費(fèi)雯麗， 王曉蓓， 張?zhí)烊?/p>

(海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院， 武漢 430034)

由于一次能源和主要用電負(fù)荷地理上分布不均勻，中國(guó)已經(jīng)建成了大規(guī)模的超高壓和特高壓輸電線(xiàn)路[1]。然而，由于電網(wǎng)中輸電線(xiàn)路潮流的自然分布是由系統(tǒng)注入模式、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)決定的，因此系統(tǒng)實(shí)際潮流分布和理想分布可能相去甚遠(yuǎn)。尤其在環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路中，潮流的不均衡分布可能造成部分線(xiàn)路重載，而部分線(xiàn)路利用率不足，既沒(méi)有充分挖掘現(xiàn)有電網(wǎng)的潛力，又影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[2-3]。因此亟需采用一種有效的潮流調(diào)節(jié)裝置，解決高壓環(huán)網(wǎng)中的潮流分布不均問(wèn)題。

基于電力電子器件的統(tǒng)一潮流控制器(unified power flow controller, UPFC)可快速、連續(xù)的調(diào)節(jié)輸電線(xiàn)路的潮流，但由于其成本較高、電力電子器件在高壓環(huán)境下運(yùn)行可靠性低等問(wèn)題，它更適用于電壓等級(jí)低、對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力、響應(yīng)速度要求高的應(yīng)用場(chǎng)合[4-5]。

近年來(lái)，有學(xué)者提出了混合式統(tǒng)一潮流控制器(hybrid electromagnetic unified power flow controller, HEUPFC)，即將大容量的“Sen”變壓器和小容量的UPFC結(jié)合，既彌補(bǔ)了“Sen”變壓器離散調(diào)節(jié)的不足[6-8]，又彌補(bǔ)了僅采用UPFC調(diào)節(jié)時(shí)，裝置成本高、損耗大和可靠性低等方面的不足[9-11]。但其有功潮流調(diào)節(jié)范圍有限。

文獻(xiàn)[12]在HEUPFC的基礎(chǔ)上，提出了高壓混合式統(tǒng)一潮流控制器(high-voltage hybrid unified power flow controller, HHUPFC)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。相比于HEUPFC，HHUPFC大幅度增加了裝置同容量下的有功的潮流調(diào)節(jié)范圍。HHUPFC由大容量的高壓“Sen”變壓器(high-voltage “Sen” transformer, HVST)[13]和小容量UPFC組成，是一種適合高壓電力系統(tǒng)的功能強(qiáng)大的潮流調(diào)節(jié)裝置。但文獻(xiàn)[12]僅在單條輸電線(xiàn)路上研究了HHUPFC的潮流調(diào)節(jié)原理，并未對(duì)其在環(huán)網(wǎng)中的調(diào)節(jié)性能進(jìn)行研究。

基于此，現(xiàn)研究HHUPFC在環(huán)網(wǎng)中的潮流調(diào)節(jié)問(wèn)題，在介紹HHUPFC基本原理的基礎(chǔ)上，理論推導(dǎo)了HHUPFC在環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路中的調(diào)節(jié)原理，并在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)及廣東某220 kV環(huán)網(wǎng)中仿真對(duì)比HHUPFC和HEUPFC的潮流調(diào)節(jié)性能，以驗(yàn)證HHUPFC在環(huán)網(wǎng)潮流調(diào)節(jié)中的優(yōu)勢(shì)及作用。

1 HHUPFC基本原理

1.1 HHUPFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖1 HHUPFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.1 Schematic diagram of HHUPFC

HHUPFC接入三相輸電線(xiàn)路的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。HHUPFC由大容量HVST和小容量UPFC組成。補(bǔ)償前系統(tǒng)首端電壓為UsA、UsB、UsC，經(jīng)過(guò)HHUPFC補(bǔ)償后，系統(tǒng)首端電壓為UsA1、UsB1、UsC1。HHUPFC輸出的串聯(lián)側(cè)補(bǔ)償電壓為UHHA、UHHB、UHHC，通過(guò)三相隔離變壓器注入系統(tǒng)首端。

