我國風(fēng)電,、光伏發(fā)電等新能源發(fā)展勢(shì)頭迅猛。根據(jù)電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃（2016—2020年）,，到2020年,，全國風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到2.1億kW以上，太陽能發(fā)電1.1億kW以上,。我國風(fēng)電81%分布在“三北”地區(qū),，太陽能發(fā)電50%分布在西部省份,。由于風(fēng)電、光伏發(fā)電富集地區(qū)負(fù)荷規(guī)模偏小,，消納空間有限,，因此集中開發(fā)的部分新能源需要跨區(qū)輸送?！笆濉逼陂g,，依托電力外送通道，國家將推進(jìn)“三北”地區(qū)新能源跨省跨區(qū)消納4000萬kW,。根據(jù)電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃,，扎魯特—山東等6回特高壓直流將輸送新能源4700萬kW，每回直流配套新能源發(fā)電規(guī)模都在600萬kW及以上,。新能源的間歇性,、隨機(jī)性出力特性和低抗擾性除了給系統(tǒng)調(diào)峰增加壓力和困難外，也給系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行增加了風(fēng)險(xiǎn)：系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性下降,，電壓控制難度增大,。尤其是采用特高壓直流輸送時(shí)，問題更為突出,，這也成為現(xiàn)階段特高壓直流無法充分發(fā)揮其輸送能力的主要原因之一,。

　　采用新型電網(wǎng)技術(shù)是解決新能源跨區(qū)輸送問題的重要手段，從針對(duì)的問題和應(yīng)用的場景,，這些新型電網(wǎng)技術(shù)可以分為兩大類：一類輔助新能源提升抗擾性能和對(duì)系統(tǒng)的正向作用力,，從而增強(qiáng)特高壓直流輸送能力，如大容量調(diào)相機(jī),、虛擬同步機(jī)技術(shù)等,，這類技術(shù)主要解決“存量”問題；另一類則側(cè)重于從戰(zhàn)略的角度,，替代傳統(tǒng)的輸電方式,，提升輸電技術(shù)對(duì)于不同型式電源更好的接入、輸送能力,，如半波長輸電,、柔性直流/直流電網(wǎng)技術(shù)等，這類技術(shù)主要解決“增量”問題,。

　　本欄目特別邀請(qǐng)中國電科院電力系統(tǒng)研究所電力系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)提供資料,，將陸續(xù)對(duì)大容量調(diào)相機(jī)、虛擬同步機(jī),、半波長輸電,、柔性直流/直流電網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行簡要介紹，敬請(qǐng)關(guān)注,。

　　大容量調(diào)相機(jī)技術(shù)

　　1,、概念介紹

　　調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是只發(fā)無功的發(fā)電機(jī),，除了原動(dòng)機(jī)及其相關(guān)設(shè)備，發(fā)電機(jī)該有的它都有,。同步調(diào)相機(jī)在需要時(shí)向系統(tǒng)快速提供或吸收無功功率,。調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)式的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，具有大容量,、少維護(hù)的特點(diǎn),。

　　2、基本原理和技術(shù)特點(diǎn)

　　調(diào)相機(jī)的構(gòu)成如圖1所示

　　調(diào)相機(jī)技術(shù)

　　調(diào)相機(jī)技術(shù)特點(diǎn)：

　　1）兩種運(yùn)行工況：調(diào)相機(jī)可以遲相（發(fā)無功）,、進(jìn)相（吸無功），每種運(yùn)行工況下,，都可能進(jìn)入強(qiáng)勵(lì)（超額定功率）運(yùn)行狀態(tài),。

　　2）三種出力特性：次暫態(tài)特性（毫秒級(jí)響應(yīng)，可以提供大量瞬時(shí)無功支撐電網(wǎng)電壓,，抑制直流換相失?。簯B(tài)特性（秒級(jí)響應(yīng),，通過強(qiáng)勵(lì),，迅速為系統(tǒng)提供無功，響應(yīng)速度滿足系統(tǒng)穩(wěn)定需求）,、穩(wěn)態(tài)特性（分鐘級(jí),，具備長期深度進(jìn)相能力，可以穩(wěn)定吸收無功功率）,。

