基本情况

公司基本情况

黄河公司海南分公司（以下简称“海南分公司”）成立于 2022 年 6 月，注册地在青海省海南州共和县恰卜恰镇，是黄河公司设立的九大区域分公司之一，主要负责统筹协调海南州光伏新能源项目发展和生产运营。目前公司运维管理25 座光伏电站，容量 7151MW；负责运维管理 21 台 50Mvar分布式调相机、10 座 330kV 汇集站、1 座 110kV 汇集站、7条 330kV 线路。

案例背景

目前，国内新能源呈现出大规模、基地化、园区化统一开发的特点，青豫直流项目是世界首条专为清洁能源外送而建设的特高压通道，对消纳青海发电能力、推进海南州能源结构调整具有重要意义。青豫直流工程已于 2020 年投运，特高压直流送端大规模新能源代替常规配套电源，送端330kV 汇集站电压支撑薄弱。特高压直流发生换相失败时，大量无功功率注入交流系统，导致交流系统出现暂态过电压。青豫直流送端暂态过电压问题突出，严重制约了海南州地区新能源发电和直流输电能力。《电力系统安全稳定导则》（GB 38755-2019）3.5.6 条中指出，电力系统应具备基本的惯量和短路容量支撑能力，在新能源并网发电比重较高的地区，新能源场站应提供必要惯量和短路容量支撑，即通过建设一批调相机组提高电网安全稳定水平。

同时，青海省海南地区也呈现新能源装机规模大、占比高，常规电源装机规模较小、电压支撑能力相对薄弱的现状，电网的安全稳定运行存在较大隐患，同时造成整个青海海南区域新能源电力送出受限。青海-河南±800kV 特高压直流输电工程（青豫直流）最大输送容量 800 万千瓦，是一条专为清洁能源外送建设的特高压送出通道，2020 年 12 月 30 日建成投产。项目投产后，受直流故障后暂态过电压限制，青豫直流送出功率远未达到线路设计输送容量。

案例概要

根据电力规划设计总院评审通过的分布式调相机配置方案研究专题报告以及相关接入系统报告，在新能源电站布置分布式调相机对调节新能源电站侧电压波动效果明显，2021 年初黄河公司牵头在青豫直流近区送端新能源汇集站一期建设投运了 21 台 50 兆乏分布式调相机。

主要做法与实践

考虑青海区域面积广、各新能源电站分布较散的现状，重新构建电网结构成本较大且时效性慢，短期内无法完成优化。其次，加装电能质量治理设备也存在成本大、无法大面积覆盖的缺陷。所以在 2021 年初，黄河公司与国家电力调度控制中心、国网西北分部、国网青海电力、有关科研院所等有关部门研究、科学论证：在青海海南地区青豫直流电网区域分布加装大型无功补偿装置，并确定使用分布式调相机设备。相较于传统建在主网侧的大型调相机，新能源分布式调相机具有集成度高、系统简单、建设周期短、调节性能好等优点，既能大容量补偿动态无功，又能为新能源电站提供暂态过程电压支撑。由调相机作为无功功率补偿装置，向电力系统提供或者吸收无功功率，确保电网安全稳定运行的前提下，大幅提升送出的新能源电能质量。并最终于 2021 年11 月，由黄河公司牵头在本公司所属的旭明、夏阳、岱阳、昕阳、珠玉 5 个新能源电站安装 21 台分布式调相机并投入运行。

21 台调相机通过升压变接入旭明变、夏阳变、昕阳变、岱阳变、珠玉变 35kV 系统，在网内主要承担稳态调压、故障后无功支撑两项功能。改造完成后，按年度开展相应送出线路电能质量测试工作，测试内容主要包括背景谐波、背景间谐波、长时闪变、三相电压不平衡以及不同功率区间段谐波、间谐波、长时闪变、三相电压不平衡等。通过近两年电站电能质量测试结果对比分析，分布式调相机投运后，电站电能质量得到明显改善。

成效与创新

一是区域电能质量显著改善

2021 年黄河公司会同青海电网在青豫直流近区 330kV 系统开展了三次人工短路试验，三次试验故障后旭明变 330kV 母线电压（C 相）分别跌落至 12.9kV、13.4kV、16.4kV，调相机全投运工况下比无调相机投运工况下提升了 3.5kV（提升 0.0184p.u.)，跌落量减小 1.88%，故障消失后，最高电压由 234.4kV 降低至216.4kV（降低 0.0945p.u.）；旭明变#1 调相机升压变 35kV 母线电压（C 相）分别跌落至 13.4kV、14.6kV、15.2kV，调相机全投运工况下比无调相机投运工况下提升了 1.8kV（提升 0.0891p.u.），跌落量减小 22.22%，故障消失后，最高电压由 24.9 kV 降低至23.1kV（降低 0.0891p.u.）；旭明站#3 调相机在第三次故障瞬间，机端电流在短短 7 毫秒间由 173A 升至 12404A（4.5p.u.），无功出力由 1.70Mvar 升至 79.59Mvar（1.6p.u.）以上，为短路瞬间提供了充足支撑。

二是电网负荷裕度明显提高

21 台分布式调相机投运后，在 2021 年 11 月 16 日17 日，青海电网新能源发电出力连续两日突破千万 kW，达到 1045 万千瓦和 1061 万 kW，较历史峰值 994 万千瓦分别提升了 5.1%和6.7%。这两日间，光伏发电大发时段青海全网用电负荷在 980万千瓦至 1010 万 kW，新能源出力持续超全网用电负荷，新能源日发电量最高达到 1.07 亿 kW 时，占全省全天用电量的43.1%。通过 2021 年前 11 个月电量与 2020 年同期对比，青海电网新能源总发电量达到 313 亿 kW 时，同比增长 37.9%。提高青海海南地区新能源送出能力 350 万 kW，年均增发新能源电量70.2 亿 kW 时，相当于节约标准煤 318.9 万吨，减排二氧化碳574.2 万吨。

总结与建议

青海海南区域调相机至今已投运三年，运行期间调相机设备运行稳定，通过电网运行数据显示，分布式调相机具备优异的暂态稳态特性和无功调节能力，对维持电力系统电压稳定起到重要作用，同时可提高系统短路容量和短路比，从而支撑了新能源电力大规模外送的目标。由调相机作为无功功率补偿装置，向电力系统提供或者吸收无功功率，在确保电网安全稳定运行的前提下，大幅提升送出的新能源电能质量。

所以针对国内新能源电站分布特点：“新能源并网点与换流站间电气距离较远，且大容量调相机通常安装在换流站及其近区，不足以抑制新能源机端的暂态过电压。”而分布式调相机可以分层分散配置，在防止新能源过电压脱网和提高新能源送出能力上具有良好效果。分布式调相机在工作原理上与大容量调相机相同，在设计制造上通常采用纯空冷方案，相比于大容量调相机，分布式调相机的相关设计参数均实现了一定优化，具有更好的动态特性，其故障下瞬时强励能力可达 3.5 倍以上，并具有与额定容量相等的进相运行能力。