李春敏

（國網(wǎng)寧東供電公司 寧夏回族自治區(qū)靈武市 750411）

1 電磁環(huán)網(wǎng)的定義及環(huán)流的影響

高低壓電磁環(huán)網(wǎng)是電磁環(huán)網(wǎng)在電力學(xué)范疇里的稱呼，直白一點(diǎn)解釋就是將兩組電壓等級(jí)等同的線路通過聯(lián)接兩端的變壓器磁回路形成并聯(lián)運(yùn)行的電網(wǎng)。而產(chǎn)生環(huán)流的原因是因?yàn)楝F(xiàn)代電網(wǎng)的電壓等級(jí)因等級(jí)越高電路系統(tǒng)就能以更小的損耗輸送更大的功率而在持續(xù)的提高，但在實(shí)際要做的過程中，在向更高級(jí)電壓的電網(wǎng)傳遞時(shí)，由于原本的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不夠堅(jiān)固，一般情況下就會(huì)形成若干個(gè)電磁環(huán)網(wǎng)一起運(yùn)行的現(xiàn)象,進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)流。而該過程中的負(fù)荷轉(zhuǎn)移很有可能造成較大的安全事故，破壞電路系統(tǒng)的穩(wěn)定，還會(huì)造成電力資源的不必要浪費(fèi)。因?yàn)殡姶怒h(huán)網(wǎng)功率環(huán)流的存在對(duì)電路系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著較為嚴(yán)重的影響：

（1）會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而破壞掉系統(tǒng)的熱穩(wěn)定，就會(huì)引起系統(tǒng)振蕩等等一系列現(xiàn)象；

（2）會(huì)對(duì)工作人員設(shè)置的三道防線產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，會(huì)對(duì)繼電保護(hù)整定工作的難度產(chǎn)生很大的影響，同時(shí)也使電網(wǎng)工作人員設(shè)置電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)更加復(fù)雜，從而為系統(tǒng)帶來故障隱患；

（3）會(huì)影響電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，由于特高壓和超高壓電磁環(huán)網(wǎng)中會(huì)產(chǎn)生功率環(huán)流，就會(huì)使得在運(yùn)行系統(tǒng)的過程中產(chǎn)生額外的有功損耗，使得部分電力公司承擔(dān)了本不該承擔(dān)的費(fèi)用，也造成了電力資源的不必要浪費(fèi)。

所以如何加強(qiáng)對(duì)電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流的控制研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，值得各大學(xué)者專家致力研究。

2 復(fù)雜網(wǎng)路電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流控制的現(xiàn)狀分析

2.1 國內(nèi)相關(guān)研究現(xiàn)狀分析

研究表明，我國的電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流問題比較突出，為電網(wǎng)日常的運(yùn)行管理工作帶來了不必要的負(fù)擔(dān)，也影響國家電網(wǎng)的進(jìn)一步發(fā)展。而相關(guān)專家學(xué)者若能成功解決電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流問題，可以方便調(diào)整潮流、快速處理電網(wǎng)事故、簡化繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置工作、限制短路的容量等，所以解決電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流問題也成了國內(nèi)外眾多專家學(xué)者的研究共識(shí)。在國內(nèi)以東北電網(wǎng)作為解決電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流問題的例子，在2007年的冬季，東北電網(wǎng)首次完成了電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的工程，造福了整個(gè)東北，使得整個(gè)東北電網(wǎng)在日后的電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)工程有了一個(gè)良好的基礎(chǔ)。國家電網(wǎng)公司在2007年這一年的時(shí)間內(nèi)，就相繼完成了15 個(gè)網(wǎng)絡(luò)電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的工程，且電壓都在220kv 以上甚至更為復(fù)雜。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)工程也在不斷進(jìn)步，現(xiàn)如今，我國已經(jīng)基本完成了220/110kV電網(wǎng)的電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)工作，由于電磁環(huán)網(wǎng)較多的存在于500/220kV電壓的電網(wǎng)系統(tǒng)中，750/330kV 及1000/500kV 以上電壓電網(wǎng)系統(tǒng)中電磁環(huán)網(wǎng)存在較少，而隨著國家電壓等級(jí)的不斷提升，更高電壓等級(jí)的電磁環(huán)網(wǎng)正在形成。在電網(wǎng)運(yùn)行的初步階段，由于電磁環(huán)網(wǎng)的出現(xiàn)，還可以在一定程度上提高電網(wǎng)供電的可靠性以及靈活性，但到了后期階段，一般情況下還是會(huì)為電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行帶來必不可少的麻煩。為滿足日益增長的電能需求，因?yàn)樾陆ㄝ旊娋€路需要國家巨大的投資，而近年來FACTS 技術(shù)又在迅猛發(fā)展，國內(nèi)專家對(duì)FACTS 技術(shù)也做了不少的相關(guān)研究，經(jīng)過研究可以得出，F(xiàn)ACTS技術(shù)對(duì)現(xiàn)有電氣設(shè)備的容量利用效率的提高有很大的幫助，在電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)和次暫態(tài)這三種工況下，都能起到相應(yīng)的作用，這為輸電系統(tǒng)的新建和改造升級(jí)提供了新思路。

