特高壓直流輸電對系統安全穩定影響的研究

王佳男

摘 要：本文著重對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安全穩定影響進行了深入的研究，經過不斷地研究發現，在交流通道上安裝靜止無功補償器，不僅能改變系統的特性，而且還能增強系統的安全穩定程度，對系統安全穩定具有良好的影響。

關鍵詞：特高壓直流輸電;系統安全;電力系統穩定

如今由于超高壓直流輸電技術的不斷提升以及設備的不斷完善，使得許多單位都對輸電系統展開了深入的研究，并經過對比分析，發現運用3回±800kV直流輸電最佳，每回規模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致的功率轉移。2.當直流系統的送受端交流故障消除之后，其運行是否穩定。3.多直流落點系統是否安全穩定。

1 系統網架結構

按照當前電網規劃要求，系統電網結構主要應用的是交流大同步電網，因此現階段便對系統增加了特高壓直流通道，使得區域的電網負荷均顯著增大，為此在受端電網加裝了燃機;在送端電網加裝了輸變電送出工程，其它網架結構沒有改變。

2 系統建模

系統建模本文主要借助的是BPA程序，構建出交直流系統機電暫態的仿真模型。其中，發電機應用的是次暫態變化模型;送受端電網機組應用的是PSS模型;直流系統應用的是定功率控制;負荷應用的是帶有頻率屬性的靜態負荷模型。

3 互聯系統安全穩定影響的研究

3.1 特高壓直流單極閉鎖對系統的影響

因為系統的沖擊承受能力很強，所以當系統發生特高壓直流單極閉鎖現象時，系統并不需要借助輔助設施就能處于穩定狀態。如果交流通道承受故障的直流功率發生轉變時，只要線路和變壓器沒有發生過載，則故障之后的受端電網以及交流通道的電壓均能保持為0.95pu。為此還特別對某特高壓直流單極閉鎖故障進行了研究，當發生故障時就切斷了送端機組，這樣系統就會非常的穩定。

3.2 特高壓直流雙極閉鎖對系統的影響

當系統發生特高壓直流雙極閉鎖故障時，會瞬間損失大量的電力，此時為保證系統的安全穩定，就必須切斷送端的機組，這樣系統就會通過振蕩以后漸漸趨于平穩。通過各個發電機機端的電壓，能夠發現只要出現直流雙極閉鎖故障，則系統電壓就會顯著降低，進而使交流系統出現無功補償不足的情況。而無功缺額主要由發電機提供，所以為了確保發電機機端的電壓穩定，就需要增大發電機的勵磁電壓，進而增大無功功率。經過計算能夠發現，當系統處于平衡狀態時，各個發電機機端的電壓和發生故障以前的電壓差距很小。

3.3 交流三相故障對系統的影響

首先，整流站交流三相故障。在正常情況下，當水電站和換流站之間的線路出現三相故障的時候，系統是不需要借助穩定設施就能達到穩定的。通過故障暫態來看，因為送端換流站之間的電氣相距很近，所以當整流站線路出現三相短路情況時，換流站的交流母線電壓都會極低，當清理完故障之后，換流站的交流母線電壓就能馬上恢復，并且直流功率也會立即恢復。其次，逆變站交流三相故障。當換流站出現三相短路故障時，換流站的換相就會立即失效，當處理好故障之后，換流站的直流功率就會馬上恢復正常。

3.4 跳雙回線故障對系統的影響

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

3.5 特高壓直流單極長期停運對系統的影響

當特高壓直流單極長期停運的時候，如果沒有注意到直流負荷情況，則經過交流電網轉送的潮流就會非常大，轉送較大的潮流會顯著增加交流電網的承擔能力，所以在發生直流單極長期停運的時候，川渝電網的500kV變電站以及特高壓變電站一同補充了1980Mvar容性無功容量;華中東地區的特高壓變電站總體補充了2310Mvar容性無功容量;華東地區的特高壓變電站總體補充了 1980Mvar容性無功容量，使得系統電壓和直流單極停運以前的電壓基本相同。

4 提高系統安全穩定的有效措施

4.1 安裝SVC設備

在此特別對向家壩的南匯直流進行了研究，在其潮流轉送的特高壓站安裝了2800Mvar SVC設備;在送受端電壓為500kV的一側安裝了360Mvar SVC設備，安裝完SVC以后，當向家壩的南匯直流出現雙極閉鎖情況時，送端只需切斷一臺機組就能使系統達到穩定狀態;當向家壩的南匯直流出現雙極閉鎖情況時，如果切斷送端的四臺機組，則系統達到穩定狀態時，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，當系統出現故障時，如果切斷送端機組，則系統達到穩定情況時，其電壓都要比沒安裝SVC設備的高很多。當安裝SVC設備以后，SVC設備就能給全網帶來一定容量的無功功率，使得各個電網的發電機無功出力都比沒有安裝SVC設備的低，主要因為送電斷面的輸送無功功率比沒有安裝SVC設備的少很多，所以安裝SVC設備以后，系統無功儲備就會顯著增大，使得系統電壓始終處于穩定狀態。

4.2 增大直流功率

通常直流輸電系統會具有較大的過負荷功能，一般短期過負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，當其出現雙極閉鎖情況時，其短期功率會提高到額定功率的1.1倍，這樣兩個直流就會多轉送1260MW的電力，而較大的電力會使系統不穩定，所以就需要切斷四臺機組，以穩定系統。

4.3 注意電網負荷的變化情況

通過對向家壩的南匯直流展開深入的研究，能夠清楚知道負荷特性改變時系統的穩定狀況，首先，還繼續使用60%的恒定功率以及40%的恒定阻抗模型，當出現雙極閉鎖情況時，就切斷送端的四臺機組，使系統振蕩以后漸漸保持穩定，這時的電壓會比沒有改變負荷特性的高很多，尤其是特高壓站的電壓，更為顯著，由于電壓比沒有改變負荷特性的大很多，所以其恒阻抗負荷的比例就會顯著降低，這樣負荷就會比沒有改變負荷特性的顯著增大。其次，把電網有功負荷特性改成70%的恒定功率和30%的恒定阻抗模型，當出現雙極閉鎖故障時，如果只切段送端的四4臺機組，那系統還是不會穩定，這主要是因為電網發生故障以后有功負荷的減少程度要比沒有改變負荷特性的小，所以就使送端轉送的潮流有功功率變大，這樣無功消耗就會變大，使系統無功功率失衡，電壓不斷下降，最終造成癱瘓，所以通過分析以后，發現切段送端七臺機組就能使系統達到穩定。

5 總結

通過上述內容可知：特高壓直流輸電對系統安全穩定具有很大的影響，需要詳細研究，以使系統穩定的運行。

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