　　與靜止型無功補(bǔ)償?shù)奶匦员容^如下表所示

　　3,、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　為了滿足我國電網(wǎng)對(duì)于調(diào)相機(jī)大容量、快出力等特性需求,，我國調(diào)相機(jī)制造企業(yè)研制了新型大容量調(diào)相機(jī),。與傳統(tǒng)調(diào)相機(jī)相比，新型調(diào)相機(jī)除了在容量上有所提升（達(dá)到300Mvar）外,，其他性能也有提升,。

　　1）新型調(diào)相機(jī)大幅減小了直軸次暫態(tài)電抗Xd”的設(shè)計(jì)值，傳統(tǒng)調(diào)相機(jī)Xd”在0.25左右,，經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)減少至0.15,，提高了次暫態(tài)過程中的瞬時(shí)無功輸出能力，相同工況下可提升至1.5倍以上,。

　　2）調(diào)相機(jī)的無功響應(yīng)速度主要與勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)及直軸短路暫態(tài)時(shí)間常數(shù)Td’有關(guān),。新型調(diào)相機(jī)將勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)由以往的2倍提高至3.5倍。同時(shí),，大幅降低Td’的設(shè)計(jì)值,，使調(diào)相機(jī)的無功響應(yīng)速度得到了大幅提升,。

　　3）對(duì)于典型的調(diào)相機(jī)參數(shù)，1/Xd=0.5,，故最大進(jìn)相能力只能達(dá)到150Mvar,。Xd主要受定轉(zhuǎn)子空氣間隙影響，經(jīng)過重新設(shè)計(jì)后,，可將1/Xd提升至0.67,，最大進(jìn)相能力達(dá)到200Mvar。

　　4,、應(yīng)用情況或示范工程

　　國外從上世紀(jì)五十年代開始有多個(gè)國家應(yīng)用調(diào)相機(jī)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,。如瑞典、阿根廷,、加拿大,、埃及、巴西等國家在大規(guī)模水電基地遠(yuǎn)距離外送的受端變電站加裝調(diào)相機(jī),。法國,、日本電網(wǎng)早期使用調(diào)相機(jī)較多，隨著電網(wǎng)網(wǎng)架加強(qiáng)和電源增加,，法國調(diào)相機(jī)沒有新的增加,。日本東京地區(qū)在1987年7月23日發(fā)生靜態(tài)電壓崩潰事故后，增加了抽水蓄能,、調(diào)相機(jī)和SVC等動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置,。調(diào)相機(jī)在國外主要應(yīng)用于遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)（含受端電網(wǎng)）和直流受端系統(tǒng)。

　　1）遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)（含受端電網(wǎng)）

　　加拿大：皮斯河叔姆水電站（裝機(jī)241.6萬kW）經(jīng)930km500kV雙回線送至負(fù)荷中心,，中間變電站裝有調(diào)相機(jī)（2×16Mvar）,。

　　阿根廷：埃爾喬孔水電站、班代里塔（裝機(jī)共165萬kW）經(jīng)1000km500kV雙回線送至負(fù)荷中心首都,，受端變電站裝有調(diào)相機(jī)（75Mvar）,。

　　加拿大：勒格朗德水電站（裝機(jī)1026萬kW）經(jīng)1000km735kV5回線向蒙特利爾和魁北克市送電，受端變電站裝有調(diào)相機(jī)（25Mvar）,。

　　埃及：阿斯旺水電站（裝機(jī)210萬kW）經(jīng)700多km雙回500kV線路送往開羅,，受端變電站裝有調(diào)相機(jī)。

　　2）直流受端系統(tǒng)

　　巴西：伊泰普水電站（裝機(jī)1429.2萬kW)采用交直流混合輸電,，受端變電站裝有調(diào)相機(jī)（4×20Mvar）,。

　　巴西：美麗山水電站（裝機(jī)1100萬kW）經(jīng)2518km±800kV直流輸電線路送往里約400萬kW電力，受端里約交流變電站裝有調(diào)相機(jī)（2×15Mvar）,。

