特高壓交直流受端電網(wǎng)的穩(wěn)定性分析

獨(dú)旭東

摘要：特高壓交直流受端電網(wǎng)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)，促使特高壓直流輸電不斷虧大規(guī)模，導(dǎo)致直流非常強(qiáng)、交流非常弱，這是當(dāng)前需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。在此情況下，要對(duì)其運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行分析，關(guān)注特高壓交直流主電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化主電網(wǎng)結(jié)構(gòu)并不斷改進(jìn)，使電網(wǎng)保持穩(wěn)定可靠的狀態(tài)。本論文著重于研究特高壓交直流受端電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：特高壓;交直流;受端;電網(wǎng);穩(wěn)定性

引言：

從特高壓輸電技術(shù)情況來(lái)看，一直以來(lái)都是交流與直流同步，特高壓交流電網(wǎng)被摒棄，取而代之的是交流輸電骨干網(wǎng)。合理應(yīng)用特高壓交直流輸電技術(shù)，將其所具備的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮出來(lái)，為開(kāi)發(fā)能源基地能源，有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)電能傳輸?shù)膯?wèn)題提出科學(xué)有效的解決方案[1]。當(dāng)前來(lái)看，特高壓受端電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大。但是，由于特高壓直流輸電的發(fā)展是階梯式的，電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中產(chǎn)生變化，產(chǎn)生了強(qiáng)直流和弱交流，這使得人們開(kāi)始關(guān)注輸電網(wǎng)的安全性。

一、特高壓交直流受端電網(wǎng)運(yùn)行中所具備的特征

特高壓交直流受端電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中的特征是比較明顯的，主要體現(xiàn)為四個(gè)方面：其一為特高壓交流問(wèn)題危害直流，其二為特高壓直流問(wèn)題危害交流;其三為直流受端電網(wǎng)的穩(wěn)定性;其四為交流與直流之間相互影響、交流、直流混合電網(wǎng)的穩(wěn)定性。具體如下：

（一）特高壓交流問(wèn)題危害直流

交流系統(tǒng)問(wèn)題對(duì)特高壓直流電的危害是比較大的，主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

其一，交流系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中如果存在問(wèn)題，交流母線降低電壓，換流站線路的電壓就會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生偏移，直流換相無(wú)法成功。

其二，將交流系統(tǒng)故障快速排除。當(dāng)交流系統(tǒng)運(yùn)行中恢復(fù)了電壓之后，可以保證征程的直流輸電，對(duì)于問(wèn)題如果不能有效解決，或者在解決之后無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)，直流換相就無(wú)法成功，直流操作也不能成功。

（二）特高壓直流問(wèn)題危害交流

由于系統(tǒng)處于接收端，電網(wǎng)的頻率降低，如果系統(tǒng)的發(fā)電容量保持一定，系統(tǒng)頻率維持正常狀態(tài)。隨著直流處于閉鎖狀態(tài)，接收端系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)功還會(huì)有剩余。在不能將無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備拆除的情況下，系統(tǒng)電壓就會(huì)處于正常狀態(tài)，在不能無(wú)法移除換流站的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的情況下，系統(tǒng)依然處于高壓運(yùn)行狀態(tài)。

（三）直流受端電網(wǎng)的穩(wěn)定性

對(duì)于一個(gè)區(qū)域中的所有500kV交流設(shè)置故障，直流線路也要設(shè)置故障，然后對(duì)其受到干擾下是否正常運(yùn)行進(jìn)行研究[2]。該地區(qū)多條受擾線路仍能在短時(shí)間內(nèi)維持平衡狀態(tài)，這就可以說(shuō)明電網(wǎng)有良好的穩(wěn)定性。此外，在電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，500kV電路產(chǎn)生一些問(wèn)題，系統(tǒng)依然保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。如果輸出的特高壓直流中的單極和雙極被鎖定，原本送至部門和地區(qū)的電力將以直流的形式直接輸送至該地區(qū)，導(dǎo)致特高壓電網(wǎng)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。

（四）交流與直流之間相互影響

電網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，比較常見(jiàn)的問(wèn)題就是單相短路，影響單回路和多回路直流的換相，嚴(yán)重影響交流段，甚至直流系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，電能傳輸不能持續(xù)，導(dǎo)致中斷現(xiàn)象。換流母線電壓的質(zhì)量對(duì)其正常性起到了決定性的作用，如果有故障存在，由于電壓波形的存在造成換流失敗。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是降低了電壓幅值，產(chǎn)生電壓過(guò)零偏移。事實(shí)上，電壓過(guò)零偏移量不會(huì)產(chǎn)生很大的影響，當(dāng)降低電壓幅值的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)換流失敗的問(wèn)題。所以，對(duì)交流主網(wǎng)結(jié)構(gòu)建設(shè)力度要加強(qiáng)，防止沖擊的規(guī)模擴(kuò)大化。中國(guó)電網(wǎng)可以承受兩次單回路特高壓直流換相故障，如果單回路或多回路直流發(fā)生多起故障，就會(huì)比電網(wǎng)可以承擔(dān)的次數(shù)多。所以，由于特高壓交直流電網(wǎng)自身所具備的特征，交流域直流之間會(huì)相互影響。

（五）交流、直流混合電網(wǎng)的穩(wěn)定性

直流電所具備的特性促使暫態(tài)過(guò)程趨于復(fù)雜化，對(duì)電壓的穩(wěn)定性造成一定的影響。當(dāng)直流側(cè)故障的暫態(tài)電壓不穩(wěn)定的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致不良影響，使得無(wú)功補(bǔ)償輸出發(fā)生改變。當(dāng)頻率的穩(wěn)定性受到影響的時(shí)候，通過(guò)降低接收電網(wǎng)的頻率，導(dǎo)致頻率缺乏穩(wěn)定性[3]。

