2015年特高壓規(guī)劃電網(wǎng)華北和華東地區(qū)多饋入直流輸電系統(tǒng)的換相失敗分析

邵瑤，湯涌，郭小江，等

摘要：目的：根據(jù)“三華”特高壓交直流同步電網(wǎng)規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2015年，將有10條直流輸電線路落點(diǎn)華東電網(wǎng)，5條直流線路落點(diǎn)華北電網(wǎng)，屆時(shí)，華東、華北電網(wǎng)將成為含有“多饋入直流輸電系統(tǒng)”的受端電網(wǎng)。在多饋入直流輸電系統(tǒng)中，由于各直流逆變站間電氣距離較近，交直流系統(tǒng)間相互作用復(fù)雜，直流系統(tǒng)或受端交流系統(tǒng)發(fā)生故障，可能引發(fā)多回直流同時(shí)或相繼換相失??；受端系統(tǒng)強(qiáng)度較弱或交流系統(tǒng)故障較嚴(yán)重時(shí)，多回直流的連續(xù)換相失敗可能導(dǎo)致直流功率傳輸?shù)闹袛?，最終威脅到整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，基于 2015年“三華”特高壓規(guī)劃電網(wǎng)的豐大運(yùn)行方式，對(duì)華北、華東地區(qū)多饋入直流輸電系統(tǒng)換相失敗問題進(jìn)行深入研究。方法：采用中國電力科學(xué)研究院開發(fā)的機(jī)電暫態(tài)仿真軟件PSD-BPA（power system department-bonneville power administration）為仿真工具。直流系統(tǒng)采用整流側(cè)恒電流控制、逆變側(cè)恒熄弧角控制、含直流電壓與直流電流測(cè)量環(huán)節(jié)、低壓限流環(huán)節(jié)與觸發(fā)控制環(huán)節(jié)的直流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型。根據(jù)工程計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，采取如下?lián)Q相失敗判斷標(biāo)準(zhǔn)：逆變端換流母線電壓變化率超過0.3 pu/s，且電壓低于0.8 pu，則判斷發(fā)生換相失?。荒孀兌藫Q流母線電壓低于0.6 pu，則判斷發(fā)生換相失??；逆變站發(fā)生換相失敗后，逆變端換流母線電壓恢復(fù)到0.75 pu及以上，直流系統(tǒng)恢復(fù)換相。分別對(duì)直流系統(tǒng)單/雙極閉鎖故障、重要交流通道故障和受端系統(tǒng)重要線路故障對(duì)華北、華東地區(qū)多饋入直流輸電系統(tǒng)換相失敗的影響進(jìn)行仿真分析，并對(duì)靜止無功補(bǔ)償器（static var compensator，SVC）用于抑制華東地區(qū)多饋入直流輸電系統(tǒng)換相失敗的作用進(jìn)行研究。結(jié)果：華北地區(qū)任一直流發(fā)生單/雙極閉鎖故障時(shí)，均不會(huì)引起其他直流同時(shí)換相失敗。華北地區(qū)蒙古—天津、寶清—唐山和呼盟—德州直流逆變站換流母線附近三永故障，不會(huì)導(dǎo)致其他直流同時(shí)換相失敗。寧東—青島、彬長—臨沂直流逆變站換流母線附近三永故障，會(huì)引起這2回直流同時(shí)換相失敗，但換相失敗持續(xù)時(shí)間很短，故障清除后直流系統(tǒng)能快速恢復(fù)正常運(yùn)行，系統(tǒng)能在不采取任何措施下保持穩(wěn)定。華東地區(qū)任一直流發(fā)生單/雙極閉鎖故障時(shí)，均不會(huì)引起其他直流同時(shí)換相失敗。華東地區(qū)1000 kV特高壓交流通道三永故障，會(huì)導(dǎo)致饋入上海和江蘇地區(qū)的所有直流、浙江地區(qū)的大部分直流同時(shí)換相失??；華東地區(qū)500 kV交流通道三永故障，會(huì)導(dǎo)致饋入上海、江蘇和浙江地區(qū)的部分直流同時(shí)換相失敗；饋入上海和江蘇地區(qū)的任一直流逆變站換流母線附近線路三永故障，均會(huì)導(dǎo)致上海和江蘇地區(qū)的其他直流換相失敗，部分線路故障會(huì)導(dǎo)致浙江地區(qū)的直流換相失敗，但這些換相失敗持續(xù)時(shí)間均較短，直流可在故障清除后恢復(fù)換相，系統(tǒng)能在不采取任何措施下維持穩(wěn)定運(yùn)行。饋入浙江地區(qū)的任一直流逆變站換流母線附近線路三永故障，均不會(huì)引起上海和江蘇地區(qū)的直流發(fā)生換相失敗。在華東地區(qū)采用合適的SVC補(bǔ)償方案，可明顯改善故障期間及故障后華東地區(qū)多回直流輸電系統(tǒng)的恢復(fù)特性，提高直流電壓、直流電流和直流功率的恢復(fù)速度，有效抑制華東地區(qū)直流輸電系統(tǒng)換相失敗的發(fā)生。結(jié)論：研究結(jié)果表明，華北、華東地區(qū)任一直流發(fā)生單/雙極閉鎖故障時(shí)，均不會(huì)引起其他直流發(fā)生換相失?。蝗A北地區(qū)大部分直流逆變站換流母線附近三永故障，不會(huì)導(dǎo)致其他直流換相失敗；華東地區(qū)重要交流通道和逆變站換流母線附近三永故障會(huì)導(dǎo)致多回直流同時(shí)發(fā)生換相失敗，但這些換相失敗持續(xù)時(shí)間較短，直流系統(tǒng)能快速恢復(fù)正常運(yùn)行，系統(tǒng)能在不采取任何措施下保持穩(wěn)定；采用SVC進(jìn)行無功補(bǔ)償，可有效抑制華東地區(qū)直流輸電系統(tǒng)換相失敗的發(fā)生。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2011, 35(10): 9-15

