徐政

(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州市 310027)

?

電網(wǎng)發(fā)展的終極目標(biāo)與恒電壓運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)途徑

徐政

(浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州市 310027)

提出恒電壓運(yùn)行的概念并論證恒電壓運(yùn)行是電網(wǎng)發(fā)展的終極目標(biāo)。從恒電壓運(yùn)行的效益、恒電壓運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)手段和恒電壓運(yùn)行的成本估計(jì)3個方面展開論述。恒電壓運(yùn)行的效益包括4個方面，分別為恒電壓運(yùn)行是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的終極表現(xiàn)形式；恒電壓運(yùn)行能夠最大程度地抵御故障擾動并提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；恒電壓運(yùn)行可徹底解決大規(guī)模可再生能源接入電網(wǎng)引起的電壓波動問題；恒電壓運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損最小化。恒電壓運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)手段主要是采用基于模塊化多電平換流器技術(shù)的靜止同步補(bǔ)償器(modular multilevel converter based STATCOM，MMC-STATCOM)，目前技術(shù)水平下單個MMC-STATCOM的合理容量為500 MVA。對一個具有2萬km、500 kV輸電線路的受端骨干網(wǎng)架進(jìn)行了恒電壓運(yùn)行成本估計(jì)，表明所需要安裝的MMC-STATCOM容量在3 000萬 kVA以下，其投資成本在100億人民幣以內(nèi)。

電網(wǎng)規(guī)劃；恒電壓運(yùn)行；受端系統(tǒng)；無功平衡；多直流饋入；可再生能源接入電網(wǎng)；電壓波動；模塊化多電平換流器(MMC)；靜止同步補(bǔ)償器

0 引 言

本文所謂的恒電壓運(yùn)行，指的是電力系統(tǒng)中某個局部區(qū)域的骨干網(wǎng)架上的變電站母線電壓，在一年365天、每天24 h的任何時刻(除電網(wǎng)遭受大擾動的故障時段外)，都運(yùn)行在統(tǒng)一的電壓值上。例如，廣東電網(wǎng)珠三角區(qū)域的500 kV網(wǎng)架上的變電站母線電壓永遠(yuǎn)在一個恒定值上運(yùn)行；上海電網(wǎng)的500 kV網(wǎng)架上的變電站母線電壓永遠(yuǎn)在一個恒定值上運(yùn)行等。對于交流電力系統(tǒng)，由于無功調(diào)節(jié)能力的限制，恒電壓運(yùn)行一直是一種奢望。電力系統(tǒng)運(yùn)行的2個基本約束是有功功率平衡和無功功率平衡[1-12]，目前電力系統(tǒng)運(yùn)行的一些基本概念，如大方式、小方式、順調(diào)壓、逆調(diào)壓等，都與這2個基本約束有關(guān)。由于交流電力系統(tǒng)元件所消耗的無功功率與所流過的有功功率相關(guān)，因此無功功率平衡的水平隨有功功率的變化而變化。如果無功功率平衡的水平一直維持在某一恒定值不變，即不隨有功功率的變化而變化，那么電網(wǎng)電壓也能維持在某一恒定值不變，達(dá)到恒定電壓運(yùn)行的目標(biāo)。

1 實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行的效益

1.1 恒電壓運(yùn)行是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的終極表現(xiàn)形式

電網(wǎng)堅(jiān)強(qiáng)的程度在學(xué)術(shù)上并沒有嚴(yán)格的定義，而電力系統(tǒng)界一直強(qiáng)調(diào)的加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，其理解也因人而異。但堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的終極形式則是一個非常成熟的概念，這就是所謂的無窮大電網(wǎng)，其基本特征是：(1)電網(wǎng)頻率不隨輸入或輸出的功率而變化；(2)電網(wǎng)電壓不隨輸入或輸出的功率而變化。在有功充足的情況下，恒定電壓運(yùn)行就意味著實(shí)現(xiàn)了無窮大電網(wǎng)的2個基本特性，因而顯然是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的終極表現(xiàn)形式。

1.2 恒電壓運(yùn)行能夠最大程度地抵御故障擾動并提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