2.2 國外相關(guān)研究現(xiàn)狀深入分析

從調(diào)查數(shù)據(jù)中可以得出，國外將研究的重點(diǎn)放在了抑制電磁環(huán)網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)功率環(huán)流上，針對(duì)重大的停電事故，相關(guān)專家學(xué)者只是把研究重點(diǎn)放在加強(qiáng)繼電保護(hù)及改進(jìn)電力自動(dòng)安全裝置等方面，沒有重點(diǎn)研究電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的工作，因?yàn)楠?dú)立開放的電力市場缺乏統(tǒng)一的調(diào)度和規(guī)劃，在電路建設(shè)完成后針對(duì)復(fù)雜的電路網(wǎng)路電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)的代價(jià)較大，因此國外對(duì)于電磁環(huán)網(wǎng)問題的研究重點(diǎn)大部分停留如何分布功率環(huán)流上，或者采用柔性交流輸電技術(shù)使得電磁環(huán)網(wǎng)中的功率環(huán)流得以消除，進(jìn)而確保電網(wǎng)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。相關(guān)研究已經(jīng)證實(shí)移相變壓器、旋轉(zhuǎn)潮流控制器、晶閘管控制串聯(lián)電容器、靜止同步補(bǔ)償器、線間潮流控制器等等，這些FACTS 控制器都可以在控制電磁環(huán)網(wǎng)的功率環(huán)流中進(jìn)行工作，不同的控制器也會(huì)產(chǎn)生不同的控制效果，如何合理運(yùn)算應(yīng)用這些控制器，從而切實(shí)解決電磁環(huán)網(wǎng)中環(huán)流問題，還需眾多學(xué)者專家的致力研究。

3 復(fù)雜網(wǎng)路電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流控制技術(shù)的探究

3.1 常規(guī)控制技術(shù)

3.1.1 常規(guī)的電力系統(tǒng)潮流控制方法

可以使用常規(guī)的電力系統(tǒng)潮流控制方法，比如使用發(fā)電機(jī)來控制、抽頭切換變壓器、并聯(lián)無功補(bǔ)償以及相位角調(diào)節(jié)器等等，其在電磁環(huán)網(wǎng)功率環(huán)流中的作用效果可以通過在動(dòng)態(tài)響應(yīng)和控制范圍方面的缺陷來進(jìn)行更好的制約，從而達(dá)到減緩電磁環(huán)網(wǎng)中功率環(huán)流的影響。

3.1.2 分布式串聯(lián)阻抗（DSI）技術(shù)

分布式串聯(lián)阻抗（DSI）技術(shù)作為目前最簡單的技術(shù)手段，工作原理是通過將串聯(lián)電抗或者串聯(lián)電容嵌入到特定的輸電線路中，使得線路的參數(shù)得到改變，進(jìn)而可以更好的控制潮流分布的效果。

3.1.3 基于晶閘管閥的FACTS 裝置

基于電壓源變流器的新型FACTS 技術(shù)和基于電壓源變流器的HVDC 技術(shù)近幾年來發(fā)展迅速，在無功潮流、有功潮流和動(dòng)態(tài)響應(yīng)獨(dú)立控制方面的缺陷以及諧波等問題可以制約其在電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流控制中的作用，為復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流問題的解決，提供了更加恰當(dāng)?shù)乃悸泛屯緩健?/p>