入選年份：2016

1000 kV特高壓輸電系統(tǒng)輸電能力研究

曾慶禹

摘要：目的：大型可再生能源發(fā)電基地的開發(fā)推動(dòng)特高壓輸電技術(shù)和特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的研究，推動(dòng)特高壓輸電工程的建設(shè)。特高壓輸電能力指的是，在保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行情況下，一定距離的輸電線路能達(dá)到的最大輸送功率的能力。輸電距離和穩(wěn)定輸送的最大功率是輸電能力的基本要素。特高壓輸電能力研究是選擇特高壓交流遠(yuǎn)距離輸電模式和發(fā)展特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的主要基礎(chǔ)。方法：建立了1000 kV特高壓輸電系統(tǒng)功率傳輸模型，模型所示：Xr＝Xg+Xtl；Xg為發(fā)電機(jī)組等效電抗；Xtl為發(fā)電機(jī)組升壓變壓器電抗；Xf1和Xf2分別為1000 kV升壓和降壓變壓器阻抗；Xl、Bl分別為1000 kV線路電抗和電納。Bh為1000 kV線路高壓并聯(lián)電抗器電納；Xd為500 kV受端電網(wǎng)等效系統(tǒng)阻抗。根據(jù)所建立的模型，分析了影響1000 kV輸電系統(tǒng)輸電能力的各種因素。為線路傳輸功率與高壓并聯(lián)電抗補(bǔ)償度Bc和輸電距離的關(guān)系。Pc為自然功率 4300 MW。所示為網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線傳輸功率與500 kV電網(wǎng)容量和兩網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線長度的關(guān)系。研究了1000 kV更遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)保持穩(wěn)定的輸電能力技術(shù)和提高輸電能力的優(yōu)化技術(shù)。以案例討論了不同的更遠(yuǎn)距離的1000 kV特高壓輸電能力。結(jié)果：應(yīng)用中間開關(guān)站優(yōu)化配置，靜止無功補(bǔ)償優(yōu)化控制，線路串聯(lián)電容補(bǔ)償優(yōu)化配置和發(fā)電機(jī)高壓側(cè)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)等先進(jìn)成熟的技術(shù)，1000 kV特高壓輸電系統(tǒng)，1500 km及以上距離，具有輸送自然功率（波阻抗功率）4300 MW及以上的能力。結(jié)論：在中國，特高壓交流（UHVAC）和特高壓直流（UHDC）輸電工程都己投入商業(yè)運(yùn)行。根據(jù)己投入運(yùn)行的兩類輸電模式的成本估算，1000 kV特高壓交流更遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)的工程建設(shè)成本、年運(yùn)行成本和壽命周期成本都明顯低于高壓直流和特高壓直流輸電系統(tǒng)。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2012, 36(2): 1-6

入選年份：2016