如果能在局部電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架上實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行，則意味著該局部電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架具有充足的無功功率調(diào)控能力，因而在電網(wǎng)遭受大擾動故障時，只要這些無功功率調(diào)控能力得到發(fā)揮，則該局部電網(wǎng)的電壓就能最大程度地保持恒定，從而會比常規(guī)電網(wǎng)具有大得多的抗擾動能力，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定水平。

恒電壓運(yùn)行的上述優(yōu)勢在提高多直流饋入受端系統(tǒng)的穩(wěn)定性從而提高受端系統(tǒng)接納直流饋入容量方面表現(xiàn)得尤為突出。

例如對于廣東電網(wǎng)的珠江三角洲區(qū)域或上海電網(wǎng)，其500 kV網(wǎng)架上有近10個直流饋入點(diǎn)，每個直流饋入點(diǎn)的饋入容量都很大，一般為300萬kW，有的超過500萬kW。對于這樣的多直流饋入受端系統(tǒng)，交流系統(tǒng)故障或直流系統(tǒng)故障都有可能對整個系統(tǒng)造成巨大的沖擊，特別是送端系統(tǒng)與受端系統(tǒng)處于同一個同步電網(wǎng)內(nèi)時，交流側(cè)或直流側(cè)的一般性故障都有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的崩潰[13]。

下面以交流側(cè)故障為例說明其機(jī)理。(1)當(dāng)受端交流電網(wǎng)某處發(fā)生故障時，必然造成受端直流輸電逆變站交流母線電壓的跌落。(2)一般情況下，當(dāng)逆變站交流母線電壓跌落幅度超過10%時，逆變站會發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致直流輸電線路的輸送功率中斷。由于受端系統(tǒng)有多個逆變站，因此，一個交流側(cè)故障可能導(dǎo)致多個甚至所有逆變站同時發(fā)生換相失敗，所造成的輸送功率中斷的量是巨大的，比如對于珠三角電網(wǎng)或上海電網(wǎng)，這個量可以達(dá)到2 000萬kW。(3)由于送受端處于同一個同步電網(wǎng)中，中斷的直流輸送功率必然會轉(zhuǎn)移到與其并列的交流輸電線路上，而巨量的轉(zhuǎn)移功率很容易導(dǎo)致并列的交流輸電線路嚴(yán)重過載，從而導(dǎo)致沿線電壓嚴(yán)重下降，由電壓下降又進(jìn)一步導(dǎo)致無功功率消耗大幅上升，最終的結(jié)果是電壓崩潰，系統(tǒng)失穩(wěn)。

當(dāng)送端系統(tǒng)與受端系統(tǒng)不在同一個同步電網(wǎng)內(nèi)時，情況會好一些；但受端電網(wǎng)內(nèi)部的大幅度潮流轉(zhuǎn)移也是不可避免的，控制不當(dāng)同樣會造成很嚴(yán)重的后果。

如果受端電網(wǎng)采用恒電壓運(yùn)行方式，那么對多直流饋入受端系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的提高主要表現(xiàn)在如下2個方面。

(1)減少換相失敗的逆變站數(shù)目：當(dāng)受端電網(wǎng)某處發(fā)生故障時，遠(yuǎn)離故障點(diǎn)的逆變站由于恒電壓運(yùn)行控制的作用，會使逆變站交流母線電壓幾乎不發(fā)生跌落，從而避免了換相失敗的發(fā)生，這從總體上減少了輸送功率中斷的量，從而大大改善了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定特性。

(2)保證故障后直流輸送功率的快速恢復(fù)：當(dāng)故障切除后，對于常規(guī)電網(wǎng)，各逆變站交流母線電壓的恢復(fù)速度可能較慢，比如經(jīng)過200 ms后才恢復(fù)到正常值，這樣就造成了直流線路的功率也滯后200 ms后才恢復(fù)到正常值，對整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常不利。而采用恒電壓運(yùn)行方式后，由于恒電壓運(yùn)行的控制作用，各逆變站交流母線電壓瞬間恢復(fù)到正常值，使得各直流線路功率在故障后立刻恢復(fù)到正常值，從而大大提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.3 恒電壓運(yùn)行可徹底解決大規(guī)?？稍偕茉唇尤腚娋W(wǎng)引起的電壓波動問題