　　在我國,，調(diào)相機(jī)應(yīng)用歷史比較悠久，后來隨著電力電子裝置技術(shù)的成熟和調(diào)相機(jī)設(shè)備老化,，靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC,、STATCOM等）逐漸替代了調(diào)相機(jī)的應(yīng)用,，在廠網(wǎng)分家后，調(diào)相機(jī)在電網(wǎng)中的應(yīng)用就沒有發(fā)展,。但隨著特高壓直流工程的實(shí)施,，送端工頻過電壓控制、受端電網(wǎng)連鎖反映和換相失敗的危害逐漸增大,，受電壓影響出力的SVC,、STATCOM等動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)于次暫態(tài)出力需求（預(yù)防換相失敗）及暫態(tài)下的快速大容量無功需求（協(xié)助直流快速恢復(fù)）響應(yīng)能力不足,，而調(diào)相機(jī)的進(jìn)相能力,、次暫態(tài)出力特性及強(qiáng)勵(lì)能力則正好能符合上述需求。因此調(diào)相機(jī)的適用場景主要包括以下類：

　　1）送端換流站新能源匯集近區(qū),。由于缺乏足夠的電源支撐,，系統(tǒng)短路容量低，容易造成暫態(tài)過電壓,，調(diào)相機(jī)的快速進(jìn)相能力可協(xié)助其抑制過電壓。圖2為某直流換流站安裝2臺(tái)300MVar調(diào)相機(jī)前后的電壓曲線,。

　　2）多直流饋入受端系統(tǒng),。由于直流間的相互影響增加，交流系統(tǒng)故障易引發(fā)多回直流換相失敗,，如果具有不受電壓影響,，且具有強(qiáng)勵(lì)能力的調(diào)相機(jī)提供無功/電壓支撐，無疑將降低換相失敗的風(fēng)險(xiǎn),。

　　目前,，國家電網(wǎng)公司已經(jīng)規(guī)劃在22個(gè)站點(diǎn)，安裝45臺(tái)300Mvar調(diào)相機(jī),。一般在特高壓直流受端逆變站配置2臺(tái)調(diào)相機(jī),，輸送新能源的特高壓直流送端換流站配置2臺(tái)調(diào)相機(jī)。

　　團(tuán)隊(duì)介紹

　　中國電科院電力系統(tǒng)研究所電力系統(tǒng)規(guī)劃技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)目前在職人員25人,，博士16人,、碩士9人，其中國家“千人計(jì)劃”引進(jìn)人才1人,，公司規(guī)劃專業(yè)領(lǐng)軍人才2人,，平均年齡32歲。是一支活力和戰(zhàn)斗力兼具,，科研水平和人文素質(zhì)均高的研究隊(duì)伍,。是公司規(guī)劃技術(shù)的主要支撐力量，主要從事公司中長期發(fā)展規(guī)劃研究,、新能源發(fā)展規(guī)劃分析技術(shù)研究和電網(wǎng)新技術(shù)應(yīng)用研究,。

　　團(tuán)隊(duì)基于中國電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),，長期跟蹤電網(wǎng)新情況、新問題,，論證了國家電網(wǎng)未來的發(fā)展模式,，支撐了公司電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的決策；負(fù)責(zé)了國家“863”項(xiàng)目間歇式電網(wǎng)并網(wǎng)規(guī)劃與隨機(jī)全過程分析技術(shù)研究與開發(fā),，并研制了適用于大電網(wǎng)規(guī)劃的輔助決策系統(tǒng),；長期從事電網(wǎng)新技術(shù)的應(yīng)用和開發(fā)，開展了首套超高壓可控電抗器的應(yīng)用場景,、控制策略研究,，研發(fā)了西北河西走廊新型大容量FACTS群的控制策略，制定了首套特高壓串補(bǔ)主參數(shù),；緊跟能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略,，開展了半波長輸電技術(shù)、直流電網(wǎng)技術(shù)等在未來電網(wǎng)中的應(yīng)用研究,。

　　團(tuán)隊(duì)在國家電網(wǎng)發(fā)展模式,、大規(guī)模新能源發(fā)展場景下的大電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)、新型電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用等領(lǐng)域中取得了令人矚目的成績,，具有較高的行業(yè)地位,。