圖1中，A、B、C為HVST和UPFC共用的三相原邊勵(lì)磁繞組，a1、b1、c1為三相原邊繞組中帶可調(diào)抽頭的部分，a2、b2、c2為帶有可調(diào)抽頭的二次繞組，這兩部分帶有可調(diào)抽頭的繞組提供了HVST輸出的串聯(lián)補(bǔ)償電壓；a3、b3、c3這3個(gè)二次繞組為UPFC并聯(lián)側(cè)提供三相勵(lì)磁電壓。

HHUPFC中各繞組的具體接線(xiàn)方式如圖1所示，A相輸電線(xiàn)路串入的補(bǔ)償電壓UHHA由b1繞組、c2繞組、UPFC-a提供；B相線(xiàn)路串入的補(bǔ)償電壓UHHB由c1繞組、a2繞組、UPFC-b提供; C相線(xiàn)路串入的補(bǔ)償電壓UHHC由a1繞組、b2繞組、UPFC-c提供。

1.2 HHUPFC的電壓調(diào)節(jié)特性

HVST產(chǎn)生的串聯(lián)側(cè)補(bǔ)償電壓UHVST和UPFC產(chǎn)生的串聯(lián)側(cè)補(bǔ)償電壓UUPFC串聯(lián)，合成裝置HHUPFC的串聯(lián)側(cè)補(bǔ)償電壓UHH，需要注意的是，HVST和UPFC輸出的串聯(lián)補(bǔ)償電壓都是三相對(duì)稱(chēng)的，這樣才能保證串聯(lián)補(bǔ)償后的三相電壓仍然維持三相平衡。補(bǔ)償后的系統(tǒng)首端電壓可表示為

Us1=Us+UHH=Us+UHVST+UUPFC

(1)

式(1)中：Us為首端電壓。當(dāng)HVST的可調(diào)抽頭能在(0，±1)這3個(gè)檔位調(diào)節(jié)，即HVST的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)m=1時(shí)，HHUPFC三相的串聯(lián)側(cè)輸出電壓向量圖如圖2所示。

圖2 HHUPFC串聯(lián)側(cè)輸出電壓向量(m=1)Fig.2 Output voltage phasors of HHUPFC(m=1)

HVST可輸出的電壓向量是菱形上離散的點(diǎn)，而UPFC則可以輸出以其最大補(bǔ)償電壓為半徑的圓內(nèi)的任一電壓向量，當(dāng)這兩個(gè)向量疊加，HHUPFC就結(jié)合了HVST的點(diǎn)補(bǔ)償和UPFC的面補(bǔ)償能力，HHUPFC電壓向量的輸出范圍即圖2中所有小圓所覆蓋的整個(gè)區(qū)域，是連續(xù)可調(diào)的。

當(dāng)HVST的調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)m增大時(shí)，HHUPFC可輸出的電壓向量數(shù)量就會(huì)增加，UPFC的小圓半徑就可以隨之減少。即隨著HVST調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)的增多，可減少UPFC的容量。

1.3 HHUPFC的潮流調(diào)節(jié)特性

接入HHUPFC裝置的輸電系統(tǒng)及其電壓向量示意圖如圖3所示(假設(shè)調(diào)節(jié)級(jí)數(shù)m=3)，其中HHUPFC串聯(lián)部分的補(bǔ)償功能用電壓向量UHH表示，幅值為U′HH，相位為θHH。輸電線(xiàn)路兩端簡(jiǎn)化為理想的單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)。補(bǔ)償前，系統(tǒng)首端電壓用Us表示，系統(tǒng)末端電壓用Ur表示，系統(tǒng)首末端本身的相位差為δ。經(jīng)過(guò)HHUPFC補(bǔ)償后，系統(tǒng)首端電壓向量用Us1表示，補(bǔ)償后系統(tǒng)首末的相位差為δ1，忽略線(xiàn)路的電阻和電容，其等效電抗為XL，輸電系統(tǒng)末端有功、無(wú)功潮流分別為Pr、Qr。