3.2 基于VSC的HVDC技術(shù)

3.2.1 環(huán)網(wǎng)功率控制器（LPC）技術(shù)

國外有專家提出利用環(huán)網(wǎng)功率控制器即LPC 來調(diào)節(jié)電磁環(huán)網(wǎng)潮流，通過直流背靠背的方法在合環(huán)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)潮流的雙向控制，能夠很好的減小分布式電源接入后引起的節(jié)點(diǎn)電壓偏差量越限，在解決潮流流動(dòng)管理以及短路電流增加等等問題時(shí)也發(fā)揮良好的作用。相關(guān)研究表明LPC技術(shù)能夠應(yīng)用到輸電網(wǎng)的中去，但就目前情況來看，所需要的整體成本還比較高，一般用戶難以負(fù)擔(dān)該費(fèi)用，通常在長距離輸電時(shí)才考慮使用該技術(shù)。不過隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展以及相關(guān)電子設(shè)備成本的下降，該技術(shù)早晚會(huì)在國內(nèi)的電網(wǎng)系統(tǒng)中大面積普及應(yīng)用，以解決復(fù)雜電網(wǎng)電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流現(xiàn)象。

3.2.2 BTB-HVDC 技術(shù)

相關(guān)文獻(xiàn)調(diào)查研究結(jié)果中顯示，通過對(duì)VSC-HVDC 換流站和直流輸電線中的損耗作量化分析，發(fā)現(xiàn)VSC-HVDC 能有效控制無功和有功功率、送端和受端電壓，在電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流控制工程中可帶來諸多優(yōu)勢。還有文獻(xiàn)針對(duì)含VSC-MTDC 的交直流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)計(jì)及N-1 準(zhǔn)則，總結(jié)并提出了能夠安全約束矯正電磁環(huán)網(wǎng)潮流的最有效解決方法。

3.3 基于VSC的FACTS技術(shù)

隨著國家經(jīng)濟(jì)水平的飛速提升，國民對(duì)電力資源的需求也在日益增長，但如果不能很好地解決電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流問題，勢必會(huì)影響輸電走廊線路的新建工程。隨著FACTS 技術(shù)研究越來越成熟，通過對(duì)諸多文獻(xiàn)的探究，發(fā)現(xiàn)它們都提出了從現(xiàn)輻射型配電網(wǎng)到環(huán)形配電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變，可以使得在系統(tǒng)接入分布式電源有一個(gè)更好的適應(yīng)過程，這就使得節(jié)點(diǎn)過低電壓、短路電流以及功率環(huán)流等等這一系列問題有了更好的解決方案。常見的FACTS 技術(shù)具體有以下幾種。

3.3.1 串聯(lián)型背靠背功率調(diào)節(jié)器

相關(guān)研究提出，要想更好的解決電磁環(huán)網(wǎng)功率環(huán)流的問題，能夠使用串聯(lián)型背靠背功率調(diào)節(jié)器平衡功率的方法來解決，但由于需要安裝在饋首端才可以使用串聯(lián)型背靠背功率調(diào)節(jié)器，由不同變電站饋線所構(gòu)成的環(huán)網(wǎng)中就不能很好的使用，需要進(jìn)一步研究解決。

3.3.2 SSSC 和D-SSSC 技術(shù)

研究表明將SSSC 與儲(chǔ)能裝置聯(lián)接，SSSC 能夠提供容抗補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)感抗，進(jìn)而達(dá)到控制獨(dú)立的有功和無功功率的作用，但目前SSSC 只能作為UPFC 的一部分考慮到其設(shè)備的成本經(jīng)濟(jì)性問題。另外有研究發(fā)現(xiàn)通過D-SSSC 將常規(guī)的輻射型配電網(wǎng)聯(lián)接成環(huán)網(wǎng)，可以提高電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性，方便節(jié)點(diǎn)電壓的管理，并促進(jìn)分布式能源的利用，為解決電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流問題提供了解決方法。另外還有研究發(fā)現(xiàn)，D-SSSC 相比于串聯(lián)型背靠背功率調(diào)節(jié)器來說，能夠在不同的變電站饋線構(gòu)成環(huán)網(wǎng)的情況中運(yùn)用。

