保证MOV各柱间电流不平衡系数的理论设计值小于1.5％，在现场短路试验中测得2组MOV间的电流不平衡系数为0.29％。
（5） 强制触发间隙由闪络间隙和续流间隙组成。特殊设计的触发和同步电路，双重化的触发控制系统，使闪络间隙具有精确的击穿电压和较高的可靠性。能够使电弧旋转的续流间隙可提高抗电弧烧蚀的能力。
（6） 阻尼回路采用电抗器并联带电阻器的MOV设计，采用串联无感陶瓷电阻片可解决多柱MOV并联时的均流问题，阻尼回路MOV各柱间电流不平衡系数小于2％。
在碧成可控串补装置正式投运前，为了测试装置的性能、绝缘水平和控制保护系统功能，于2004年12月22日开始历时4天进行了13项系统试验。包括平台带电试验、串补带电试验（空载）、串补带电试验（正常负载，合环）、可控串补容抗调节试验、可控串补晶闸管旁路试验、可控串补持续旁路试验、可控串补持续高容抗试验（最大提升系数为2.5）、控制保护系统切换试验、TCSC与FSC切换试验、串补本体保护电源掉电试验、抑制低频振荡试验、区内单相瞬时短路接地试验和谐波测试等。主要试验情况如下：①可控串补容抗调节试验。碧成线路输送功率为150MW，在当地工作站设置TCSC命令阻抗从1.2pu升至1.8pu，现场测得在54ms后TCSC阻抗达到设定值。②阻尼低频振荡试验。碧成线路输送功率为170MW，手动点跳碧成线路成县侧一相断路器，1s后重合。分别比较在无任何措施、FSC、TCSC、碧口机组投入和不投入PSS几种情况下的系统振荡现象。现场试验结果表明，TCSC可以改善系统的阻尼特性，阻尼比由0.016提高到0.042，而且可控串补阻尼功率振荡功能与碧口电厂的PSS配合良好。③区内单相瞬时短路接地试验。碧成线路输送功率为170MW，TCSC运行在1.1pu，MOV保护可同时向间隙和晶闸管发送命令。试验结果表明，保护控制系统动作正常，在MOV发出动作命令1ms后，间隙可靠动作，晶闸管阀全导通。④谐波测试。各项试验期间进行了谐波测试，测试结果表明，所测得的谐波数据与未投入串补时线路的谐波电流没有明显变化，公共点谐波注入满足要求，可控串补投入运行后不会影响系统正常运行。
所有现场试验成功完成，试验结果表明碧成可控串补装置抗干扰性能力强、可靠性高，显著提高了系统的输电能力。
3 结束语
（1） 为了满足大容量、长距离输电和电力负荷快速增长的需求，国家电网公司采取了多种技术措施提高电网的输电能力。包括通过现场试验等方法对电力系统动态特性和负荷模型进行研究、采用PSS等电网稳定控制措施、SVC和串补技术、STATCOM和SSSC技术，以及对发电机设备的测试和管理等技术措施。通过这些措施，2005年和2006年，仅国家电网公司跨大区联络线的输电能力就可提高2
800MW。
（2） 串联补偿技术在我国将具有广阔的应用前景。由我国自行研制的第一套可控串补装置已于2004年底通过了13项系统试验，并正式投入运行。该工程基本串补度达50％，最大容抗提升系数为2.5，可运行于固定串补和可控串补2种模式下。该工程有效的改善了系统阻尼，使线路的输电能力提高了33％。
4 参考文献
[1] Hingorani N G, Narain G. Power electronics in electric
utilities: role of power electronics in future power systems. Proceedings
of the IEEE, 1987, 76(4).
[2] Liang J, Guo J B, Zhou X X .Theory analysis and engineering study
of Yimin-Fengtun 500kV TCSC transmission system. POWERCON’98 International
Conference on Power System Technology, Aug.18~21,1998， China.
[3] 李效珍,吉炜，汤海雁等. 我国第一套国产化可控串补装置在甘肃电网中的应用.电力设备, 2005.7(6)：34~36.
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