淺析多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判據(jù)與控制措施

劉俊磊

摘 要：社會經(jīng)濟的持續(xù)健康增長，社會生產(chǎn)力的不斷提高，促進社會生產(chǎn)和生活需要大量的電能作為支撐，而實際上我國一次能源分布存在著不均衡的情況，這嚴重影響到了我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)定增長，由此需要對能源資源進行大范圍、大規(guī)模的配置。高壓直流輸電技術(shù)在遠距離聯(lián)絡交流系統(tǒng)和大功率輸電方面具有明顯的優(yōu)勢，被廣泛運用于遠距離的大規(guī)模輸電工作和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)工作當中。而隨著負荷增長、遠距離大容量送電增加、可再生能源大量接入，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題日益成為制約電網(wǎng)安全的主要問題。文章主要是從影響多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的因素和多直流饋入系統(tǒng)電壓失穩(wěn)機理入手，對多直流饋入受端電壓失穩(wěn)情況進行分析，從而對多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判據(jù)進行詳細而全面的說明，并有針對性的提出了一些有效的控制措施。

關(guān)鍵詞：多直流饋入受端；電網(wǎng)；電壓；穩(wěn)定；判據(jù)；控制措施

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0103-02

1 前 言

多年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，國內(nèi)外許多受端系統(tǒng)都出現(xiàn)了用電負荷的迅猛增長、最高用電負荷占全網(wǎng)的比重逐漸增加的情況，而受端系統(tǒng)內(nèi)部主力電廠建設(shè)不足，大量的電能需要進行遠距離傳輸，受端系統(tǒng)對外來電力的依賴程度不斷提高，導致現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的主要矛盾從功角穩(wěn)定問題逐漸轉(zhuǎn)化為電壓穩(wěn)定問題。廣東電網(wǎng)是典型的直流多落點受端電網(wǎng)，在普僑直流和牛從直流投產(chǎn)后，形成八交八直的受電格局，西電東送方式復雜多變，楚穗、普僑、牛從三大直流長期滿負荷運行，交直流相互影響加劇，作為受端電網(wǎng)的廣東電網(wǎng)其電壓穩(wěn)定問題也變得更加突出，所面臨的安全運行局勢更加嚴峻。且當前的廣東電網(wǎng)在直流閉鎖等大擾動過程中的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題顯著。多直流饋入受端電網(wǎng)的電壓出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，歸根結(jié)底是電網(wǎng)動態(tài)無功支撐能力不足，諸多影響因素相互交織導致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題突出，控制難度大、代價高，需要采用有效的控制措施予以應對。

2 多直流饋入受端電壓失穩(wěn)情況分析

2.1 影響多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的因素

2.1.1 受端系統(tǒng)電壓支撐

影響多直流饋入受端電網(wǎng)自身電壓穩(wěn)定性的一個重要因素就是受端系統(tǒng)電壓的支撐情況，如果其支撐效果不足，將會在很大情況下直接影響到多直流饋入受端電壓的穩(wěn)定水平，受端電網(wǎng)電壓的支撐能力，通常會受到無功補償設(shè)備容量、發(fā)電機性能以及高壓直流輸電容量的限制。

電力系統(tǒng)在實際運行的過程中，通常會處于較高負荷的狀態(tài)之下，而電動機等負荷需要大量的無功功率，一旦其受端系統(tǒng)的發(fā)電機跳閘、直流換相失敗、以及交流嚴重故障，將會直接造成受端系統(tǒng)無功大量缺額。

2.1.2 交流系統(tǒng)的強度

對電力系統(tǒng)電壓強度進行檢驗的重要標志之一就是系統(tǒng)短路容量，短路容量越大，表示網(wǎng)絡越強，反之則越弱。對電力網(wǎng)絡中某點的短路容量進行計算，主要通過該點的額定電壓和三相短路電流進行相乘得到。短路比和有效短路比同樣會影響到短路容量，這兩個參數(shù)一定程度上反映了電力節(jié)點自身無功補償?shù)膯栴}。