可再生能源由于其波動性，其消納所遇到的根本問題就是可能對電力系統(tǒng)運(yùn)行的2個基本約束構(gòu)成挑戰(zhàn)。在有功平衡電源充足的情況下，恒電壓運(yùn)行意味著無功功率平衡問題已得到解決，因而可以徹底解決大規(guī)?？稍偕茉唇尤胍鸬碾妷翰▌訂栴}。

1.4 恒電壓運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損最小化

在恒電壓運(yùn)行條件下，電網(wǎng)中的無功功率流動達(dá)到了最小化，因而電力系統(tǒng)中各元件流過的電流也達(dá)到了最小化。由于有功功率損耗與元件流過的電流的平方成正比，電流最小化就意味著有功功率損耗的最小化，因而整個系統(tǒng)的網(wǎng)損也達(dá)到最小化。

2 實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行的技術(shù)手段

實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行的物理基礎(chǔ)是，一年365天、每天24小時的任何時刻(除電網(wǎng)遭受大擾動的故障時段外)，電網(wǎng)的無功功率都能夠精確平衡在某個特定的水平上。因此開發(fā)超大容量的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置是實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行的關(guān)鍵。

令人欣慰的是，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是近年來模塊化多電平換流器(modular multilevel converter，MMC)技術(shù)的發(fā)展[14]，這種超大容量的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，這種基于MMC技術(shù)的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置我們將其稱為MMC-STATCOM[15]。按照目前電力電子器件的發(fā)展水平，特別是IGBT器件的發(fā)展水平，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上合理的MMC-STATCOM單臺容量在500 MVA左右。國內(nèi)已有多家制造商在柔性直流輸電用MMC制造方面具有很成熟的經(jīng)驗(yàn)，大規(guī)模生產(chǎn)MMC-STATCOM已不是問題。

2.1 模塊化多電平換流器的基本結(jié)構(gòu)

模塊化多電平換流器MMC的基本結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示。一個換流器有6個橋臂，每個橋臂有N個子模塊(SM)，每一相的上下2個橋臂合在一起稱為1個相單元。交流側(cè)中性點(diǎn)用O′表示，直流側(cè)中性點(diǎn)用O表示。電阻R0用來等效整個橋臂的損耗，L0為橋臂電抗器。同一橋臂所有子模塊構(gòu)成的橋臂電壓為urj(r=p、n，分別表示上下橋臂；j=a、b、c，表示abc三相)，流過橋臂的電流為irj。Udc為直流側(cè)電壓。usj為交流系統(tǒng)j相等值電勢，Lac為換流器交流出口va、vb、vc到交流系統(tǒng)等值電勢之間的等效電感(包含系統(tǒng)等效電感和變壓器漏電感)。MMC交流出口處輸出電壓和輸出電流分別為uvj和ivj。uEpn為點(diǎn)Epa和點(diǎn)Ena之間的電位差。所考慮的MMC子模塊結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示，T1和T2代表IGBT，D1和D2代表反并聯(lián)二極管，C0代表子模塊的直流側(cè)電容器；uc為電容器的電壓，usm為子模塊兩端的電壓，ism為流入子模塊的電流。

2.2 MMC-STATCOM的運(yùn)行原理

根據(jù)MMC的解析模型[16-17]，對于基波等值電路，相單元中2個橋臂電抗器各自的非公共連接端(即圖1中的Epj和Enj)是等電位的，因此可以將Epj和Enj這2個點(diǎn)連接起來，用ndiff來表示該點(diǎn)，稱為上下橋臂電抗器的虛擬等電位點(diǎn)。就可以得到MMC的單相基波等值電路，如圖2所示。

根據(jù)圖2，可以直接推導(dǎo)出：

(1)

(2)

(3)

其中：

(4)

(5)

