林成，馬覃峰，瞿艷霞，時伯年，歐陽可鳳，康鵬，孫斌，趙維興

(1. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴陽市 550002；2. 北京四方繼保自動化股份有限公司，北京市100085)

應(yīng)用于電磁環(huán)網(wǎng)的柔性直流輸電系統(tǒng)與穩(wěn)定控制措施的協(xié)調(diào)控制

林成1，馬覃峰1，瞿艷霞2，時伯年2，歐陽可鳳1，康鵬1，孫斌1，趙維興1

(1. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，貴陽市 550002；2. 北京四方繼保自動化股份有限公司，北京市100085)

首先分析了電磁環(huán)網(wǎng)存在的安全穩(wěn)定問題及柔性直流輸電系統(tǒng)(簡稱“柔直”)的特性，之后分析了柔直接入電磁環(huán)網(wǎng)后柔直與穩(wěn)定控制措施(簡稱“穩(wěn)控”)協(xié)調(diào)控制的必要性，并給出了柔直與穩(wěn)控協(xié)調(diào)控制的方法及措施量的計算原則和針對暫態(tài)穩(wěn)定的協(xié)調(diào)控制措施量的計算方法。基于等面積法則計算協(xié)調(diào)控制措施量的過程中，考慮了柔直、穩(wěn)控的控制動作延時及系統(tǒng)電抗的影響因素，使計算結(jié)果更加精確，可最大程度利用柔直容量對暫態(tài)過程中的系統(tǒng)進(jìn)行有功及無功功率支撐。利用BPA仿真工具建立柔直接入電磁環(huán)網(wǎng)的機(jī)電仿真模型。仿真結(jié)果表明：應(yīng)用于電磁環(huán)網(wǎng)的柔直與穩(wěn)控協(xié)調(diào)控制，減少了傳統(tǒng)穩(wěn)控措施的切機(jī)總量，并改善了交流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，具有良好的工程實用價值。

電磁環(huán)網(wǎng)；柔性直流(VSC-HVDC)；暫態(tài)穩(wěn)定；穩(wěn)控措施；協(xié)調(diào)控制

0 引 言

在高電壓等級網(wǎng)架建設(shè)過程中會形成若干電磁環(huán)網(wǎng)?？紤]到供電可靠性、輸電能力等因素,有些電磁環(huán)網(wǎng)不具備解環(huán)條件,從而給系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來一定風(fēng)險。文獻(xiàn)[1]表明，電磁環(huán)網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行時，當(dāng)高壓線路因故障斷開，潮流會突然轉(zhuǎn)移到低壓側(cè)，通常存在如下穩(wěn)定性相關(guān)問題。

(1)暫態(tài)穩(wěn)定問題。電磁環(huán)網(wǎng)低壓側(cè)輸電線路靜態(tài)穩(wěn)定極限功率遠(yuǎn)小于高壓線路的，同時系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)阻抗的增加，導(dǎo)致極限功率更低。另一方面，高壓側(cè)輸電線路上的潮流向低壓線路轉(zhuǎn)移，低壓線路上的有功功率很可能超過靜態(tài)穩(wěn)定極限，引起兩側(cè)系統(tǒng)間的功率振蕩，影響穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)熱穩(wěn)定問題。低壓側(cè)線路可能過載運(yùn)行。

(3)電壓穩(wěn)定問題。線路電感上的無功消耗與電流的平方成正比。潮流轉(zhuǎn)移使得低壓線路上電流增大而消耗過多的無功功率時，線路上的壓降可能會導(dǎo)致電壓穩(wěn)定問題。