二、特高壓交直流受端電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定的控制措施

特高壓交直流受端電網(wǎng)運(yùn)行要保持穩(wěn)定狀態(tài)，就需要交直流輸電技術(shù)提高，有效應(yīng)對(duì)電壓、頻率穩(wěn)定性，主網(wǎng)架構(gòu)增強(qiáng)，控制電網(wǎng)穩(wěn)定的策略。具體如下：

（一）交直流輸電技術(shù)提高

改進(jìn)交直流輸電技術(shù)主要有兩種方法：一種方法是換流技術(shù);另一種方法是在線安全分析技術(shù)。從換流技術(shù)的角度而言，目前專業(yè)領(lǐng)域針對(duì)直流輸電換流技術(shù)進(jìn)行研究，主要包括三種：第一種是電容換流技術(shù);第二種是直流輸電技術(shù)，第三種是柔性直流輸電技術(shù)。其中的直流輸電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在應(yīng)用領(lǐng)域普遍應(yīng)用，但是在具體應(yīng)用中也有不完善之處，會(huì)存在一些問(wèn)題，這就需要在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)所在的位置進(jìn)行大量無(wú)功功率補(bǔ)償。由于傳輸容量持續(xù)增加，就會(huì)凸顯發(fā)射機(jī)與接收機(jī)的無(wú)功平衡問(wèn)題。如果一個(gè)接收器的多個(gè)直流無(wú)法換向，必然會(huì)對(duì)區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性造成一定的影響。在線安全分析的過(guò)程中，要保證電網(wǎng)運(yùn)行安全，就要采用先進(jìn)的調(diào)度形式，但是這項(xiàng)操作中需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用分析技術(shù)，結(jié)合使用主動(dòng)型的技術(shù)。當(dāng)前來(lái)看，該技術(shù)缺乏實(shí)用性，且不具有良好的適應(yīng)性，沒(méi)有很好的定位功能，大致資源不能高效。

（二）有效應(yīng)對(duì)電壓、頻率穩(wěn)定性

特高壓電網(wǎng)在運(yùn)行的過(guò)程中，其電壓等級(jí)非常高，會(huì)產(chǎn)生很大的影響。所以，要在短時(shí)間內(nèi)將保護(hù)措施和控制措施制定出來(lái)，發(fā)揮其有效性。換相失敗造成的沖擊會(huì)導(dǎo)致交流保護(hù)效果降低，線路保護(hù)受到影響。如果所采用的保護(hù)方法依然很傳統(tǒng)，在工頻相量的時(shí)候，往往使用全周期傅里葉算法，也可以根據(jù)需要使用半周期傅里葉算法。要避免非特征相量的存在導(dǎo)致負(fù)面影響，就需要將相量保護(hù)措施制定出來(lái)并從實(shí)際出發(fā)深入研究。通過(guò)布局直流輸電骨干網(wǎng)并合理規(guī)劃，使得電網(wǎng)運(yùn)行有較高的安全穩(wěn)定性。

（三）主網(wǎng)架構(gòu)增強(qiáng)

當(dāng)特高壓交直流電源運(yùn)行的過(guò)程中要充分考慮到實(shí)際情況，如果交流電網(wǎng)已經(jīng)形成一定的規(guī)模并適應(yīng)直流電網(wǎng)的容量，大容量直流閉鎖會(huì)形成一定的沖擊力，但此時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)依然穩(wěn)定。交流主電網(wǎng)運(yùn)行中要有充足的強(qiáng)度，即便受到直流故障的干擾，依然可以維持正常狀態(tài)。相比較于大容量直流輸電，交流電網(wǎng)沒(méi)有快速發(fā)展起來(lái)。從國(guó)家交流電網(wǎng)模型來(lái)看，不能有效支持交流電網(wǎng)，大電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)比較大。為加強(qiáng)交流電網(wǎng)建設(shè)，使得當(dāng)前的問(wèn)題得以解決，就需要使其與大規(guī)模直流容量相匹配。

（四）控制電網(wǎng)穩(wěn)定的策略

當(dāng)特高壓輸電系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，直流系統(tǒng)的輸電功率無(wú)法有效，直流系統(tǒng)的輸電功率就無(wú)法有效改變，就會(huì)形成一定的負(fù)載能力。所以，處于傳統(tǒng)控制策略下，受到直流系統(tǒng)控制模式的影響，在附加控制下就會(huì)使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性大大提高。增加了緊急控制直流功率，同時(shí)也增加了回退控制直流功率，此為直流附加控制策略中的重要內(nèi)容。處于直流緊急控制的情況下，短路會(huì)引起能量積累，此時(shí)得到有效釋放，當(dāng)能量傳輸?shù)倪^(guò)程中驅(qū)動(dòng)電平降低，電路問(wèn)題得到緩解，就會(huì)導(dǎo)致特高壓通道出現(xiàn)阻塞的問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)上面的研究可以明確，現(xiàn)在的人們要求電力系統(tǒng)處于高質(zhì)量運(yùn)行狀態(tài)，保證其穩(wěn)定性是重要的指標(biāo)。電力工業(yè)支撐社會(huì)發(fā)展，所以電力系統(tǒng)提高安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要，這也是保證社會(huì)生活質(zhì)量的重要條件。當(dāng)電力系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，電力設(shè)備以及系統(tǒng)不可避免地產(chǎn)生故障，必然會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，并因此造成經(jīng)濟(jì)損失。本文的研究中，針對(duì)特高壓交直流受端電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中所具備的特征進(jìn)行分析，將科學(xué)有效的控制措施提出來(lái)。

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