3.3.3 IPFC 和GUPFC 技術(shù)

IPFC 是有效實(shí)現(xiàn)將SSSC 用于環(huán)流控制的技術(shù)手段，由多個(gè)串聯(lián)于不同線路的SSSC 和公共直流電容組成。相關(guān)文獻(xiàn)通過對(duì)IPFC進(jìn)行了建模分析，分析結(jié)果表明IPFC 具有同時(shí)控制無功和有功功率的功效。

3.3.4 UPFC 技術(shù)

UPFC 是一種將STATCOM 和SSSC 技術(shù)組合應(yīng)用的技術(shù)，對(duì)于優(yōu)化現(xiàn)有的電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行，阻尼系統(tǒng)的振蕩、提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定等具有顯著的作用，能有效解決功率輸送不平衡的問題，實(shí)現(xiàn)有功和無功功率獨(dú)立控制，提升電網(wǎng)潮流輸送的靈活性，應(yīng)用前景廣闊。相關(guān)文獻(xiàn)研究將UPFC 直接裝在中壓網(wǎng)絡(luò)能起到抑制電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流的效果，另外通過分析UPFC 的經(jīng)濟(jì)可行性，如何實(shí)現(xiàn)環(huán)形配電網(wǎng)系統(tǒng)損耗最小化的經(jīng)濟(jì)條件，可以推理得出兩種關(guān)于環(huán)網(wǎng)損耗最小的UPFC 控制策略，其一是線路電壓補(bǔ)償控制，其二是線路電感補(bǔ)償控制。

3.3.5 可控網(wǎng)絡(luò)變壓器技術(shù)(CNT)

CNT 具有變換器容量小、對(duì)低頻變壓器的要求低、成本低等優(yōu)勢，相關(guān)文獻(xiàn)也對(duì)CNT 的運(yùn)行做了解析表達(dá)式，得出CNT 可以在高壓電網(wǎng)中得以應(yīng)用解決環(huán)網(wǎng)環(huán)流問題。

3.3.6 其它技術(shù)

除了以上幾種相關(guān)研究較多，趨于成熟化發(fā)展的控制技術(shù)，有專家提出了一種新穎的潮流控制器即電力路由器(PR)，該控制器可以保留VSC 和CNT 的優(yōu)勢，無需串聯(lián)變壓器，制造成本上也頗具有競爭力，能在現(xiàn)存的LTC變壓器上進(jìn)行改造以完成技術(shù)上的過渡。相關(guān)研究表明PR 還可應(yīng)用于FACTS 裝置上如BTB、CNT、UPFC和DSI 等裝置的改造，具有很強(qiáng)的應(yīng)用擴(kuò)展性和市場價(jià)值。

綜上所述，通過分析國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)解決電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流的控制問題上做出的相關(guān)研究現(xiàn)狀，對(duì)以上復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流控制技術(shù)的簡單介紹。理論上的各種研究表明，在電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流控制中應(yīng)用以上介紹的各種控制技術(shù)手段都會(huì)起一定的控制效果。其中一些常規(guī)技術(shù)已經(jīng)在多年前應(yīng)用于解決電磁環(huán)網(wǎng)的環(huán)流問題，現(xiàn)在技術(shù)較為成熟。FACTS 技術(shù)在電網(wǎng)綜合智能控制方面及VSCHVDC 技術(shù)在電網(wǎng)間互聯(lián)和城市電網(wǎng)供電等方面都表現(xiàn)較為突出，是未來更好解決電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流問題的研究重點(diǎn)。另外還有部分新興控制技術(shù)手段如IPFC 等雖然已通過仿真計(jì)算機(jī)得以驗(yàn)證其功效，但因其成本、制造、安裝等問題難以解決，至今未能應(yīng)用到實(shí)際的工程中，需要科學(xué)家們進(jìn)一步的努力研究，進(jìn)而切實(shí)解決電磁環(huán)網(wǎng)環(huán)流控制問題，為國家電網(wǎng)的建設(shè)拓展邁向新階段作出貢獻(xiàn)。