陳超

【摘 要】隨著特高壓工程的開展和推進，大容量特高壓交直流輸電工程不斷增加，給現(xiàn)代電網(wǎng)帶來深刻變化。本文針對特高壓交直流電網(wǎng)輸電技術及運行特性進行了簡要探討，以供參考。

【關鍵詞】特高壓；交直流；電網(wǎng)；輸電技術；運行；特性

1特高壓交/直流輸電技術概況

特高壓交/直流輸電技術概況近年來，我國不斷研究特高壓關鍵技術，通過不懈努力取得重大突破，在電壓控制、潛供電流控制、成套設備、調試運行等方面進行深入探索，開發(fā)和研制了一整套具有自主知識產(chǎn)權、處于世界領先水平的特高壓交流輸電技術，掌握了特高壓交流輸變電的核心技術。國家電網(wǎng)公司開展了300多項關于特高壓輸電技術的研究，并帶頭號召國內100多家電工裝備企業(yè)參與了特高壓輸配電設備的研發(fā)，成功研制了達到世界領先水平的全套特高壓交流輸電設備，制造了諸如特高壓變壓器、并聯(lián)電抗器等特高壓設備，在特高壓領域首開先河。

2特高壓交直流輸電運行特性分析

2.1交直流之間的交互影響

大量工程實踐表明，我國電網(wǎng)時常發(fā)生單相短路故障，可能引發(fā)單回或多回直流換相失敗，對交流斷面造成巨大沖擊，嚴重時還將導致直流系統(tǒng)閉鎖，中斷功率傳輸。

換流母線電壓質量直接決定換流能否正常進行，一旦發(fā)生故障，畸變的電壓波形可能會導致?lián)Q相失敗。通過理論分析，可知導致?lián)Q相失敗的原因分別為電壓幅值降低和電壓過零點偏移。后者的影響微不足道，因此現(xiàn)主要針對前者進行簡要分析。系統(tǒng)正常運行時，逆變側觸發(fā)角為α，換相角為μ，熄弧角為γ，并有α+μ+γ=π。發(fā)生故障后電壓幅值降低，在晶閘管出發(fā)時刻不變的前提下，換相角增大、熄弧角減小。若換相電壓低于某一臨界值，γ<γ0，將導致?lián)Q相失敗，此處設定臨界壓降為△U，則有公式如下：

式中：Id，I′d分別為故障前后直流電流；IdFL為直流電流額定值；Xcpu為換流變壓器阻抗標幺值；γ，γ0分別為最小熄弧角的整定值及換相失敗臨界值。

換相失敗會導致大幅度功率波動。雖然故障持續(xù)時間極短，但波動過程卻為換相失敗時間的100?200倍。換相失敗發(fā)生時，送端電網(wǎng)直流功率無法傳輸，可能會造成瞬時大功率盈余，影響送端交流側；受端則會發(fā)生大功率缺失。同時，故障及恢復期間，大量無功將被吸收，直接威脅電網(wǎng)安全。

2.2交直流混合電網(wǎng)穩(wěn)定性分析

2.2.1電壓穩(wěn)定性

直流側故障造成的暫態(tài)電壓波動將影響運動條件，從而無功功率補償出力發(fā)生變化。無源補償元件能否在該情況下向直流系統(tǒng)提供所需功率是值得研究的，因其會影響交、直流系統(tǒng)之間無功功率交換的大小，由此便產(chǎn)生電壓穩(wěn)定性問題。

直流系統(tǒng)在故障及恢復中吸收大量無功功率，將直接影響動態(tài)電壓的變化。據(jù)實例可知，單回及多回直流系統(tǒng)換相失敗時，前者逆變側從系統(tǒng)吸收的無功大約4500Mvar左右，后者更甚。相關數(shù)據(jù)證明，浙南電網(wǎng)在受電比例為45%的大受電方式下，500kV線路發(fā)生交流N-1故障會造成電壓失穩(wěn)。多饋入直流系統(tǒng)存在無功支撐不足的問題，電壓調節(jié)特性逐漸惡化。直流系統(tǒng)與常規(guī)機組的無功電壓調節(jié)特性呈相反態(tài)勢。

換相失敗會產(chǎn)生諸如直流電壓降低、直流電流增大等不良后果，將直接干擾受端側電壓。直流側無功改變時，交流側母線電壓幅值會發(fā)生變化，間接造成直流控制器作用，而控制器引起的功率改變會反過來影響受端電壓。送端交流側故障清除后，直流輸送有功因系統(tǒng)電壓恢復而逐漸正常，但無功需求增加與較低交流換相電壓之間的矛盾會形成對受端側的瞬時無功沖擊，從而受端電壓失穩(wěn)。直流閉鎖期間，由于常規(guī)保護操作，受端側電壓的暫態(tài)過程將變得復雜。一種新的保護措施是通過保留交流母線處電容器組來維持電壓的暫態(tài)穩(wěn)定性，即故障發(fā)生至無功裝置切除期間，受端的無功盈余將提升系統(tǒng)電壓。但在無功補償切除后，兩端系統(tǒng)趨于平衡，交流電壓逐漸恢復常態(tài)。