圖3 接入HHUPFC的輸電系統(tǒng)及電壓向量示意圖Fig.3 Schematic diagram of a power system with a HHUPFC block and the phasor diagram

通過(guò)潮流計(jì)算可知， HHUPFC補(bǔ)償后，輸電系統(tǒng)末端的有功潮流Pr、無(wú)功潮流Qr表達(dá)式分別為

(2)

(3)

將式(2)、式(3)結(jié)合HHUPFC在整個(gè)區(qū)域的電壓控制向量圖[圖3(b)]可得，輸電線(xiàn)路末端傳輸?shù)挠泄Τ绷鱌r、無(wú)功潮流Qr調(diào)節(jié)區(qū)域就如圖4所示，其中Pr0、Qr0分別為沒(méi)有潮流調(diào)節(jié)裝置時(shí)線(xiàn)路末端傳輸?shù)挠泄?、無(wú)功功率。圖3(b)中每一個(gè)電壓向量控制點(diǎn)都對(duì)應(yīng)圖4中一個(gè)P-Q運(yùn)行點(diǎn)，如圖3(b)中HHUPFC輸出電壓向量“OM”時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的潮流運(yùn)行點(diǎn)即為圖4中的點(diǎn)“N”。通過(guò)控制HHUPFC串聯(lián)側(cè)輸出不同幅值UHH、不同相位θHH的電壓向量，即可以得到圖4所示的潮流控制區(qū)域。以上就是HHUPFC在單條輸電線(xiàn)路上進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)和潮流調(diào)節(jié)的基本原理。

圖4 HHUPFC控制下的P-Q運(yùn)行范圍Fig.4 Relationship between P and Q with the HHUPFC

2 環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路中的潮流調(diào)節(jié)原理

簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)的等效結(jié)構(gòu)圖如圖5所示，系統(tǒng)“s”通過(guò)環(huán)網(wǎng)(輸電線(xiàn)路L1、L2和L3)向系統(tǒng)“r1”和系統(tǒng)“r2”傳輸電能。

圖5 簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)的等效結(jié)構(gòu)Fig.5 Schematic diagram of a simplified ring network

圖5所示的簡(jiǎn)單環(huán)網(wǎng)中，系統(tǒng)“r1”和“r2”帶有恒定負(fù)載，其功率分別為SLD1=PLD1+jQLD1,SLD2=PLD2+jQLD2。系統(tǒng)“s”發(fā)出的功率Ss=Ps+jQs。忽略電阻的影響，系統(tǒng)“s”發(fā)出的有功功率必然等于系統(tǒng)“r1”和系統(tǒng)“r2”接收的有功功率之和。輸電線(xiàn)路L1、L2和L3上的等效電抗分別為XL1、XL2和XL3，在這些線(xiàn)路上傳輸?shù)某绷鞣謩e記為S1=Pr1+jQr1、S2=Pr2+jQr2和S3=Pr3+jQr3。

根據(jù)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)的功率分布計(jì)算公式可知，該環(huán)網(wǎng)的功率分布為

(4)

(5)

(6)

由式(4)～式(6)可知，環(huán)網(wǎng)潮流的分布除了受系統(tǒng)負(fù)荷(SLD1和SLD2)影響以外，主要是由輸電線(xiàn)路的電抗參數(shù)決定的。由于不能改變系統(tǒng)所需負(fù)荷值，如果環(huán)網(wǎng)的阻抗大小分布不合理，就會(huì)導(dǎo)致潮流在環(huán)網(wǎng)中的分布不合理，極端情況下可能出現(xiàn)部分線(xiàn)路過(guò)載、部分線(xiàn)路利用率不足的情況。因此，對(duì)于潮流分布不合理的環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路，可在其中一條線(xiàn)路首端安裝一個(gè)HHUPFC，在環(huán)網(wǎng)中引入環(huán)路電勢(shì)UHH使產(chǎn)生循環(huán)功率Sc，以對(duì)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行潮流控制，改善功率分布。HHUPFC接入輸電線(xiàn)路L2首端的環(huán)網(wǎng)等效結(jié)構(gòu)如圖6所示。

