北极星智能电网在线讯:将柔性电力电子技术应用于城市电网是一个新的方向，具有广阔应用前景，目前在动态无功补偿、黑启动、解决短路电流超标以及负荷中心分网运行等方面已有一定研究，但尚缺乏实际工程的研究。为此，本文以正在建设的国内外首个城市电网柔性互联示范工程为背景，介绍分区柔性互联的概念以及示范工程论证的主要结果。
引言
目前，为解决短路电流水平过高以及电磁环网安全隐患等问题，大型城市电网普遍采取220kV电压等级分区分片运行模式。但电网分区运行也存在一些问题，如系统短路电流过大、分区间无法相互提供紧急功率支援、供电能力没有充分发挥、动态无功支撑更显不足等。
采用柔性电力电子技术进行城市电网间分区柔性互联，是解决上述问题的新技术手段。基于全控型器件的电力电子技术在城市电网中的应用大致可分为2类，一类以柔性交流技术为核心，代表应用是统一潮流控制器（unifiedpowerflowcontroller，UPFC），在南京西环网工程中被用来调节系统侧向负荷侧的潮流传输，同时解决电网内潮流分配不均、部分输电断面轻载等问题；另一类以柔性直流技术为核心，代表应用是本文示范工程中的柔性互联装置，实现城市电网高压供电分区的互联。区别于柔性交流输电（flexiblealternativecurrenttransmissionsystem，FACTS）技术，基于柔性直流输电（voltagesourceconverter—high-voltagedirectcurrent，VSC—HVDC）技术的柔性互联装置具有可双向调节分区间传输功率，能根据2个分区的实际运行需求确定传输功率的大小和方向的优势，因此柔性互联装置更适合应用在大功率双向互供的高压城市电网分区之间。
柔性直流技术在城市电网中具有广阔应用前景，目前在动态无功补偿、黑启动、解决短路电流超标以及负荷中心分网运行等方面已有一定研究，但尚缺乏实际工程的研究。为此，本文以正在建设的国内外首个城市电网柔性互联示范工程为背景，介绍分区柔性互联的概念以及示范工程论证的主要结果。
1分区柔性互联的概念及特点
1.1分区柔性互联概念
分区柔性互联是指电网分区间通过柔性电力电子互联装置互联的闭环运行，实现分区间潮流的双向连续可调。分区间功率传输极限值受到柔性互联装置自身容量的约束。
在分区柔性互联的模式下，当电网正常运行时，柔性互联的分区之间存在有功功率交换，电网的负载均衡程度、供电能力、可靠性等得到提升；当电网内柔性互联的某个分区发生故障时，非故障分区对故障分区进行快速可控的无功功率支援，从而稳定故障分区内母线电压水平。
1.2柔性互联装置简介
柔性互联装置的核心结构是模块化多电平换流器（modularmultilevelconverter，MMC）。MMC具有高度模块化的结构，装置通过调整功率单元的数量从而实现对传输功率和两端电压水平的控制。此外，装置两端的MMC结构对称、工作原理相同且控制系统独立，使得装置具有快速独立调节有功、无功功率的能力。
相比于两电平及钳位型多电平换流器等其他结构，模块化多电平换流器在高压大功率的工程应用场合具有更多优势。以两电平换流器为例，为了解决内部功率开关器件的耐压问题，它常常需要在交流系统之间额外连入高频变压器，这不仅增加了装置的占地面积而且不具备经济性。以钳位型多电平换流器为例，随着电平数增多，它会面临电容电压不易平衡等安全问题。以模块化多电平换流器为例，它则相对具备故障穿越及恢复能力、较强的工程适应能力、结构设计灵活、系统开关损耗小等优势和特点，也更适宜大功率高压场合的应用。
1.3分区柔性互联的工作模式
柔性互联装置可根据电网不同的运行状态而相应调整自身工作模式，具体工作模式可总结为以下3类。
1）负载均衡模式。在电网正常运行状态下，柔性互联装置控制分区间的有功功率传输。功率传输方向为由容载比大的分区到容载比相对小的分区，以实现负载均衡。同时，柔性互联装置两侧与交流系统相连的公共连接点电压值一般稳定在1.02p.u.。
2）动态无功支援模式。在电网发生故障后的暂态过程中，柔性互联装置首先采取交流电压控制以稳定公共连接点电压值，然后对故障分区进行动态无功补偿，类似静止同步补偿器的工作原理，从而稳定故障分区内母线电压水平。
3）稳态功率支援模式。在电网发生故障且进入稳态后，柔性互联装置可采取功率支援模式，快速控制由非故障分区向故障分区进行无功功率支援，消除过载以及电压越限从而恢复电网安全。
2示范工程概况
北京电网是典型的受端城市电网，采取500kV外环网、220kV分区运行，预计2017年北京220kV电网共8个分区运行。考虑到实际选址和电网运行现状，示范工程将柔性互联装置的位置确定在昌城分区与城顺朝分区之间的220kV昌平站和220kV怀柔站之间，选定装置的容量为600MVA，即运行过程中最大允许传输功率值。柔性互联示范工程的示意见图1。
图1北京电网220kV分区柔性互联示范工程的示意图
示范工程实施前，昌城分区的220kV昌平站与城顺朝分区的220kV怀柔站母线以2条联络线相连。正常运行时，联络线两端开关断开，分区独立运行。示范工程实施后，仅在怀柔站侧的一条联络线上安装柔性互联装置，代替常规开关，同时昌平站侧开关闭合。为增强电网运行可靠性，在装置两侧增设旁路开关，一旦装置发生故障可闭合该旁路开关。
3论证方法介绍
为了全面衡量柔性互联装置对电网运行效果的改善程度及工程实用价值，论证过程需对下述电网指标进行比较与分析：电网负载均衡程度、静态安全性评估、暂态电压稳定性分析、供电能力水平、短路电流水平、可靠性、经济性。
在不同分区间安装柔性互联装置具有不同的互联优势效果。论证还包括装置的选址优化及容量优化，因篇幅有限，另文专题介绍。本文主要针对示范工程实施前后相关指标进行论证，论证方法简述如下。
