劉俊磊

摘 要：社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)健康增長(zhǎng)，社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高，促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)和生活需要大量的電能作為支撐，而實(shí)際上我國(guó)一次能源分布存在著不均衡的情況，這嚴(yán)重影響到了我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長(zhǎng)，由此需要對(duì)能源資源進(jìn)行大范圍、大規(guī)模的配置。高壓直流輸電技術(shù)在遠(yuǎn)距離聯(lián)絡(luò)交流系統(tǒng)和大功率輸電方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，被廣泛運(yùn)用于遠(yuǎn)距離的大規(guī)模輸電工作和大區(qū)聯(lián)網(wǎng)工作當(dāng)中。而隨著負(fù)荷增長(zhǎng)、遠(yuǎn)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(jī)理入手，對(duì)多直流饋入受端電壓失穩(wěn)情況進(jìn)行分析，從而對(duì)多直流饋入受端電網(wǎng)電壓穩(wěn)定判據(jù)進(jìn)行詳細(xì)而全面的說(shuō)明，并有針對(duì)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(hào)：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）30-0103-02

1 前 言

多年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外許多受端系統(tǒng)都出現(xiàn)了用電負(fù)荷的迅猛增長(zhǎng)、最高用電負(fù)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(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，受端系統(tǒng)對(duì)外來(lái)電力的依賴程度不斷提高，導(dǎo)致現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(diǎn)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(fù)雜多變，楚穗、普僑、牛從三大直流長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)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(yùn)行局勢(shì)更加嚴(yán)峻。且當(dāng)前的廣東電網(wǎng)在直流閉鎖等大擾動(dòng)過(guò)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(dòng)態(tài)無(wú)功支撐能力不足，諸多影響因素相互交織導(dǎo)致電網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題突出，控制難度大、代價(jià)高，需要采用有效的控制措施予以應(yīng)對(duì)。

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(gè)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(huì)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(huì)受到無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量、發(fā)電機(jī)性能以及高壓直流輸電容量的限制。

電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，通常會(huì)處于較高負(fù)荷的狀態(tài)之下，而電動(dòng)機(jī)等負(fù)荷需要大量的無(wú)功功率，一旦其受端系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)跳閘、直流換相失敗、以及交流嚴(yán)重故障，將會(huì)直接造成受端系統(tǒng)無(wú)功大量缺額。

2.1.2 交流系統(tǒng)的強(qiáng)度

對(duì)電力系統(tǒng)電壓強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)的重要標(biāo)志之一就是系統(tǒng)短路容量，短路容量越大，表示網(wǎng)絡(luò)越強(qiáng)，反之則越弱。對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的短路容量進(jìn)行計(jì)算，主要通過(guò)該點(diǎn)的額定電壓和三相短路電流進(jìn)行相乘得到。短路比和有效短路比同樣會(huì)影響到短路容量，這兩個(gè)參數(shù)一定程度上反映了電力節(jié)點(diǎn)自身無(wú)功補(bǔ)償?shù)膯栴}。

2.1.3 無(wú)功補(bǔ)償方式

要對(duì)交流無(wú)功潮流進(jìn)行控制，首先需要做到無(wú)功的分層分區(qū)平衡，而常用的無(wú)功手段主要包含靜止無(wú)功補(bǔ)償器、并聯(lián)電容器組以及同步調(diào)相機(jī)三種。靜止無(wú)功補(bǔ)償器是一種補(bǔ)償裝置，能夠?qū)o(wú)功功率進(jìn)行有效的控制，能夠進(jìn)行連續(xù)性的調(diào)節(jié)，具有很好的現(xiàn)實(shí)可行性。并聯(lián)電容器組是當(dāng)前電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備，能夠?qū)﹄妷汉蜔o(wú)功進(jìn)行有效的控制，同時(shí)還能夠幫助電力系統(tǒng)的調(diào)度員對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。同步調(diào)相機(jī)是一種同步電動(dòng)機(jī)，主要是空載運(yùn)行的，其轉(zhuǎn)子和同步電動(dòng)機(jī)相同，能夠?qū)?lì)磁電流的大小進(jìn)行改變，從而實(shí)現(xiàn)輸出或者吸收無(wú)功功率[1]。

