特高壓直流輸電對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響的研究

王佳男

摘 要：本文著重對(duì)特高壓直流在單一和故障情況下的交流輸電通道所受到的沖擊以及系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響進(jìn)行了深入的研究，經(jīng)過不斷地研究發(fā)現(xiàn)，在交流通道上安裝靜止無(wú)功補(bǔ)償器，不僅能改變系統(tǒng)的特性，而且還能增強(qiáng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定程度，對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定具有良好的影響。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電;系統(tǒng)安全;電力系統(tǒng)穩(wěn)定

如今由于超高壓直流輸電技術(shù)的不斷提升以及設(shè)備的不斷完善，使得許多單位都對(duì)輸電系統(tǒng)展開了深入的研究，并經(jīng)過對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)運(yùn)用3回±800kV直流輸電最佳，每回規(guī)模6400MW。在該方案中，需要特別注意的問題就是：1.交流通道能不能承受住由直流故障所導(dǎo)致的功率轉(zhuǎn)移。2.當(dāng)直流系統(tǒng)的送受端交流故障消除之后，其運(yùn)行是否穩(wěn)定。3.多直流落點(diǎn)系統(tǒng)是否安全穩(wěn)定。

1 系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

按照當(dāng)前電網(wǎng)規(guī)劃要求，系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用的是交流大同步電網(wǎng)，因此現(xiàn)階段便對(duì)系統(tǒng)增加了特高壓直流通道，使得區(qū)域的電網(wǎng)負(fù)荷均顯著增大，為此在受端電網(wǎng)加裝了燃機(jī);在送端電網(wǎng)加裝了輸變電送出工程，其它網(wǎng)架結(jié)構(gòu)沒有改變。

2 系統(tǒng)建模

系統(tǒng)建模本文主要借助的是BPA程序，構(gòu)建出交直流系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)的仿真模型。其中，發(fā)電機(jī)應(yīng)用的是次暫態(tài)變化模型;送受端電網(wǎng)機(jī)組應(yīng)用的是PSS模型;直流系統(tǒng)應(yīng)用的是定功率控制;負(fù)荷應(yīng)用的是帶有頻率屬性的靜態(tài)負(fù)荷模型。

3 互聯(lián)系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響的研究

3.1 特高壓直流單極閉鎖對(duì)系統(tǒng)的影響

因?yàn)橄到y(tǒng)的沖擊承受能力很強(qiáng)，所以當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生特高壓直流單極閉鎖現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)并不需要借助輔助設(shè)施就能處于穩(wěn)定狀態(tài)。如果交流通道承受故障的直流功率發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，只要線路和變壓器沒有發(fā)生過載，則故障之后的受端電網(wǎng)以及交流通道的電壓均能保持為0.95pu。為此還特別對(duì)某特高壓直流單極閉鎖故障進(jìn)行了研究，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)就切斷了送端機(jī)組，這樣系統(tǒng)就會(huì)非常的穩(wěn)定。

3.2 特高壓直流雙極閉鎖對(duì)系統(tǒng)的影響

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生特高壓直流雙極閉鎖故障時(shí)，會(huì)瞬間損失大量的電力，此時(shí)為保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，就必須切斷送端的機(jī)組，這樣系統(tǒng)就會(huì)通過振蕩以后漸漸趨于平穩(wěn)。通過各個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓，能夠發(fā)現(xiàn)只要出現(xiàn)直流雙極閉鎖故障，則系統(tǒng)電壓就會(huì)顯著降低，進(jìn)而使交流系統(tǒng)出現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償不足的情況。而無(wú)功缺額主要由發(fā)電機(jī)提供，所以為了確保發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓穩(wěn)定，就需要增大發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓，進(jìn)而增大無(wú)功功率。經(jīng)過計(jì)算能夠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，各個(gè)發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓和發(fā)生故障以前的電壓差距很小。

3.3 交流三相故障對(duì)系統(tǒng)的影響

首先，整流站交流三相故障。在正常情況下，當(dāng)水電站和換流站之間的線路出現(xiàn)三相故障的時(shí)候，系統(tǒng)是不需要借助穩(wěn)定設(shè)施就能達(dá)到穩(wěn)定的。通過故障暫態(tài)來看，因?yàn)樗投藫Q流站之間的電氣相距很近，所以當(dāng)整流站線路出現(xiàn)三相短路情況時(shí)，換流站的交流母線電壓都會(huì)極低，當(dāng)清理完故障之后，換流站的交流母線電壓就能馬上恢復(fù)，并且直流功率也會(huì)立即恢復(fù)。其次，逆變站交流三相故障。當(dāng)換流站出現(xiàn)三相短路故障時(shí)，換流站的換相就會(huì)立即失效，當(dāng)處理好故障之后，換流站的直流功率就會(huì)馬上恢復(fù)正常。

3.4 跳雙回線故障對(duì)系統(tǒng)的影響

經(jīng)過對(duì)某電站的線路研究能夠發(fā)現(xiàn)，如果其送端換流站的左邊出現(xiàn)跳雙回線故障時(shí)，只需切斷左邊機(jī)組即可;如果是換流站右邊線路出現(xiàn)跳雙回線故障，則切斷右邊的機(jī)組就能保持穩(wěn)定;如果是其它交流線路出現(xiàn)跳雙回線故障，則不用借助其他方法就能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。如果是逆變站的交流線路出現(xiàn)跳雙回線故障，則需要通過減小直流輸送功率或者切斷部分機(jī)組才能達(dá)到穩(wěn)定，如果是其它交流線路出現(xiàn)跳雙回線故障，則系統(tǒng)不用任何方法就能處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.5 特高壓直流單極長(zhǎng)期停運(yùn)對(duì)系統(tǒng)的影響