目前，電磁環(huán)網(wǎng)存在的穩(wěn)定性問題主要依靠穩(wěn)定控制措施(簡稱“穩(wěn)控”)協(xié)解決。傳統(tǒng)的電磁環(huán)網(wǎng)缺乏可控性和靈活性，事故后由穩(wěn)控措施切除整個負(fù)荷和機(jī)組，導(dǎo)致執(zhí)行措施量不連續(xù)，易引起欠切或過切，代價較大。柔性直流輸電系統(tǒng)(簡稱“柔直”)采用了全控型電力電子器件，具有快速潮流控制、動態(tài)無功支撐、多端口協(xié)調(diào)運(yùn)行、防止故障范圍擴(kuò)大等多方面優(yōu)勢。文獻(xiàn)[2-3]指出，柔直在舟山電網(wǎng)投運(yùn)后，柔直的動態(tài)有功及無功支撐使得系統(tǒng)擾動時舟山電廠功角擺動幅度有所減小。本文主要研究柔直與電磁環(huán)網(wǎng)并聯(lián)連接區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)的場景下，存在的穩(wěn)定性問題及柔直與穩(wěn)控的協(xié)調(diào)控制方案，并給出柔直與穩(wěn)控協(xié)調(diào)控制的措施量的計算原則。仿真結(jié)果表明，柔直與電磁環(huán)網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行方案可較大提升該地區(qū)輸送能力，且本文所提出的柔直與穩(wěn)控措施的協(xié)調(diào)控制方案具備可行性和有效性。

1 柔直與穩(wěn)控的協(xié)調(diào)控制

1.1 柔直的控制特性及接入電磁環(huán)網(wǎng)的接線方式

柔直換流站在交流電網(wǎng)側(cè)相當(dāng)于一個幅值和相角可控的交流電壓源，可同時對有功和無功類電氣量進(jìn)行解耦控制。柔直可以瞬時地在PQ平面的4個象限內(nèi)實現(xiàn)有功功率、無功功率的獨立控制[4]。

正常運(yùn)行時，為了維持系統(tǒng)有功功率和直流電壓的穩(wěn)定，當(dāng)兩端柔直的一端采用定有功功率和定交流電壓(或定無功功率)的控制方式時，另一端則采用定直流電壓和定交流電壓(或定無功功率)的控制方式。采用定交流電壓的控制方式時，柔直控制器可跟蹤母線電壓參考值動態(tài)調(diào)節(jié)換流器與交流系統(tǒng)交換的無功功率，以實現(xiàn)將交流系統(tǒng)電壓幅值保持在規(guī)定范圍內(nèi)的控制目標(biāo)。

柔直具備的上述特性，使得其可被視為無轉(zhuǎn)動慣量的發(fā)電機(jī)或電動機(jī)，起到了靜止無功補(bǔ)償器的作用。柔直的有功與無功功率輸出響應(yīng)時間通常在ms級。其快速響應(yīng)能力使得柔直裝置能夠在故障后的第一擺時間內(nèi)提供功率支撐，有利于增強(qiáng)第一擺的穩(wěn)定，延緩發(fā)電機(jī)加速過程、提升電網(wǎng)暫穩(wěn)功角穩(wěn)定性。利用動態(tài)無功補(bǔ)償快速響應(yīng)的特點，可有效緩解枯水期大方式下局部地區(qū)無功不足的問題。特別地，可以在故障狀態(tài)下提供充裕的無功支撐，維持電網(wǎng)在高電壓水平運(yùn)行，提升暫態(tài)電壓穩(wěn)定能力，增強(qiáng)抵御電網(wǎng)大事故的能力。

柔直接入電磁環(huán)網(wǎng)的2種接線方式，即柔直與電磁環(huán)網(wǎng)低壓側(cè)串聯(lián)接入和柔直與電磁環(huán)網(wǎng)低壓側(cè)并聯(lián)接入，如圖1所示。工程應(yīng)用中，柔直較高的建設(shè)成本和設(shè)備成本，導(dǎo)致短期內(nèi)計及經(jīng)濟(jì)性時，其可選容量遠(yuǎn)低于電磁環(huán)網(wǎng)低壓側(cè)線路輸送的極限容量。若采用柔直與低壓側(cè)線路串聯(lián)方式，相當(dāng)于利用柔直將電磁環(huán)網(wǎng)低壓側(cè)解環(huán)，使故障后兩側(cè)電網(wǎng)隔離，也解決了母線短路電流較大、保護(hù)難于整定等問題。但是，由于柔直裝置沒有過負(fù)荷能力，孤網(wǎng)一側(cè)的功率或電源缺額較大，依據(jù)功率平衡原則計算得到的穩(wěn)控措施可能比傳統(tǒng)電磁環(huán)網(wǎng)更嚴(yán)重，即更多機(jī)組或負(fù)荷要被切除。因此，對于電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)線路地處山火、泥石流等自然災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域的情況，不建議采用柔直串聯(lián)接入。在某些沒有上述短路電流等問題，且柔直容量選擇受資金、土地等條件約束、穩(wěn)定問題突出及負(fù)荷重要性級別較高的地區(qū)，通常采用柔直并聯(lián)接入電磁環(huán)網(wǎng)方式。本文主要針對柔直與低壓側(cè)并聯(lián)方式，研究在保留電磁環(huán)網(wǎng)完整性前提下，如何最大限度利用柔直為系統(tǒng)提供有功及無功支撐，即重點研究高壓側(cè)在故障后斷開時柔直與穩(wěn)控的協(xié)調(diào)控制。