HHUPFC向系統(tǒng)提供的附加電勢(shì)為UHH，其幅值為U′HH，相對(duì)于系統(tǒng)“s”端電壓的相位為θHH。這個(gè)附加電勢(shì)在環(huán)網(wǎng)中產(chǎn)生循環(huán)電流Ic，并產(chǎn)生循環(huán)功率Sc，其中有功為Pc，無(wú)功為Qc。HHUPFC調(diào)節(jié)后，線(xiàn)路L1、L2和L3上傳輸?shù)挠泄Ψ謩e為P′r1、P′r2和P′r3，無(wú)功分別為Q′r1、Q′r2和Q′r3。3條輸電線(xiàn)路的電抗和記為X∑，忽略輸電線(xiàn)路和裝置本身的損耗，HHUPFC產(chǎn)生的循環(huán)電流為

(7)

圖6 接入HHUPFC后的環(huán)網(wǎng)等效結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Schematic diagram of a ring network with a HHUPFC block

圖6中，循環(huán)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍蚨撗h(huán)電流產(chǎn)生的循環(huán)功率Sc與輸電線(xiàn)路L1的原功率S1反方向，與輸電線(xiàn)路L2、L3的原功率S2、S3同方向。循環(huán)功率的計(jì)算表達(dá)式為

(8)

式(8)中：UN為輸電網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。

由于通常所說(shuō)的輸電容量是指線(xiàn)路傳輸?shù)挠泄β?，因此僅分析HHUPFC對(duì)線(xiàn)路傳輸?shù)挠泄β实挠绊?。通過(guò)式(8)可得，接入HHUPFC后，線(xiàn)路L1、L2和L3末端的有功功率表達(dá)式分別為

(9)

(10)

(11)

由式(9)～式(11)可知，通過(guò)調(diào)節(jié)HHUPFC的輸出電壓幅值UHH或輸出電壓相位θHH，即可調(diào)節(jié)環(huán)網(wǎng)中的線(xiàn)路潮流，改善功率分布。

為方便理解，現(xiàn)假設(shè)環(huán)網(wǎng)中初始的潮流分布為Pr2>Pr3>Pr1，其中輸電線(xiàn)路L2和L3過(guò)載，輸電線(xiàn)路L1輕載。當(dāng)HHUPFC的輸出電壓幅值UHH為一個(gè)恒定值，輸電線(xiàn)路L1、L2和L3傳輸?shù)挠泄Τ绷?P′r1、P′r2和P′r3)隨HHUPFC的輸出電壓相位θHH變化的曲線(xiàn)如圖7所示。

從圖7可以看出，當(dāng)HHUPFC的輸出電壓相位θHH在180°～360°范圍取值時(shí)，HHUPFC減少了線(xiàn)路L2和L3傳輸?shù)挠泄Τ绷鳎黾恿司€(xiàn)路L1傳輸?shù)挠泄Τ绷?，這就減小了潮流在3條輸電線(xiàn)路中的不均衡度。通過(guò)HHUPFC的調(diào)節(jié)，在A<θHH

分析可知，控制HHUPFC輸出一定幅值和相位的補(bǔ)償電壓，可以將環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路中傳輸?shù)某绷饔芍剌d線(xiàn)路向輕載線(xiàn)路轉(zhuǎn)移，HHUPFC可應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)中使環(huán)網(wǎng)中的潮流分布更合理。

灰色的區(qū)域?yàn)榫€(xiàn)路潮流的正常運(yùn)行范圍， 超過(guò)這個(gè)潮流值認(rèn)定是潮流過(guò)載區(qū)域圖7 環(huán)網(wǎng)中輸電線(xiàn)路傳輸?shù)挠泄Τ绷麟SHHUPFC輸出 電壓相位的變化Fig.7 The active power flows on ring network lines with HHUPFC compensating at a varying phase angle

