直流輸電對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響研究

黨克 翟旭京 畢曉龍

摘 要：隨著電力系統(tǒng)大電網(wǎng)、大機(jī)組發(fā)展趨勢(shì)的凸顯，交直流混合輸電越來(lái)越受到重視，高壓直流輸電具有遠(yuǎn)距離、大容量、造價(jià)低、控制靈活等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力系統(tǒng)中。文章主要對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀進(jìn)行探討，通過(guò)直流系統(tǒng)控制方式對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析，并提出了提高電壓穩(wěn)定性的具體措施。

關(guān)鍵詞：直流輸電；電壓穩(wěn)定性；仿真分析

為了適應(yīng)我國(guó)電力需求的快速增長(zhǎng)，國(guó)家電網(wǎng)已將特高壓直流輸電系統(tǒng)建設(shè)作為一項(xiàng)戰(zhàn)略目標(biāo)，加快了對(duì)直流輸電工程的建設(shè)，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)直流輸電工程將達(dá)到27項(xiàng)。直流輸電系統(tǒng)在創(chuàng)造巨大社會(huì)效益的同時(shí)，也給電網(wǎng)電壓支撐能力帶來(lái)了巨大負(fù)擔(dān)，在直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性研究中，電壓穩(wěn)定性是最受關(guān)注的問(wèn)題，在當(dāng)前形勢(shì)下，探討直流輸電對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 高壓直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

作為一種復(fù)雜的非線性動(dòng)力系統(tǒng)，電力系統(tǒng)的動(dòng)力行為可以歸納成一個(gè)非線性微分代數(shù)方程組，對(duì)電壓穩(wěn)定性的研究主要是圍繞微分代數(shù)方程組進(jìn)行。根據(jù)失穩(wěn)機(jī)理，電壓穩(wěn)定性研究方法主要分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析方法兩種。以往，研究高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性主要采用靜態(tài)分析方法，該種方法還停留在原理性分析階段，設(shè)計(jì)的仿真模型比較簡(jiǎn)單，不能反映系統(tǒng)的負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化，也不能對(duì)系統(tǒng)控制的動(dòng)態(tài)特性作用進(jìn)行仿真分析，具有很大的局限性。隨著研究的逐漸深入，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注電壓穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)本質(zhì)問(wèn)題，為了從根本上解釋電壓的失穩(wěn)機(jī)理，有必要建立動(dòng)態(tài)模型，運(yùn)用動(dòng)態(tài)分析方法對(duì)電壓穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行仿真分析[1]。

2 直流系統(tǒng)控制方式對(duì)電壓穩(wěn)定性影響的分析

直流輸電系統(tǒng)主要包括四種控制方式：定電流控制、定電壓控制、定功率控制以及定關(guān)斷角控制，這些控制方式與直流輸電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行特點(diǎn)以及運(yùn)行的可靠性密切相關(guān)。目前世界上應(yīng)用比較廣泛的電力系統(tǒng)仿真軟件主要有PSASP、PSCAD/EMTDC、BPA等，我國(guó)電力行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的仿真軟件是PSCAD/EMTDC，其在直流系統(tǒng)分析中也比較常用，經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外大量的仿真實(shí)驗(yàn)證明，PSCAD/EMTDC是目前研究直流輸電系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題的有效工具。

直流輸電系統(tǒng)通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)換流器的觸發(fā)角進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制調(diào)節(jié)，對(duì)其進(jìn)行仿真建模，能夠更好地模擬實(shí)際系統(tǒng)，在整流運(yùn)行時(shí)應(yīng)輸入電壓和電流控制誤差信號(hào)中的最小值，而在逆變運(yùn)行時(shí)則應(yīng)輸入電壓和電流控制誤差信號(hào)中的最大值，通過(guò)仿真模擬比較，整流測(cè)定電流、逆變測(cè)定電壓的控制方式，直流輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性最好。在直流控制方式下，直流輸電能夠獲得比交流輸電更好的電壓穩(wěn)定性，鑒于直流系統(tǒng)運(yùn)行和控制的復(fù)雜性，這種狀態(tài)下的電壓穩(wěn)定性并不容易獲得，當(dāng)運(yùn)行情況改變時(shí)，直流輸電反而會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響，因此，建立仿真模型，研究直流控制狀態(tài)下對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的影響已經(jīng)成為一項(xiàng)不可或缺的工作[2]。

3 提高直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的具體措施

研究認(rèn)為，影響電壓穩(wěn)定的因素主要有兩個(gè)：功率傳輸能力和動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備不足，因此，在直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行中，要想提高電壓穩(wěn)定性，就應(yīng)從這兩個(gè)方面來(lái)考慮，同時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行分析。

3.1 提高有效短路比

仿真模擬研究表明，在直流系統(tǒng)控制方式不變情況下，有效短路比越大，交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)的無(wú)功支援就會(huì)越強(qiáng)，從而有效地保障了換流站母線電壓的穩(wěn)定，提高直流系統(tǒng)有效短路比可采取以下措施：其一，提高發(fā)電機(jī)的功率輸出能力和機(jī)端電壓水平，保持高壓側(cè)電壓恒定，有效縮短負(fù)荷和電源之間的電氣距離，從而增強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定；其二，采用同步調(diào)相機(jī)來(lái)增加無(wú)功補(bǔ)償，或采用串聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償以減少線路的無(wú)功傳輸損耗，再或者同時(shí)采用可控串聯(lián)補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償器進(jìn)行協(xié)調(diào)控制；其三，可以在樞紐節(jié)點(diǎn)增設(shè)電抗器或并聯(lián)電容對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)獲得最大的功率儲(chǔ)備[3]。

3.2 采用低壓減載裝置和WAMS系統(tǒng)

低壓減載裝置是目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)普遍采用的一種自動(dòng)裝置，該裝置的合理配置對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性將起到關(guān)鍵性作用，是防止電網(wǎng)電壓崩潰的一道重要防線。WAMS系統(tǒng)就是廣域監(jiān)視/測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，這其中就包括對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)電壓的采集，能夠?qū)﹄妷旱倪\(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)獲取的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)而掌握電壓運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)預(yù)防電壓失穩(wěn)的目的。此外，換流站的控制方式對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)仿真分析，我們發(fā)現(xiàn)整流測(cè)定電流、逆變測(cè)定電壓控制方式的電壓穩(wěn)定性最好，因此，有必要采用更高級(jí)的控制方式來(lái)對(duì)交直流系統(tǒng)的相互作用進(jìn)行改善，從而提高高壓直流輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀的探討，以往采用的靜態(tài)分析方法無(wú)法從根本上解釋電壓的失穩(wěn)機(jī)理，有必要建立動(dòng)態(tài)模型，運(yùn)用動(dòng)態(tài)分析方法對(duì)電壓穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行仿真分析，這已成為研究直流控制狀態(tài)下對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)影響的一項(xiàng)不可或缺的工作，對(duì)揭示直流輸電系統(tǒng)的電壓失穩(wěn)機(jī)理有著重要的理論指導(dǎo)意義，能夠?yàn)橹绷鬏旊姽こ痰脑O(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行提供必要的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳躍濤.高壓直流輸電對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響仿真研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2014.

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[3]徐政.聯(lián)于弱交流系統(tǒng)的直流輸電特性研究之二——控制方式與電壓穩(wěn)定性[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，12（3）：3-4.

[4]楊秀，陳鴻煜.高壓直流輸電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究綜述[J].華東電力，2006，10（5）：10-13.