圖1 電磁環(huán)網(wǎng)中柔直接入的2種接線方式

1.2 柔直與穩(wěn)控的協(xié)調(diào)控制方案

柔直通過并聯(lián)方式接入電磁環(huán)網(wǎng)時，當(dāng)高壓側(cè)雙回線路發(fā)生N-2故障后，通過合理利用柔性控制器的有功控制能力，使柔直分擔(dān)交流線路的一部分功率，可減少穩(wěn)控措施所要求的切機(jī)或切負(fù)荷的措施量，有利于緩解潮流轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的過載及暫穩(wěn)問題。針對潮流轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的低電壓或其他遠(yuǎn)端故障中出現(xiàn)的電壓問題，通過柔性環(huán)網(wǎng)控制器的控制，起到無功補(bǔ)償與電壓支撐的作用。本文主要研究基于廣域數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)控制方法，即通過廣域數(shù)據(jù)實時計算分配柔直與穩(wěn)控的措施量?；趶V域數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)控制方法有助于優(yōu)化穩(wěn)控措施，增加系統(tǒng)可控性，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量，提升輸送容量。

2 柔直與穩(wěn)控協(xié)調(diào)控制的量化分析

在通常情況下，電壓穩(wěn)定性和功角穩(wěn)定性很難從機(jī)理上完全分開，暫態(tài)電壓穩(wěn)定與暫態(tài)功角穩(wěn)定有聯(lián)系，而變化過程緩慢的電壓穩(wěn)定則與小干擾功角穩(wěn)定有關(guān)。當(dāng)然，在許多情況下是某種失穩(wěn)形式占主導(dǎo)地位，IEEE報告中給出了2種極端情況[5]，如圖2所示：(1)遠(yuǎn)方的一臺同步發(fā)電機(jī)通過輸電線路接入無窮大系統(tǒng)(純功角穩(wěn)定問題)；(2)一個無窮大系統(tǒng)通過輸電線路連接負(fù)荷(純電壓穩(wěn)定問題)。

圖2 表示穩(wěn)定問題極端情況的簡單系統(tǒng)

電壓穩(wěn)定本質(zhì)上屬于負(fù)荷穩(wěn)定問題，而功角穩(wěn)定本質(zhì)上為發(fā)電機(jī)穩(wěn)定問題。在電磁環(huán)網(wǎng)中的大量仿真表明，如果是大電源通過電磁環(huán)網(wǎng)連接主網(wǎng)，主要的穩(wěn)定性問題為功角穩(wěn)定問題；如果是系統(tǒng)經(jīng)電磁環(huán)網(wǎng)向大負(fù)荷輸送功率，主要問題為電壓穩(wěn)定問題。因此針對電源、電磁環(huán)網(wǎng)和主網(wǎng)的不同連接形式，穩(wěn)控措施量的計算分配存在不同的特點。

2.1 熱穩(wěn)定問題的協(xié)調(diào)控制量化分析

若電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)雙回線發(fā)生N-2故障后，系統(tǒng)存在熱穩(wěn)定問題，此時可以先取消柔直無功調(diào)節(jié)限幅，使柔直控制器跟蹤交流母線電壓給出無功參考值。柔直無功調(diào)節(jié)的動作時間為ms級，交流系統(tǒng)電壓可以快速恢復(fù)。柔直的剩余容量可以全部向系統(tǒng)提供有功支撐。此時的有功最大調(diào)節(jié)能力已知，穩(wěn)控動作措施量可由總措施量直接扣除掉柔直當(dāng)前可調(diào)最大有功功率得到。