這樣，udiff不但可以理解為上下橋臂的差模電壓，同時也可以理解為上下橋臂電抗器虛擬等電位點(diǎn)ndiff上的電壓。

圖1 MMC基本結(jié)構(gòu)Fig.1 Basic structure of MMC

圖2 MMC的單相基波等值電路與接入交流系統(tǒng)示意圖Fig.2 Single-phase fundamental wave equivalent circuit of MMC and connecting AC system

由于udiff可以直接由upj和unj控制，即可由控制器進(jìn)行直接控制，因而將圖2中的ndiff點(diǎn)選作電壓調(diào)制波的定義節(jié)點(diǎn)。這樣，定義MMC的輸出電壓調(diào)制比m等于ndiff上的基波相電壓幅值Udiffm除以Udc/2，即

(6)

顯然，電壓調(diào)制比m的變化范圍是0

對圖2所示的模型系統(tǒng)采用標(biāo)幺值進(jìn)行分析。設(shè)電壓基準(zhǔn)值為連接變壓器網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的額定電壓，功率基準(zhǔn)值取MMC的額定容量，約定MMC的額定容量以v點(diǎn)作為參考點(diǎn)，也就是從v點(diǎn)輸出的額定容量就是MMC的額定容量。這樣，MMC從ndiff點(diǎn)輸出的有功功率和無功功率可以分別表示為：

(7)

(8)

對于MMC-STATCOM，消耗的有功功率很小，近似認(rèn)為Pdiff=0，因此，δdiff=δpcc，這樣式(8)可以改寫為

(9)

設(shè)Upcc按恒定電壓UpccN控制，即Upcc=UpccN。則定義Udiff的額定值UdiffN為UdiffN=UpccN，同時定義所對應(yīng)的調(diào)制比m為額定調(diào)制比mN，一般情況下，mN為0.85左右。當(dāng)m>mN時，Udiff>Upcc，Qdiff>0，MMC-STATCOM輸出無功功率，通常當(dāng)m≈1時，MMC-STATCOM輸出無功功率達(dá)到額定值。當(dāng)m

3 局部電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行所需的MMC-STATCOM的容量評估及其成本分析

3.1 輸電線路的無功吞吐特性分析

首先，以輸電線路為例分析無功功率的吞吐情況[18]。交流輸電線路的一般性模型可以用圖3來表示，其中輸電線路采用正序模型。由于高壓輸電線路工頻下的單位長度電阻與電抗之比一般較小(不超過0.1)，因此分析輸電線路無功吞吐情況時，忽略電阻不會對分析結(jié)果產(chǎn)生明顯的影響。

圖3 交流輸電線路一般性模型

Fig.3 General model of AC transmission line

在假設(shè)輸電線路無損的條件下，描述輸電線路基本特性的著名的長線方程變?yōu)?/p>

(10)

(11)

式中：Zc為波阻抗(也稱為特征阻抗)；β為相位常數(shù)，即：

(12)

β=ω/c≈0.06°/km

(13)

式中：L1、C1分別為線路單位長度的電感和電容；ω為工頻角頻率；c為光速。

由于：

(14)

代入方程(10)有

(15)

(16)

令式(15)和式(16)的實(shí)部和虛部分別相等有：

(17)

(18)

從而有：

(19)

(20)

由對應(yīng)關(guān)系，容易得到：

(21)

(22)

如果分別取線路額定電壓和自然功率作為電壓基準(zhǔn)值和功率基準(zhǔn)值，即?。?/p>

UB=Urated

(23)

(24)

則輸送功率的標(biāo)幺值方程(這里用小寫字母表示標(biāo)么值)分別為

(25)

(26)

(27)

式中：us和ur分別為送受端電壓標(biāo)幺值。根據(jù)圖3的參考方向，流過輸電線路的有功功率可以用式(25)表示，而注入輸電線路的無功功率可以用式(28)表示：

(28)