3 算例研究

為驗(yàn)證HHUPFC在環(huán)網(wǎng)中的潮流均衡作用，在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中，對(duì)HHUPFC和HEUPFC的潮流調(diào)節(jié)性能進(jìn)行仿真對(duì)比研究。

3.1 IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)模型

IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)和其初始潮流分布如圖8所示(系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓：220 kV)。

編號(hào)1～30表示系統(tǒng)的30個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)周?chē)幸粋€(gè)帶括號(hào)的數(shù)字，其中括號(hào)里的正數(shù)表示這個(gè)節(jié)點(diǎn)的有功負(fù)荷，負(fù)數(shù)表示這個(gè)節(jié)點(diǎn)的發(fā)電出力；箭頭代表潮流流動(dòng)的方向，上面的數(shù)字就是 對(duì)應(yīng)的有功潮流值；有功功率的單位均為MW圖8 IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)及其潮流分布(無(wú)潮流調(diào)節(jié)裝置)Fig.8 IEEE 30 bus system without any power flow control devices and the power flow distribution

從圖8(a)可以看出，IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)可劃分為3個(gè)區(qū)域，區(qū)域“M1”“M2”和“M3”。圖8(b)為對(duì)應(yīng)的潮流分布。

區(qū)域“M1”和“M2”之間通過(guò)支路“4～12”傳輸潮流，區(qū)域“M1”和“M3”之間通過(guò)支路“6～10”“9～10”“28～27”傳輸潮流，區(qū)域“M3”和“M2”之間通過(guò)支路“10～17”“10～20”“24～23”傳輸潮流。由于區(qū)域“M1”和“M2”之間僅有一條功率傳輸通道，而“M1”和 “M3” “M3”和“M2”之間均有三條潮流的通道，潮流在這三組輸電通道上分布不均，輸電通道“4～12”潮流較重。

如果能將“M1”向“M2”直接傳輸?shù)挠泄β兽D(zhuǎn)移一部分，即轉(zhuǎn)移部分功率先從“M1”流向“M3”，再?gòu)摹癕3”流向“M2”，這樣就能減小輸電通道“4～12”的潮流，降低潮流在這三組輸電通道中的不平衡度。因此，在支路“4～12”上安裝潮流調(diào)節(jié)裝置，可降低區(qū)域“M1”直接向“M2”傳輸?shù)挠泄β?，均衡潮流分布?/p>

3.2 環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路仿真結(jié)果對(duì)比分析

HEUPFC和HHUPFC分別被安裝在輸電通道“4～12”的首端進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)。兩種潮流調(diào)節(jié)裝置的可調(diào)級(jí)數(shù)均設(shè)置為m=3。當(dāng)HEUPFC和HHUPFC二次繞組的額定電壓UsN為0.1 p.u.時(shí)，兩種潮流調(diào)節(jié)裝置對(duì)IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中3個(gè)區(qū)域間輸電通道的潮流調(diào)節(jié)結(jié)果如圖9所示。

以P4～12為例，表示支路4～12上的潮流圖9 IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)潮流調(diào)節(jié)結(jié)果(UsN=0.1 p.u.)Fig.9 The power flow regulation results of the IEEE 30 bus system(UsN=0.1 p.u.)

由于區(qū)域“M1～M3”的輸電通道“9～10”是進(jìn)行潮流調(diào)節(jié)后，有功潮流值增加最多的輸電通道，因此，對(duì)比輸電通道“4～12”和輸電通道“9～10”上的潮流分布情況。在原始潮流分布中，輸電通道“4～12”和 “9～10”上的潮流分布不均衡度為82%。