2.2 電壓穩(wěn)定問題的協(xié)調(diào)控制量化分析

系統(tǒng)通過電磁環(huán)網(wǎng)向重負(fù)荷區(qū)輸送功率的情況下，當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)雙回線發(fā)生N-2故障后，導(dǎo)致負(fù)荷側(cè)電壓降低時，電壓穩(wěn)定問題占主導(dǎo)，優(yōu)先考慮通過柔直提供快速交流電壓支撐，柔直剩余容量全部用來提供有功支撐。因此電壓及過載穩(wěn)定問題協(xié)調(diào)措施原則相同,當(dāng)判斷出系統(tǒng)存在電壓或過載穩(wěn)定問題時，先快速解決電壓問題，電壓恢復(fù)后，柔直的剩余容量全部參與到與穩(wěn)控的協(xié)調(diào)控制量分配中。

2.3 暫態(tài)穩(wěn)定問題的協(xié)調(diào)控制量化分析

電源通過電磁環(huán)網(wǎng)向系統(tǒng)輸送功率，高電壓等級線路和低電壓等級線路通過變壓器連接實現(xiàn)并聯(lián)運(yùn)行。為便于研究，將其等效為單機(jī)無窮大系統(tǒng)。機(jī)組與系統(tǒng)的等值角度差為δ。正常運(yùn)行時，系統(tǒng)輸送斷面的功率特性為

(1)

式中：E為電源電動勢，V；U為機(jī)端電壓，V；X∑為系統(tǒng)阻抗，Ω。

正常運(yùn)行時，系統(tǒng)總阻抗表示為X∑I；高壓側(cè)故障過程中，系統(tǒng)總阻抗表示為X∑II；高壓側(cè)雙回線發(fā)生N-2 故障后，系統(tǒng)總阻抗表示為X∑III。3種情況下的功率特性曲線如圖3所示，PI、PII和PIII分別為短路故障前、故障過程中和故障切除后的功率特性曲線。

圖3 功率特性示意圖

一般情況下，X∑I

圖3中，δ0點，系統(tǒng)發(fā)生大擾動；δk點，大擾動切除(即高壓側(cè)雙回線發(fā)生N-2故障斷開)；δt1點，柔直采取提升直流輸電功率的措施；δt2點，安全穩(wěn)定控制采取切機(jī)措施；δcr點為無措施情況下的臨界角；δdp1點為柔直措施臨界角；δdp2點為穩(wěn)控措施的臨界角；P0為故障前初始運(yùn)行點；ΔP1為柔直措施量；ΔP2為穩(wěn)控措施量。實際控制過程中需考慮動作時間延遲對控制效果的影響。一般地，按照工程經(jīng)驗，柔直控制器響應(yīng)時間在20～50 ms。保守計算，本文中設(shè)定故障切除到柔直動作的時間間隔為50 ms。電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范規(guī)定：穩(wěn)控系統(tǒng)整組動作時間≤100 ms，因此設(shè)定故障切除到穩(wěn)控措施實施完成時間為 100 ms。即δk點系統(tǒng)發(fā)生大擾動，50 ms后δt1點處柔直采取提升直流措施，再過50 ms后δt2點處安全穩(wěn)定控制采取切機(jī)措施。若當(dāng)前系統(tǒng)的P已知，則根據(jù)圖3中近似運(yùn)行曲線，利用功角特性可求得相應(yīng)相角值：

(2)

圖3中，S1為加速面積，S2為無措施減速面積，S3為柔直措施減速面積，S4為穩(wěn)控措施減速面積。根據(jù)文獻(xiàn)[6]所述方法，基于相對動能原理及曲線擬合，并利用廣域數(shù)據(jù)得到故障加速面積S1與減速面積S2的差：

(3)

式中：ω0為額定頻率下的角速度，rad/s;Δω為 500 kV線路斷開時，220 kV輸電線路兩端連接的電力系統(tǒng)的角速度差，rad/s，可以通過廣域數(shù)據(jù)實時求得。