2.2 多直流饋入系統(tǒng)電壓失穩(wěn)機(jī)理

多直流饋入受端系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以發(fā)現(xiàn)電壓失穩(wěn)甚至崩潰是一個(gè)動(dòng)態(tài)化的現(xiàn)象和過(guò)程。多直流饋入受端系統(tǒng)中各個(gè)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(jī)，若交流故障或者直流換相失敗以及在其恢復(fù)過(guò)程中就缺乏無(wú)功支撐，容易導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。同步調(diào)相機(jī)、SVC和發(fā)電機(jī)等裝置，能夠快速的、連續(xù)的對(duì)無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)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(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備，才能夠?qū)﹄妷浩鸬搅己玫闹巫饔?，即使是在大擾動(dòng)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(shí)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(dāng)交流輸電通道故障被切除之后，可能導(dǎo)致多條直流同時(shí)換相失敗，對(duì)受端系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊，由此導(dǎo)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(yán)重故障，將會(huì)導(dǎo)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(huì)出現(xiàn)暫態(tài)下降，對(duì)多直流饋入受端整體穩(wěn)定性運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。同時(shí)還需要注意的是，直流閉鎖還會(huì)導(dǎo)致直流輸送的功率進(jìn)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(yùn)行情況可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致多直流饋入受端電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行受到影響的另一個(gè)重要因素就是交流輸電線會(huì)出現(xiàn)潮流沖擊，同時(shí)導(dǎo)致交流線路無(wú)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(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，容易出現(xiàn)一定的交互影響，這主要是由于各個(gè)直流使用了無(wú)協(xié)調(diào)的、局部性的控制策略，而實(shí)際上各個(gè)直流回路之間通過(guò)交流系統(tǒng)還存在著一定的相關(guān)作用。當(dāng)多回直流控制系統(tǒng)發(fā)生交互作用的時(shí)候，將會(huì)對(duì)多直流饋入受端的電壓情況造成一些影響，從而導(dǎo)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(shí)若傳輸?shù)挠泄β试黾?，那么逆變?cè)消耗的無(wú)功功率也將會(huì)相應(yīng)的有所增加。

針對(duì)這種情況，換流母線的電壓，也將會(huì)出現(xiàn)瞬時(shí)下降的情況，同時(shí)對(duì)換流母線周圍的節(jié)點(diǎn)電壓造成影響，從而影響到各個(gè)線路自身無(wú)功功率和有功功率的具體情況，導(dǎo)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(duì)多直流饋入受端電網(wǎng)電壓進(jìn)行控制的具體措施

針對(duì)導(dǎo)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(guò)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(yùn)行，具體能夠采用的控制措施主要有以下幾個(gè)方面：

第一，對(duì)多饋入短路比和多饋入有效短路比進(jìn)行增大，需要注意的是，增加的是多直流落點(diǎn)處的短路比。通過(guò)這項(xiàng)措施，能夠保證直流系統(tǒng)得到交流系統(tǒng)的無(wú)功支撐，從而對(duì)交流系統(tǒng)的強(qiáng)度進(jìn)行有效提升。

第二，適當(dāng)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(wú)功支持效果[5]。

第三，對(duì)直流輸電系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行有效的選擇，保證該項(xiàng)控制方式能夠符合實(shí)際情況，針對(duì)多個(gè)直流系統(tǒng)進(jìn)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(fù)，這對(duì)于增強(qiáng)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(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行有效的維護(hù)，保證其使用的無(wú)功備用容量能夠滿足實(shí)際需要，這樣能夠保證多直流饋入受端的發(fā)電機(jī)在過(guò)勵(lì)磁的時(shí)候，能夠提供充足的無(wú)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(duì)低壓減載措施的配置工作進(jìn)行全面有效的配置。在進(jìn)行低壓減載措施配置的過(guò)程中，需要對(duì)電壓運(yùn)行的故障情況進(jìn)行區(qū)分，選擇合適的運(yùn)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(duì)單個(gè)母線的特定故障進(jìn)行設(shè)置，這樣能夠減少多直流饋入受端電網(wǎng)電壓?jiǎn)栴}的發(fā)生概率；當(dāng)多直流饋入受端系統(tǒng)運(yùn)行的電壓較高時(shí)，需要保證動(dòng)作電壓的門檻值設(shè)置的較低；對(duì)配置區(qū)域內(nèi)部的可切負(fù)荷總量進(jìn)行有效確定，在確定的時(shí)候，通常是根據(jù)區(qū)域的總體負(fù)荷水平和結(jié)構(gòu)進(jìn)行的；對(duì)低壓減載措施配置的安裝范圍和節(jié)點(diǎn)電壓進(jìn)行控制，這樣對(duì)于多直流饋入受端的切負(fù)荷量起到一定的保障作用[7]。

通過(guò)實(shí)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(yùn)行發(fā)揮積極作用。

5 結(jié) 語(yǔ)

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(dǎo)致直流換相失敗需要大量動(dòng)態(tài)無(wú)功來(lái)支撐交流電壓恢復(fù)和直流功率恢復(fù)，交流故障過(guò)程中負(fù)荷中心大量電動(dòng)機(jī)負(fù)荷也需要吸收大量無(wú)功功率。針對(duì)多直流饋入受端電網(wǎng)，準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)對(duì)其進(jìn)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(jì)發(fā)展提供充足可靠的電力資源做好準(zhǔn)備工作。

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