2.2.2頻率穩(wěn)定性

混聯(lián)電網(wǎng)頻率調節(jié)能力逐漸下降，頻率穩(wěn)定無法得到保障。頻率調節(jié)能力由2個因素起決定性作用：機組調頻能力和交流系統(tǒng)轉動慣量。常規(guī)機組逐步被新能源機組及受端大規(guī)模直流饋入所取代，但電網(wǎng)標準只對傳統(tǒng)機組提出了明確規(guī)定，致使調頻能力減弱，嚴重影響頻率穩(wěn)定。除了新能源一次調頻能力不足外，常規(guī)機組一次調頻性能同樣存在嚴重隱患。直流雙極閉鎖發(fā)生時，饋入端瞬時損失大量功率，造成送端直流功率盈余，受端側頻率下跌。

3相關問題的應對措施分析

3.1提升交直流輸電相關技術

3.1.1換流技術

現(xiàn)階段，直流輸電在換流技術方面的主要研究為電容換相（CCC）直流輸電和柔性直流輸電。雖然LCC換流技術已十分成熟，但仍存在問題，即需在送受端補償大量無功功率，隨著輸送容量增加，送受端無功平衡問題日益凸顯，一旦某受端多條直流發(fā)生換相失敗，則會對該區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定性造成巨大影響。CCC換流技術是基于LCC發(fā)展起來的，為避免缺失大量無功，將固定電容器串聯(lián)接入傳統(tǒng)換流系統(tǒng)，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。雖然效果明顯，但其經(jīng)濟性偏低。因此，應當全力開展交直流技術的研究工作。

3.1.2在線安全分析技術

我國大電網(wǎng)安全運行需要更為先進的調度模式，而在線安全分析是實時調度從經(jīng)驗型向分析型、主動型逐漸轉變的關鍵技術支持。目前，該技術存在實時性差、適應性弱、自動定位功能不完善以及計算資源利用率低等問題。現(xiàn)可利用多種先進技術，建立一套先進的在線安全分析系統(tǒng)。

3.2注重主網(wǎng)架構的建設

現(xiàn)有的交流電網(wǎng)規(guī)模與強度無法滿足大規(guī)模直流運行的要求，電網(wǎng)安全穩(wěn)定問題始終受到威脅。不但要擴大交流電網(wǎng)規(guī)模以承受送端直流閉鎖帶來的沖擊，同時還應加強其強度免遭直流故障影響。堅強智能電網(wǎng)的目標是要建設堅強可靠實體電網(wǎng)，實現(xiàn)全面優(yōu)化升級。特別是交流電網(wǎng)要與直流容量及規(guī)模相匹配，保障電網(wǎng)安全可靠運行。我國現(xiàn)階段正在謀劃東西部特高壓同步電網(wǎng)格局，為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略推進打下堅實基礎。

3.3提升新能源入網(wǎng)性能

研究并制定針對新能源機組的入網(wǎng)標準，開發(fā)新能源場站自身動態(tài)功率調節(jié)能力，增強對電網(wǎng)調頻、調壓過程的參與度，防止由于新能源大規(guī)模脫網(wǎng)引發(fā)的連鎖反應，避免造成不必要的傷害。

3.4電壓、頻率穩(wěn)定性問題的應對措施

特高壓電壓等級高、影響范圍廣，盡快發(fā)展并采取合理的控制保護措施是十分必要的。由換相失敗產(chǎn)生的非特征諧波不但降低傳統(tǒng)交流保護方法的有效性，而且會對線路保護造成影響。傳統(tǒng)保護方案一般采用全或半周傅式算法對工頻相量進行提取，為防止非特征相量產(chǎn)生干擾，應當研究包括新型相量提取方法在內的諸多保護措施。

加強直流輸電骨干網(wǎng)架的規(guī)劃和堅強水平，提高電網(wǎng)安全性。根據(jù)我國資源能源分布情況，合理規(guī)劃電網(wǎng)布局，加快主干網(wǎng)建設，嚴格部署應急電源分布，提高電網(wǎng)應對故障的承受能力。為便于監(jiān)測電網(wǎng)運行，建立在線監(jiān)測系統(tǒng)，完善靜、動態(tài)評估體系。應當加強多饋入直流系統(tǒng)無功支撐能力，并研究電壓穩(wěn)定性較弱區(qū)域的無功裝置安裝問題。一次調頻能力急需提升，加強和完善針對一次調頻性能的評價體系。受端頻率穩(wěn)定主要受永久故障的影響，功率缺額愈大，穩(wěn)定性問題愈嚴重。為此，各級電網(wǎng)已應用各種頻率控制方法。

結語

綜上所述，就我國能源等的實際分布情況而言，對特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)進行大范圍的應用，是時代的必然趨勢走向，因此，十分有必要通過促進此類電網(wǎng)有效發(fā)展的方式，經(jīng)由合理運用特高壓直流，實施高質量的長距離傳輸環(huán)保能源的且具備較高穩(wěn)定性以及安全性的特高壓電網(wǎng)建設工作。相信，通過不斷的研究與時間，這一技術的應用成效將愈加顯著。

參考文獻：

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[2]李紅軍，金毅.我國特高壓電網(wǎng)輸電價調整及其特點[J].中國物價，2017（04）：24-25.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司檢修分公司）