根據(jù)等面積準(zhǔn)則，即當(dāng)加速面積小于等于減速面積時，系統(tǒng)可恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。于是，有如下結(jié)論：

(1) 當(dāng)S1-S2≤0時，柔直及穩(wěn)控均不采取控制措施，系統(tǒng)也可以保持暫態(tài)穩(wěn)定；

(2) 當(dāng)0

(3) 當(dāng)S3

事實上，在穩(wěn)控切機(jī)措施執(zhí)行后，不僅減少了輸送功率，還改變了系統(tǒng)電抗。由于正弦函數(shù)只是真實的功率特性曲線在一定程度上的近似，因此利用矩形面積計算S3和S4雖然偏于保守，但也符合穩(wěn)定策略制定的要求[7]。計算S3和S4僅考慮矩形部分面積：

S3=ΔP1(δcr-δt1)

(4)

S4=ΔP2(δdp1-δt2)

(5)

穩(wěn)控和柔直協(xié)調(diào)動作時，系統(tǒng)臨界穩(wěn)定條件為

S1-S2=S3+S4

(6)

穩(wěn)控臨界措施量等面積調(diào)整原則如圖4所示。由于柔直IGBT器件的過載能力較差，柔直措施量應(yīng)不超過額定值，避免因控制原因使換流器過載及其導(dǎo)致的柔性裝置的器件失效。計算柔直措施量時應(yīng)以柔直系統(tǒng)在不過載的情況下盡量多發(fā)揮有功功率的傳輸、電壓的緊急支撐為原則。此種情況下以功角失穩(wěn)占主導(dǎo)，因此，首先假定柔直措施量ΔP1為當(dāng)前柔直最大有功調(diào)節(jié)量Pmaxrz。Pmaxrz這個值可以由柔直控制系統(tǒng)實時給出。假定ΔP1=Pmaxrz，由公式(3)—(6)可得到穩(wěn)控最小臨界切機(jī)措施量：

(7)

在切機(jī)量求解過程當(dāng)中，通常將切機(jī)量ΔP2作為連續(xù)變量處理。實際上，在切機(jī)措施實施時通常是將整臺發(fā)電機(jī)切除，因此實際的切機(jī)量是一個離散變量。工程實際應(yīng)用中，安全穩(wěn)定控制裝置可以實時將系統(tǒng)中具備切機(jī)敏感性的可切機(jī)組進(jìn)行組合排序，得到一組離散的切機(jī)數(shù)組[8]。根據(jù)ΔP2選擇滿足最小過切原則的一組機(jī)組切機(jī)。因此必然存在一個過切量x0，使得實際選定的機(jī)組組合切機(jī)量最接近ΔP2，ΔP2+x0即為穩(wěn)控實際切機(jī)量Ps。將x0產(chǎn)生的減速面積的一部分(相當(dāng)于圖4中的C與D的面積之一)折算到由柔直調(diào)控產(chǎn)生(相當(dāng)于圖4的A與B的面積之和)。過切量x0對應(yīng)的等效柔直調(diào)控量為PXZ。于是，穩(wěn)控的起始運(yùn)行點上移PXZ。如圖4所示，B=D，因此A=C。計算穩(wěn)控過切產(chǎn)生的減速面積占用同等減速面積的修正量PXZ：

(8)

圖4中，S3、S4表示不進(jìn)行面積修正時，采用柔直措施和穩(wěn)控措施所對應(yīng)的減速面積。其面積與圖3中S3、S4所表征的面積等同，調(diào)整后柔直與穩(wěn)控的減速總面積為

SSUM>S3-PXZ(δt2-δt1)+S4+

(x0-PXZ)(δdp1-δt2)

(9)

即SSUM>S3-A+S4+C。由于A=C,因此調(diào)整后的總減速面積相比調(diào)整前圖3中的總減速面積并沒有減少。另外，在換流器額定容量一定的情況下，有功功率限幅減小，則可增大無功功率限幅，意味著將增強(qiáng)柔直對交流系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)能力。柔直的交流電壓調(diào)節(jié)時間跟控制器參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)。實測工程中，電壓與無功調(diào)節(jié)耗時一般在100 ms內(nèi)。100 ms完成電壓調(diào)節(jié)后，若實際無功功率消耗小于事先設(shè)定的無功功率限幅，則可降低無功功率限幅。與此同時，有功功率限幅可以升高。由圖4可知，增大的有功調(diào)節(jié)能力PRZ2將進(jìn)一步增大減速面積。

