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什么是UPFC?它有什么作用?

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甘迪·0.00

2016-08-07提问

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城市电网里的电能自然流动,某个区域用电量激增容易造成相应线路超负荷运转,影响供电安全。对电流、流向进行精准灵活控制,一直是世界难题。如南京市2015年夏季用电负荷再创历史记录,共有90多条线路出现严重过载。UPFC(Unified Power Flow Controller 统一潮流控制器)可通过智能调节,控制电流流向和流量,有效解决常规电网建设、改造和运行中难以解决的潮流控制、供电能力提升等难题,适用于经济发达地区城市电网供电能力的提升,以及现有电网的挖潜增效。这犹如给电网装上“红绿灯”,实现对电力传输的智能调控,大幅提升现有资源条件下的供电能力,保证用电负荷安全稳定供给,有效减少用电高峰居民停电。

UPFC是灵活交流输电(FACTS)中功能比较齐全的一种设备,属于混合方式接入型设备,具有有功控制、无功控制、电压控制、电流控制、无功补偿、谐波抑制、暂态稳定、电压稳定、抑制故障电流的功能,FACTS设备众多功能中,UPFC唯一不具备的功能是等效电阻。

UPFC的主要结构是两个全控的电压控制型逆变器或电流控制型逆变器,由于控制算法以及实现难度的关系,目前电压控制型逆变器构成的UPFC占主流。两个逆变器分别并、串入系统,从而达到UPFC的各项功能,下面分别加以解释。

并联部分:UPFC中的并联入系统的部分相当于SVG,其作用是通过调节逆变器的触发角从而是逆变器输出一个与系统电压频率相同的电压,从而调节有功或者无功(单独作为SVG时一般是不会调节有功的,所以逆变器输出的电压与系统电压相位、频率相同,幅值不同)。串联部分:UPFC中的串联入系统的部分SSSC,其作用是通过向线路注入一与其电流相差90度的可控电压,以快速控制线路的有效阻抗,从而进行有效的系统控制。

UPFC并不是简单将SVG和SSSC合并,除去二者的功能外,UPFC还可以实现有功的控制,具体功率流向是通过并联部分从系统中吸收有功再通过串联部分注入。UPFC的用功控制以及无功控制可以由下图简单表示出来:

2015年12月11日,国家电网公司重大科技示范工程、江苏南京220千伏西环网UPFC工程顺利投运。这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,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。

南京UPFC工程于2015年4月获得核准,6月全面开工。工程投资2.2亿元,占地约18亩。工程核心设备是3个直流侧并联的电压源换流器(VSC),直流侧额定电压±18千伏,额定电流1.1千安,容量为2×6万千伏安(串联侧)+6万千伏安(并联侧)。工程业主单位为国网江苏省电力公司,成套设备供应商为南京南瑞继保电气有限公司,设计单位为中能建江苏省电力设计院。

UPFC作为柔性交流输电技术的集大成者,代表着未来电力电子技术的发展方向。一直以来,世界各国广泛关注,进行了重点研究。UPFC针对常规电网建设、改造和运行中难以解决的潮流控制、供电能力提升等难题,通过大功率电力电子技术的应用,使电网潮流由自然分布转变为智能化灵活控制,在保持现有网架结构不变、不新建输电通道的前提下,有效解决这些问题。UPFC适用于经济发达地区城市电网供电能力的提升,以及现有电网的挖潜增效,是构建智能电网的重要技术手段,具有广泛的应用价值。

国家电网公司是国内首家掌握UPFC关键技术的企业,南京西环网工程是除美国、韩国外,全球第三个投入商业运营的UPFC工程,并且比前两个国家技术更先进。工程攻克了UPFC系统仿真、交流系统和换流器电气设计、设备参数选型、保护控制策略等UPFC成套设计技术难题;突破了多换流器灵活拓扑结构、高压大容量串联变压器、大电流晶闸管旁路开关(TBS)快速保护、双线有功无功解耦控制等核心技术;研制出包括控制保护系统、电压源型换流阀及阀控系统、晶闸管旁路开关、串联变压器等核心设备的成套装置,具有完全自主知识产权,标志着我国已占领当今电力电子技术应用的制高点,从本质上提升了我国智能电网相关技术、产品的国际竞争力。

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  123·320.00

2016-08-22回答

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首先,UPFC的英文全称为Unified Power Flow Controller(即统一潮流控制器),从名称来看最直观的印象便是UPFC是一种调控系统潮流的控制器,UPFC的核心技术是将传输线路参数作为控制量来调整潮流,从而实现输电能力的高效灵活控制,达到改善电力系统动、静态稳定性的目的。实际上,不仅仅如此,UPFC也是迄今为止通用性最好的FACTS装置,综合了FACTS元件的多种灵活控制手段,包括了电压调节,串联补偿和移相等所有能力,它可以同时并非常快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率,。UPFC可以控制线路的潮流分布,有效地提高电力系统的稳定性。其次,原有的UPFC主要是指针对交流系统的UPFC,主要拓扑结构包括AC-DC-AC以及AC-AC等,近些年来随着模块化多电平技术(MMC)的发展,第三代的UPFC主要是以模块化多电平换流器作为主要结构。近些年来,随着直流输配电技术的迅速发展,直流电网的UPFC也逐渐成为了当前学术界研究的热点。

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  张海涛·80.00

2016-08-13回答

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