當(dāng)特高壓直流單極長(zhǎng)期停運(yùn)的時(shí)候，如果沒有注意到直流負(fù)荷情況，則經(jīng)過交流電網(wǎng)轉(zhuǎn)送的潮流就會(huì)非常大，轉(zhuǎn)送較大的潮流會(huì)顯著增加交流電網(wǎng)的承擔(dān)能力，所以在發(fā)生直流單極長(zhǎng)期停運(yùn)的時(shí)候，川渝電網(wǎng)的500kV變電站以及特高壓變電站一同補(bǔ)充了1980Mvar容性無(wú)功容量;華中東地區(qū)的特高壓變電站總體補(bǔ)充了2310Mvar容性無(wú)功容量;華東地區(qū)的特高壓變電站總體補(bǔ)充了 1980Mvar容性無(wú)功容量，使得系統(tǒng)電壓和直流單極停運(yùn)以前的電壓基本相同。

4 提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定的有效措施

4.1 安裝SVC設(shè)備

在此特別對(duì)向家壩的南匯直流進(jìn)行了研究，在其潮流轉(zhuǎn)送的特高壓站安裝了2800Mvar SVC設(shè)備;在送受端電壓為500kV的一側(cè)安裝了360Mvar SVC設(shè)備，安裝完SVC以后，當(dāng)向家壩的南匯直流出現(xiàn)雙極閉鎖情況時(shí)，送端只需切斷一臺(tái)機(jī)組就能使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)向家壩的南匯直流出現(xiàn)雙極閉鎖情況時(shí)，如果切斷送端的四臺(tái)機(jī)組，則系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，其電壓最低的特高壓站的電壓也在975kV之上，比沒有安裝 SVC的增大了40kV。由此可見，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，如果切斷送端機(jī)組，則系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定情況時(shí)，其電壓都要比沒安裝SVC設(shè)備的高很多。當(dāng)安裝SVC設(shè)備以后，SVC設(shè)備就能給全網(wǎng)帶來一定容量的無(wú)功功率，使得各個(gè)電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)無(wú)功出力都比沒有安裝SVC設(shè)備的低，主要因?yàn)樗碗姅嗝娴妮斔蜔o(wú)功功率比沒有安裝SVC設(shè)備的少很多，所以安裝SVC設(shè)備以后，系統(tǒng)無(wú)功儲(chǔ)備就會(huì)顯著增大，使得系統(tǒng)電壓始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 增大直流功率

通常直流輸電系統(tǒng)會(huì)具有較大的過負(fù)荷功能，一般短期過負(fù)荷額定值是直流電流額定值的1.1倍。以向家壩的南匯直流為例，當(dāng)其出現(xiàn)雙極閉鎖情況時(shí)，其短期功率會(huì)提高到額定功率的1.1倍，這樣兩個(gè)直流就會(huì)多轉(zhuǎn)送1260MW的電力，而較大的電力會(huì)使系統(tǒng)不穩(wěn)定，所以就需要切斷四臺(tái)機(jī)組，以穩(wěn)定系統(tǒng)。

4.3 注意電網(wǎng)負(fù)荷的變化情況

通過對(duì)向家壩的南匯直流展開深入的研究，能夠清楚知道負(fù)荷特性改變時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定狀況，首先，還繼續(xù)使用60%的恒定功率以及40%的恒定阻抗模型，當(dāng)出現(xiàn)雙極閉鎖情況時(shí)，就切斷送端的四臺(tái)機(jī)組，使系統(tǒng)振蕩以后漸漸保持穩(wěn)定，這時(shí)的電壓會(huì)比沒有改變負(fù)荷特性的高很多，尤其是特高壓站的電壓，更為顯著，由于電壓比沒有改變負(fù)荷特性的大很多，所以其恒阻抗負(fù)荷的比例就會(huì)顯著降低，這樣負(fù)荷就會(huì)比沒有改變負(fù)荷特性的顯著增大。其次，把電網(wǎng)有功負(fù)荷特性改成70%的恒定功率和30%的恒定阻抗模型，當(dāng)出現(xiàn)雙極閉鎖故障時(shí)，如果只切段送端的四4臺(tái)機(jī)組，那系統(tǒng)還是不會(huì)穩(wěn)定，這主要是因?yàn)殡娋W(wǎng)發(fā)生故障以后有功負(fù)荷的減少程度要比沒有改變負(fù)荷特性的小，所以就使送端轉(zhuǎn)送的潮流有功功率變大，這樣無(wú)功消耗就會(huì)變大，使系統(tǒng)無(wú)功功率失衡，電壓不斷下降，最終造成癱瘓，所以通過分析以后，發(fā)現(xiàn)切段送端七臺(tái)機(jī)組就能使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。

5 總結(jié)

通過上述內(nèi)容可知：特高壓直流輸電對(duì)系統(tǒng)安全穩(wěn)定具有很大的影響，需要詳細(xì)研究，以使系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。

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