2.1.3 無功補償方式

要對交流無功潮流進行控制，首先需要做到無功的分層分區(qū)平衡，而常用的無功手段主要包含靜止無功補償器、并聯(lián)電容器組以及同步調(diào)相機三種。靜止無功補償器是一種補償裝置，能夠?qū)o功功率進行有效的控制，能夠進行連續(xù)性的調(diào)節(jié)，具有很好的現(xiàn)實可行性。并聯(lián)電容器組是當前電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備，能夠?qū)﹄妷汉蜔o功進行有效的控制，同時還能夠幫助電力系統(tǒng)的調(diào)度員對系統(tǒng)電壓進行調(diào)節(jié)和控制。同步調(diào)相機是一種同步電動機，主要是空載運行的，其轉(zhuǎn)子和同步電動機相同，能夠?qū)畲烹娏鞯拇笮∵M行改變，從而實現(xiàn)輸出或者吸收無功功率[1]。

2.2 多直流饋入系統(tǒng)電壓失穩(wěn)機理

多直流饋入受端系統(tǒng)，在實際運行過程中，可以發(fā)現(xiàn)電壓失穩(wěn)甚至崩潰是一個動態(tài)化的現(xiàn)象和過程。多直流饋入受端系統(tǒng)中各個直流系統(tǒng)在換流母線處，沒有SVC裝置，或者有的情況下SVC的容量很小，尤其是換流母線附近沒有大容量的發(fā)電機，若交流故障或者直流換相失敗以及在其恢復過程中就缺乏無功支撐，容易導致電壓失穩(wěn)。同步調(diào)相機、SVC和發(fā)電機等裝置，能夠快速的、連續(xù)的對無功進行補償，但是若要發(fā)揮作用就需要配置的容量足夠大。只有具有充足的動態(tài)無功儲備，才能夠?qū)﹄妷浩鸬搅己玫闹巫饔?，即使是在大擾動故障的狀態(tài)下也能保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定[2]。

3 多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判據(jù)

3.1 基于時域仿真的暫態(tài)電壓穩(wěn)定情況分析

多直流饋入受端輸電系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)了直流閉鎖故障，或者當交流輸電通道故障被切除之后，可能導致多條直流同時換相失敗，對受端系統(tǒng)將會產(chǎn)生較大的沖擊，由此導致多直流饋入受端系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)電壓失穩(wěn)。在多直流饋入受端系統(tǒng)中，如果出現(xiàn)了交流嚴重故障，將會導致直流的雙極或者單極出現(xiàn)閉鎖的問題，從而受端的電壓將會出現(xiàn)暫態(tài)下降，對多直流饋入受端整體穩(wěn)定性運行產(chǎn)生嚴重的負面影響。同時還需要注意的是，直流閉鎖還會導致直流輸送的功率進行傳送和轉(zhuǎn)移，主要是體現(xiàn)在傳送到并聯(lián)交流的交流輸電線路中。而根據(jù)目前的電網(wǎng)運行情況可以發(fā)現(xiàn)，導致多直流饋入受端電網(wǎng)穩(wěn)定運行受到影響的另一個重要因素就是交流輸電線會出現(xiàn)潮流沖擊，同時導致交流線路無功損耗有所增加[3]。

3.2 多回直流控制系統(tǒng)交互作用

多直流饋入受端系統(tǒng)在實際運行的過程中，容易出現(xiàn)一定的交互影響，這主要是由于各個直流使用了無協(xié)調(diào)的、局部性的控制策略，而實際上各個直流回路之間通過交流系統(tǒng)還存在著一定的相關(guān)作用。當多回直流控制系統(tǒng)發(fā)生交互作用的時候，將會對多直流饋入受端的電壓情況造成一些影響，從而導致其出現(xiàn)不穩(wěn)的狀況。如果多直流饋入受端系統(tǒng)中的一條直流整流側(cè)定電流控制，此時若傳輸?shù)挠泄β试黾?，那么逆變?cè)消耗的無功功率也將會相應的有所增加。