由圖9(a)可知，在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中安裝HEUPFC后(UsN= 0.1 p.u.)，通過(guò)其潮流調(diào)節(jié)，在一定程度上降低了“M1”和“M2”之間的輸電通道“4～12”上的有功潮流，增加了其他輸電通道上的有功潮流，尤其是輸電通道“9～10”上傳輸?shù)挠泄β省５牵诖藭r(shí)，輸電線(xiàn)路“4～12”上傳輸?shù)挠泄Τ绷魅匀槐取?～10”多56%。如果要通過(guò)HEUPFC完全均衡這兩條輸電線(xiàn)路上傳輸?shù)挠泄Τ绷鳎荒苓M(jìn)一步增加HEUPFC二次繞組的額定電壓，這樣會(huì)增加裝置的容量與成本。

由圖9(b)可知，在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中安裝HHUPFC后(UsN= 0.1 p.u.)，輸電通道“4～12” 和輸電通道“9～10”上的有功潮流不平衡度從82%降低為了3%，同樣參數(shù)設(shè)計(jì)下，HHUPFC潮流均衡效果優(yōu)于HEUPFC。

圖10為HEUPFC和HHUPFC二次繞組額定電壓從0～0.25 p.u.變化時(shí)，輸電通道 “4～12”和“9～10”上傳輸?shù)挠泄β史植记闆r。可以看出，當(dāng)HHUPFC的二次繞組額定電壓達(dá)到0.1 p.u.時(shí)，HHUPFC即可平衡這兩條輸電線(xiàn)路上的傳輸潮流。而對(duì)于HEUPFC，二次繞組額定電壓達(dá)到0.22 p.u.，才能平衡環(huán)網(wǎng)中這兩條線(xiàn)路的潮流。

在以上幾種典型情況下的裝置仿真參數(shù)設(shè)置及其對(duì)應(yīng)的潮流調(diào)節(jié)結(jié)果如表1所示。

對(duì)比HEUPFC-1和HEUPFC-2的兩組數(shù)據(jù)可知，當(dāng)HEUPFC的額定電壓從0.1 p.u.提高到0.22 p.u.時(shí)，輸電通道 “4～12”和“9～10”的潮流不平衡度可從54%減小到2%。此時(shí)，HEUPFC-2的潮流均衡效果與HHUPFC到達(dá)一致。

對(duì)比HEUPFC-2和HHUPFC兩組數(shù)據(jù)可知，在達(dá)到同樣的潮流調(diào)節(jié)效果時(shí)，HHUPFC的二次繞組成本可減少70%，UPFC的容量可減少55%，有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)成本可減少39%。分析可知，HHUPFC用來(lái)

圖10 輸電通道 “4～12”和“9～10”傳輸有功潮流隨 額定電壓UsN的變化Fig.10 The transmission active power flows of lines 4～12 and 9～10 at various rated voltage UsN

表1 在IEEE30節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)中HEUPFC和HHUPFC 的仿真參數(shù)

均衡環(huán)網(wǎng)中輸電通道的潮流時(shí)，其成本低于HEUPFC。

4 廣東某220 kV環(huán)網(wǎng)中的應(yīng)用研究

為驗(yàn)證HHUPFC在環(huán)網(wǎng)中的輸電能力提升作用，在廣東電網(wǎng)某220 kV環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)HHUPFC的輸電能力提升作用進(jìn)行仿真研究。

4.1 廣東電網(wǎng)某220 kV環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路潮流調(diào)節(jié)現(xiàn)狀

廣東電網(wǎng)某220 kV環(huán)網(wǎng)的輸電線(xiàn)路存在輸電瓶頸，從惠州往仲愷方向的輸電極限受環(huán)網(wǎng)中其他輸電線(xiàn)路的制約，該環(huán)網(wǎng)等效結(jié)構(gòu)如圖11所示。

環(huán)網(wǎng)(圖11)中各條輸電通道參數(shù)如表2所示。圖11所示的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，惠州站通過(guò)這個(gè)220 kV環(huán)網(wǎng)向仲愷、雍園輸送電能，由于三棟站沒(méi)有其他有功出力接入，因此這個(gè)環(huán)網(wǎng)的輸電極限就是惠州-仲愷(甲線(xiàn)、乙線(xiàn))、惠州-三棟(甲線(xiàn)、乙線(xiàn))這四條通道的輸電極限之和。