式中：qline表示注入線路的無功功率，qline>0表示線路吸收(吞)無功功率，qline<0表示線路發(fā)出(吐)無功功率。

下面以500kV線路為例，計(jì)算輸電線路的無功吞吐情況。對于500kV輸電線路，其自然功率約等于1 000MW。設(shè)線路長度l=100km，且us=ur=1。當(dāng)輸電線路空載時，ps=pr=0，δ=0，可以得到qline=-0.105，即輸電線路可以發(fā)出無功功率105 Mvar。當(dāng)輸電線路半載時，ps=pr=0.5，δ=3°，可以得到qline=-0.078 6，即輸電線路可以發(fā)出無功功率78.6Mvar。當(dāng)輸電線路帶自然功率時，ps=pr=1，δ=6°，可以得到qline=0，即輸電線路既不發(fā)出無功功率，也不消耗無功功率。當(dāng)輸電線路帶1.5倍自然功率時，ps=pr=1.5，δ=9.02°，可以得到qline=0.132，即輸電線路吸收無功功率132Mvar。當(dāng)輸電線路帶2倍自然功率時，ps=pr=2，δ=12.07°，可以得到qline=0.318，即輸電線路吸收無功功率 318Mvar。

3.2 受端骨干網(wǎng)架恒電壓運(yùn)行所需要的MMC-STATCOM的容量估算

設(shè)受端系統(tǒng)骨干網(wǎng)架為500kV網(wǎng)架，功率計(jì)量關(guān)口設(shè)置在變電站的500kV側(cè)，要求變電站的功率計(jì)量關(guān)口功率因數(shù)始終保持為1。即假定220kV及更低電壓等級的電網(wǎng)配置有充足的普通無功補(bǔ)償裝置(比如電力電容器和低壓電抗器等)，能保證穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時變電站 500kV側(cè)功率計(jì)量關(guān)口的功率因數(shù)始終保持為1。

在上述假定條件下，要使500kV網(wǎng)架恒電壓運(yùn)行，只要在任何時候?qū)?00kV輸電線路吞吐的無功功率全部補(bǔ)償?shù)艟托?。根?jù)3.1節(jié)對輸電線路無功吞吐特性的分析，如果假定500kV網(wǎng)架的負(fù)載率變化范圍為空載到1.5倍自然功率，即輸電線路輸送的有功功率從空載到1.5倍的自然功率之間變化。則空載時每100km輸電線路會發(fā)出105Mvar的無功功率，帶1.5倍自然功率時會吸收132Mvar的無功功率。考慮到MMC-STATCOM既可以發(fā)出無功功率，也可以吸收無功功率，且發(fā)出和吸收無功功率的容量是對稱的。因此，按無功功率吞吐的最大值確定MMC-STATCOM的容量。這樣，每100km輸電線路需要安裝的MMC-STATCOM的容量為132MVA。

3.3 局部電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行的成本估計(jì)

由3.1節(jié)分析知，若受端電網(wǎng)骨干網(wǎng)架為500kV網(wǎng)架，那么對于一個具有200回平均輸電距離為100km的受端骨干網(wǎng)架，例如珠三角電網(wǎng)或上海電網(wǎng)基本上就這個規(guī)模，需要安裝的MMC-STATCOM的容量為200132MVA=26 400MVA。按照MMC-STATCOM2015年的價格水平(3.5億元人民幣/1 000MVA)計(jì)算，共需人民幣92.4億元。

4 對今后受端電網(wǎng)建設(shè)的建議

恒電壓運(yùn)行是電網(wǎng)發(fā)展的終極目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行，可以徹底解決大規(guī)?？稍偕茉唇尤胨鸬碾妷翰▌訂栴}，在很大程度上解決由傳統(tǒng)直流輸電引起的多直流饋入問題，對受端電網(wǎng)的安全穩(wěn)定特性具有根本性的改善作用。實(shí)現(xiàn)恒電壓運(yùn)行的主要技術(shù)手段是安裝MMC-STATCOM，今后受端電網(wǎng)的500kV變電站新建或改造時應(yīng)考慮安裝大容量的MMC-STATCOM；受端電網(wǎng)中的500kV直流輸電換流站一方面應(yīng)考慮安裝大容量的MMC-STATCOM，另一方面應(yīng)考慮直接將傳統(tǒng)的電網(wǎng)換相換流器更換為MMC，從而使直流輸電的逆變站本身就具有恒電壓運(yùn)行的能力。

[1]韓英鐸，姜齊榮，謝小榮，等. 從美加大停電事故看我國電網(wǎng)安全穩(wěn)定對策的研究[J]. 電力設(shè)備, 2004, 5(3):8-12.HanYingduo,JiangQirong,XieXiaorong,etal.August14thblackoutintheUSandproposeforchinesepowersystemtoimprovingstabilityandsecurity[J].ElectricalEquipment, 2004, 5(3):8-12.