針對這種情況，換流母線的電壓，也將會出現(xiàn)瞬時下降的情況，同時對換流母線周圍的節(jié)點電壓造成影響，從而影響到各個線路自身無功功率和有功功率的具體情況，導致最終的多直流饋入受端電網(wǎng)電壓失去原有的穩(wěn)定性[4]。

4 提高多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的控制措施

4.1 對多直流饋入受端電網(wǎng)電壓進行控制的具體措施

針對導致多直流饋入受端電網(wǎng)電壓失去穩(wěn)定性的影響因素，通過采用積極有效的方式，能夠起到良好的控制作用和效果，從而保證多直流饋入受端系統(tǒng)以更加穩(wěn)定、安全的狀態(tài)運行，具體能夠采用的控制措施主要有以下幾個方面：

第一，對多饋入短路比和多饋入有效短路比進行增大，需要注意的是，增加的是多直流落點處的短路比。通過這項措施，能夠保證直流系統(tǒng)得到交流系統(tǒng)的無功支撐，從而對交流系統(tǒng)的強度進行有效提升。

第二，適當增加直流輸電子系統(tǒng)之間的電氣距離，并將其控制在一定的合理范圍之內(nèi)，這樣同樣能夠?qū)Χ嘀绷黟伻胧芏讼到y(tǒng)起到良好的無功支持效果[5]。

第三，對直流輸電系統(tǒng)的控制方式進行有效的選擇，保證該項控制方式能夠符合實際情況，針對多個直流系統(tǒng)進行全面有效的控制和協(xié)調(diào)，從而保證直流系統(tǒng)能夠得到良好的恢復，這對于增強多直流饋入受端電力系統(tǒng)電壓自身的穩(wěn)定性具有積極作用。

第四，需要對發(fā)電機進行有效的維護，保證其使用的無功備用容量能夠滿足實際需要，這樣能夠保證多直流饋入受端的發(fā)電機在過勵磁的時候，能夠提供充足的無功功率，減少電壓失穩(wěn)問題的發(fā)生[6]。

4.2 做好低壓減載措施配置工作

想要保證多直流饋入受端電網(wǎng)電壓能夠具有良好的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，需要對低壓減載措施的配置工作進行全面有效的配置。在進行低壓減載措施配置的過程中，需要對電壓運行的故障情況進行區(qū)分，選擇合適的運行方式和控制方案的類型。低壓減載措施配置中的具體方法主要包括：對單個母線的特定故障進行設(shè)置，這樣能夠減少多直流饋入受端電網(wǎng)電壓問題的發(fā)生概率；當多直流饋入受端系統(tǒng)運行的電壓較高時，需要保證動作電壓的門檻值設(shè)置的較低；對配置區(qū)域內(nèi)部的可切負荷總量進行有效確定，在確定的時候，通常是根據(jù)區(qū)域的總體負荷水平和結(jié)構(gòu)進行的；對低壓減載措施配置的安裝范圍和節(jié)點電壓進行控制，這樣對于多直流饋入受端的切負荷量起到一定的保障作用[7]。

通過實行低壓減載措施的配置工作，能夠在很大程度上提升暫態(tài)電壓的穩(wěn)定性，為保證電網(wǎng)良好、穩(wěn)定、安全的運行發(fā)揮積極作用。

5 結(jié) 語

電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定問題日益成為制約電網(wǎng)安全的主要問題。大容量直流輸電受端交流故障導致直流換相失敗需要大量動態(tài)無功來支撐交流電壓恢復和直流功率恢復，交流故障過程中負荷中心大量電動機負荷也需要吸收大量無功功率。針對多直流饋入受端電網(wǎng)，準確把握電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性具有一定的難度，需要按照一定的標準和依據(jù)對其進行控制和判斷，這樣有效構(gòu)建了防范電壓穩(wěn)定的安全防線，為經(jīng)濟發(fā)展提供充足可靠的電力資源做好準備工作。

參考文獻：

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