PHZ1和PHZ2分別為惠州-仲愷甲線(xiàn)、乙線(xiàn)傳輸?shù)挠泄Τ绷?；PHS1和PHS2分別為惠州-三棟甲線(xiàn)、乙線(xiàn)傳輸?shù)挠泄Τ绷?；PSY1和PSY2分別為三棟-雍園甲線(xiàn)、乙線(xiàn)傳輸?shù)挠泄Τ绷?；PZY為仲愷-雍園傳輸 的有功潮流圖11 廣東電網(wǎng)某220 kV環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.11 Structure of a 220 kV ring network of Guangdong Power Grid

表2 廣東電網(wǎng)某220 kV環(huán)網(wǎng)主要電氣參數(shù)

表3 在HHUPFC調(diào)節(jié)下廣東某220 kV環(huán)網(wǎng)的輸電極限提升情況

在潮流的自然分布下，當(dāng)惠州-三棟甲線(xiàn)、惠州-三棟乙線(xiàn)(輸電線(xiàn)路HS1、HS2)的負(fù)載率分別達(dá)到97%、100%時(shí)，惠州-仲愷甲線(xiàn)、惠州-仲愷乙線(xiàn)(輸電線(xiàn)路HZ1、HZ2)的負(fù)載率均只達(dá)到32%，這就使得惠州-仲愷段的輸電能力沒(méi)有得到充分應(yīng)用，惠州-仲愷、雍園的總輸電極限被限制到964 MW。

為了提高惠州-仲愷、雍園的總輸電極限，就需要增加惠州-仲愷甲線(xiàn)、惠州-仲愷乙線(xiàn)這兩條輸電線(xiàn)路的利用率。基于以上分析，將在仲愷-雍園(ZY)輸電通道上增加潮流調(diào)節(jié)裝置，此時(shí)潮流調(diào)節(jié)裝置產(chǎn)生的循環(huán)功率Pc與惠州-仲愷、仲愷-雍園的有功潮流同方向，與惠州-三棟、三棟-雍園的有功潮流反方向，這將有效增加惠州-仲愷、仲愷-雍園這兩部分輸電通道的潮流比例，減小惠州-三棟、三棟-雍園這兩部分輸電通道的潮流比例，從而改善潮流分布的不均衡度，使惠州-仲愷段輸電通道的輸電能力得到更充分應(yīng)用，以增加惠州-仲愷、雍園的總輸電極限。

4.2 環(huán)網(wǎng)總輸電能力調(diào)節(jié)結(jié)果

如圖11所示，將在仲愷-雍園(ZY)輸電通道的首端安裝HHUPFC來(lái)進(jìn)行對(duì)比仿真研究。HHUPFC中二次繞組額定電壓為0.1 p.u.時(shí)(UsN=0.1 p.u.)，HHUPFC使該220 kV環(huán)網(wǎng)的總輸電極限達(dá)到1 494 MW。具體的仿真結(jié)果如表3所示。

5 結(jié)論

通過(guò)研究HHUPFC在環(huán)網(wǎng)中的潮流調(diào)節(jié)作用，得出以下結(jié)論。

(1)HHUPFC可有效改善環(huán)網(wǎng)輸電線(xiàn)路中潮流分布不均衡的問(wèn)題。通過(guò)控制HHUPFC輸出一定幅值和相位的補(bǔ)償電壓，可以將重載線(xiàn)路的潮流轉(zhuǎn)移到輕載線(xiàn)路上。

(2)與傳統(tǒng)混合式統(tǒng)一潮流控制器(HEUPFC)相比，在同等參數(shù)設(shè)計(jì)下，HHUPFC的潮流調(diào)節(jié)效果更好。為達(dá)到同樣的潮流均衡效果，HHUPFC所需裝置容量更小，降低了裝置成本。

(3)在廣東電網(wǎng)典型環(huán)網(wǎng)中驗(yàn)證了HHUPFC對(duì)環(huán)網(wǎng)線(xiàn)路的輸電極限提升作用。