圖4 穩(wěn)控臨界措施量等面積調(diào)整

整個過程盡可能利用柔直容量增加減速面積，又參與電壓調(diào)節(jié)，最大限度地在柔直不過載的情況下發(fā)揮其穩(wěn)定控制作用。

3 仿真驗證

3.1 算例說明

為了驗證本文所提出的柔直控制器與安全穩(wěn)定控制措施協(xié)調(diào)控制的可行性和有效性，利用電力系統(tǒng)分析軟件工具(PSD-BPA)對柔直進(jìn)行仿真建模。仿真所采用的系統(tǒng)參數(shù)為某工程實際參數(shù)，柔直系統(tǒng)額定直流電壓為±204 kV,換流器采用基于模塊化多電平換流器技術(shù)，換流器額定容量為300 MV·A，正常運(yùn)行時設(shè)定柔直分擔(dān)電磁環(huán)網(wǎng)的有功功率100 MW,且不與系統(tǒng)交換無功功率。柔直可采用與電磁環(huán)網(wǎng)的220 kV側(cè)線路并聯(lián)接線方式，如圖5所示。

圖5 柔直并聯(lián)接入電磁環(huán)網(wǎng)簡化圖

3.2 算例分析

3.2.1 電壓及過載穩(wěn)定問題的協(xié)調(diào)控制方案(情形1)

調(diào)整圖5所示電網(wǎng)運(yùn)行方式，使得A側(cè)區(qū)域電網(wǎng)為重負(fù)荷區(qū)域。系統(tǒng)通過電磁環(huán)網(wǎng)向其輸送功率，500 kV和220 kV的2個電壓等級的并聯(lián)線路重載運(yùn)行。當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)線路雙回線發(fā)生N-2故障之后，不采取柔直及穩(wěn)控措施情況下，500 kV線路潮流轉(zhuǎn)移到220 kV會導(dǎo)致過載問題，同時突然增大的線路無功損耗會導(dǎo)致A側(cè)區(qū)域電網(wǎng)電壓降低。

按以下3種設(shè)定條件進(jìn)行仿真：(1)故障后不采取任何措施；(2)故障后僅通過穩(wěn)控措施切除A側(cè)區(qū)域電網(wǎng)300 MW負(fù)荷；(3)故障后柔直首先追蹤參考電壓1.0 pu，系統(tǒng)電壓調(diào)整到參考值附近后，剩余有功功率裕量為214 MW，將柔直有功功率提升 200 MW，并利用穩(wěn)控切除系統(tǒng)100 MW負(fù)荷。3種設(shè)定條件下的系統(tǒng)電壓、功率曲線如圖6所示。

圖6 情形1的3種情況電氣量對比曲線

如圖6所示，相比柔直或穩(wěn)控的單獨作用，通過柔直與穩(wěn)控措施的協(xié)調(diào)控制，使得系統(tǒng)電壓恢復(fù)更快，穩(wěn)態(tài)電壓水平更高，消除過載的效果更明顯。

3.2.2 暫穩(wěn)問題的協(xié)調(diào)控制方案(情形2)

調(diào)整圖5所示電網(wǎng)運(yùn)行方式，使得A側(cè)區(qū)域電網(wǎng)為大電源區(qū)域，通過電磁環(huán)網(wǎng)向系統(tǒng)輸送功率，500 kV和220 kV 2個電壓等級的并聯(lián)線路重載運(yùn)行。當(dāng)電磁環(huán)網(wǎng)高壓側(cè)線路雙回線發(fā)生N-2故障之后，不采取柔直及穩(wěn)控措施情況下，500 kV線路潮流轉(zhuǎn)移到220 kV會導(dǎo)致系統(tǒng)暫態(tài)失穩(wěn)。