[2]夏祖華，沈斐，胡愛軍，等. 動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用綜述[J]. 電力設(shè)備, 2004, 5(10):27-31.XiaZuhua,ShenFei,HuAijun,etal.Applicationsummarizationontechnologyofdynamicreactivepowercompensation[J].ElectricalEquipment, 2004, 5(10):27-31.

[3]劉振亞，張啟平，王雅婷，等. 提高西北新甘青750kV送端電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平的無功補(bǔ)償措施研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2015, 35(5):1015-1022.LiuZhenya,ZhangQiping,WangYating,etal.Researchonreactivecompensationstrategiesforimprovingstabilitylevelofsending-endof750kVgridinNorthwestChina[J].ProceedingsoftheCSEE, 2015, 35(5):1015-1022.

[4]莫浪嬌，駱樹權(quán). ±200MvarSTATCOM在500kV水鄉(xiāng)站的工程實(shí)踐[J]. 高壓電器, 2015, 51(6):47-52.MoLangjiao,LuoShuquan.Engineeringpracticeof±200MvarSTATCOMin500kVShuixiangsubstation[J].HighVoltageApparatus, 2015, 51(6):47-52.

[5]田昕，鐘勝，王慧來，等. 大型受端電網(wǎng)動態(tài)無功配置[J]. 中國電力, 2014, 47(6):12-17.TianXin,ZhongSheng,WangHuilai,etal.DynamicVARconfigurationinalargereceiving-endpowergrid[J].ElectricPower, 2014, 47(6):12-17.

[6]熊超英，覃琴，王軒，等. 移動式百兆乏級STATCOM在上海電網(wǎng)的應(yīng)用研究[J]. 華東電力, 2012, 40(6):919-923.XiongChaoying,QinQin,WangXuan,etal.Applicationof100MvarrelocatableSTATCOMinShaanghaigrid[J].EastChinaElectricPower, 2012, 40(6):919-923.

[7]王吉利，李小騰，范越，等. 電力系統(tǒng)延遲電壓恢復(fù)問題綜述[J]. 陜西電力, 2014, 42(8):34-39.WangJili,LiXiaoteng,FanYue,etal.Anoverviewofdelayedvoltagerecoveryinpowersystems[J].ShaanxiElectricPower, 2014, 42(8):34-39.

[8]申毅，姜純，宋生麒，等. 青海海西電網(wǎng)動態(tài)無功配置方案初探[J]. 青海電力, 2015, 34(1):4-8.ShenYi,JiangChun,SongShengqi,etal.DiscussiononthedynamicalreactivepowerconfigurationschemefortheWesternQinghaipowergrid[J].QinghaiElectricPower, 2015, 34(1):4-8.

[9]桂永光，劉桂英，粟時平，等.STATCOM在海南電網(wǎng)中的應(yīng)用[J]. 中國電力, 2015, 48(4):141-146.GuiYongguang,LiuGuiying,SuShiping,etal.ApplicationofstaticsynchronouscompensatordeviceinHainanpowergrid[J].ElectricPower, 2015, 48(4):141-146.

[10]馬兆興，陳昊，萬秋蘭. 計(jì)及STATCOM容量約束的電壓失穩(wěn)性分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2013, 33(28):88-93.MaZhaoxing,ChenHao,WanQiulan.AnalysisonvoltageinstabilityconsideringSTATCOMcapacityconstraint[J].ProceedingsoftheCSEE, 2013, 33(28):88-93.