對以下3種情況進(jìn)行仿真：(1)故障后不采取任何措施；(2)故障后僅通過穩(wěn)控切除A側(cè)區(qū)域電網(wǎng)3臺300 MW機(jī)組；(3)故障后柔直在50 ms時輸出的有功功率增加100 MW，穩(wěn)控在100 ms時切除2臺 280 MW機(jī)組，210 ms時再將有功功率提升100 MW。3種情況下電壓及功角曲線對比如圖7所示。

圖7 情形2的3種情況電氣量對比曲線

從圖7可以看出，通過柔直與穩(wěn)控措施協(xié)調(diào)控制方法，可以有效減少穩(wěn)控措施量，同時可提升系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性。隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，換流器件成本降低[9-10],柔直技術(shù)在柔直與穩(wěn)控措施協(xié)調(diào)控制中將發(fā)揮更大的作用。

4 結(jié) 論

柔性直流輸電技術(shù)作為一種新型輸電技術(shù)，通過其多目標(biāo)快速控制的能力，可實現(xiàn)正常運(yùn)行時潮流的優(yōu)化調(diào)節(jié)和緊急狀態(tài)時交流系統(tǒng)之間的快速緊急支援。應(yīng)用于電磁環(huán)網(wǎng)后，與目前用于解決電磁環(huán)網(wǎng)穩(wěn)定問題的穩(wěn)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制，可減少穩(wěn)控切機(jī)、切負(fù)荷措施量以及提高系統(tǒng)電壓水平，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，提高系統(tǒng)控制靈活性，實現(xiàn)電網(wǎng)可靠供電。柔直容量越大，其動態(tài)調(diào)節(jié)能力越高，對減少穩(wěn)控措施量作用越明顯。目前在工程應(yīng)用中雖然建設(shè)成本和設(shè)備成本較高，但隨著大功率電力電子器件經(jīng)濟(jì)性的提升，柔性直流輸電技術(shù)在電磁環(huán)網(wǎng)中的應(yīng)用會日益增多。

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(實習(xí)編輯 郭文瑞)

VSC-HVDC Coordination and Stability Control Applied in Electromagnetic Loop Network

LIN Cheng1,MA Qinfeng1, QU Yanxia2, SHI Bonian2,OUYANG Kefeng1, KANG Peng1, SUN Bin1, ZHAO Weixin1

(1. Power Dispatching Control Center of Guizhou Power Grid Co., Ltd., Guiyang 550002, China; 2. Beijing Sifang Automation Co., Ltd., Beijing 100085, China)

This paper first analyzes the stability problems of electromagnetic loop network and the characteristics of VSC-HVDC system. Then, this paper puts forward the necessity of coordinated control of VSC-HVDC and stability control system when VSC-HVDC applied in electromagnetic loop network, and presents the coordinated control method of VSC-HVDC and stability control system, the calculation principle of measure quantity, as well as the alculation method of the coordinated control measures for transient stability. The numerical calculation of coordinated control measures based on equal area criterion considers the influences of action time delay and the reactance of the system, which can make the calculation results more accurate and the maximum use of the capacity of VSC power support for the power system in transient process. Finally, this paper adopts BPA simulation tool to establish the mechanical and electrical simulation model of VSC-HVDC applied in electromagnetic loop network. The simulation results show that the coordination control of VSC-HVDC and stability control systemwill reduce total number of the generator cutting compared to traditional stability control, and improve the voltage stability of AC system, which has a good engineering and practical value.

electromagnetic loop network; VSC-HVDC; transient stability; stability control strategy; coordinated control

南方電網(wǎng)公司重大科技專項(GZKJ00000101)

TM 712

A

1000-7229(2016)10-0080-06

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.10.011

2016-06-06

林成(1975)，男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行與控制工作；

馬覃峰(1982)，男，碩士，高級工程師，從事電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行與控制工作；

瞿艷霞(1981)，女，碩士，中級工程師，研究方向為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制;

時伯年(1976)，男，博士，高級工程師，從事同步相量測量及廣域監(jiān)測、保護(hù)與控制應(yīng)用研究工作；

歐陽可鳳(1987)，女，工程師，從事電力系統(tǒng)分析工作；

康鵬(1964)，男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行與控制工作；

孫斌(1965)，男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行與控制工作；

趙維興(1979)，男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)分析、運(yùn)行與控制工作。