[11]劉錦寧，劉洋，何偉斌. ±200Mvar靜止同步補(bǔ)償器的電網(wǎng)電壓控制策略[J]. 電力自動化設(shè)備, 2015,35(5):29-35.LiuJinning,LiuYang,HeWeibin.Gridvoltagecontrolof±200MvarSTATCOM[J].ElectricPowerAutomationEquipment, 2015,35(5):29-35.

[12]楊林，汪惟源，曹敏敏，等. 基于特高壓背景的江蘇電網(wǎng)電壓控制[J]. 電網(wǎng)與清潔能源, 2015,31(3):74-78.YangLin,WangWeiyuan，CaoMinmin，etal.VoltagecontrolinJiangsupowergridinthebackgroundofUHVACandDC[J].PowerSystemandCleanEnergy, 2015, 31(3):74-78.

[13]徐政,黃弘揚(yáng),周煜智. 描述交直流并列系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)品質(zhì)的3 種宏觀指標(biāo)[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報, 2013,33(4):1-7.XuZheng,HuangHongyang,ZhouYuzhi.ThreemacroscopicindexesfordescribingthequalityofAC/DChybridpowergridstructures[J].ProceedingsoftheCSEE, 2013,33(4):1-7.

[14]徐政. 柔性直流輸電系統(tǒng)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012：27-52.XuZheng．VoltagesourceconverterbasedHVDCpowertransmissionsystems[M].Beijing:ChinaMachinePress, 2012：27-52.

[15]朱勁松，李磊. 基于模塊化多電平換流器的STATCOM分析與控制 [J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2012, 40(24):113-117.ZhuJinsong,LiLei.AnalysisandcontrolofSTATCOMbasedonmodularmultilevelconverters[J].PowerSystemProtectionandControl, 2012, 40(24):113-117.

[16]XiaoH,XuZ,XueY,etal.Theoreticalanalysisoftheharmoniccharacteristicsofmodularmultilevelconverters[J].ScienceChinaTechnologicalScience, 2013, 56(11): 2762-2770.

[17]肖晃慶, 徐政, 薛英林, 等. 模塊化多電平換流器諧波特性解析分析[J]. 中國科學(xué)：技術(shù)科學(xué), 2013, 43(11): 1272-1280.XiaoHuangqing,XuZheng,XueYinglin,etal.Theoreticalanalysisoftheharmoniccharacteristicsofmodularmultilevelconverters[J].ScienceChinaTechnologicalScience, 2013, 43(11): 1272-1280.

[18]徐政. 交直流電力系統(tǒng)動態(tài)行為分析[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2004：15-17.XuZheng．DynamicperformanceanalysisofAC/DCpowersystems[M].Beijing：ChinaMachinePress，2004：15-17.

(編輯： 張媛媛)

Ultimate Goal of Power Grid Development and Realization Way of Constant Voltage Operation

XU Zheng

(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)

The concept of constant voltage operation was proposed, and it was demonstrated as the ultimate goal of power grid development. The topic was expanded from three aspects, including constant voltage operation’s benefit, realization way, and cost. The benefit of constant voltage operation includes four facets: constant voltage operation is the ultimate presentation of the strong smart grid; constant voltage operation can resist fault disturbance in the most powerful manner and improve the stability of power system greatly; constant voltage operation can completely eliminate the voltage fluctuation problem caused by the integration of large-scale renewable energy; constant voltage operation can minimize the grid loss. The realization way of constant voltage operation is mainly the static synchronous compensator based on modular multilevel converter (MMC-STATCOM), whose appropriate single unit capacity at present technology level is about 500 MVA. The cost of constant voltage operation was estimated on a typical receiving system of 20 000 km 500 kV transmission line. The result shows that the capacity of the needed MMC-STATCOM is less than 30 GVA and the investment cost is less than 10 billion Yuan.

power grid planning; constant voltage operation; receiving system; reactive power balance; DC multi-infeed; renewable energy integration; voltage fluctuation; modular multilevel converter(MMC); static synchronous compensator

TM 712

A

1000-7229(2015)10-0034-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2015.10.005

2015-07-01

2015-07-27

徐政(1962)，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)榇笠?guī)模交直流電力系統(tǒng)分析、直流輸電與柔性交流輸電、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)。