高压交直流混联输电对电网运行影响的仿真分析

摘要：高压直流输电技术的广泛应用，使交直流电网结构变得复杂多样，其中交直流混联输电方式是我国目前及未来交直流接入关系中最重要的形式之一，交直流并联系统是交直流混联系统的一种特殊形式。交直流系统混联输电方式可以将直流系统自身灵活的控制功能与交流系统的安全稳定控制方法有机地结合起来，发挥各自优势，改善系统运行稳定性。但与纯直流联网系统相比，交直流混联输电系统运行控制复杂，仍有许多理论和技术问题需要解决。基于此，本文对高压交直流混联输电对电网运行影响的仿真进行了分析。 关键词：高压交直流混联输电；影响分析；控制策略

引言

800kV特高压直流工程是落实中央全面振兴东北老工业基地战略部署，推动电力协调发展的重大工程。某省500kV电网形成以东电西送为主的特高压交直流混联格局，某电网主要输送断面的暂态稳定极限将重新界定，电网运行特性将发生较大改变。文章主要通过某地区部分电网的仿真对某工程投运后发生直流闭锁故障对电网的影响进行分析，并基于以上分析制定了应对措施。 1.仿真模型

某省电网位于电网的南端，是与华北电网的联系枢纽。根据负荷电源布局及网架结构，可分为辽西电网、辽中电网和辽南电网，直流输电工程投运后，对某地区电网的无功动态稳定、原有继电保护和安全稳定装置等方面都产生了不同程度的影响。为研究某直流输电系统在运行中可能出现的问题，需要将其整体关联起来，并对其进行建模分析，了解系统运行机理和各元器件设备特性，从而研究系统的稳态运行和故障特性。 2.电压特性

某直流输电工程将10000MW功率通过500kV线路从全网远距离汇集，电压控制十分困难，集中表现于直流初始功率超过一定限值时的交直流系统故障过程中，换流站及其近区暂态电压和故障后的稳态电压将对一、二次设备安全造成直接威胁。

2.1电容投切策略对电压的影响

暂态电压升高引起的设备安全问题是影响某直流输电能力的关键因素。为验证此因素的关键性，选取两地区A和B区换流站中的数据为样本，在直流双极闭锁情况下采取不同电容投切策略的交流侧母线电压暂态过程如图1所示。从图1中可以看出，若不采取任何措施，两地区直流双极闭锁对某电网电压的冲击均很大。由于两地区数据反映结果相同，现以A为例进行分析。图1（a）中，换流站交流母线暂态电压最高超过1.3p．u、恢复稳态后的电压超过1.2pU，系统无法正常运行。

一次性投切电容和分组逐步投切电容在系统恢复到稳态后的电压基本保持一致。在逐步投切的情况下，暂态电压恢复相对较慢，超标时段较长，一次投切反之。根据以上分析可以看出，迅速切除换流站电容器组和滤波器组能够有效抑制在辽宁特高压电网发生直流闭锁故障后出现的电压超标问题。 2.2输送容量对电压的影响

直流输送容量与闭锁故障后的电压暂态特性密切相关，若直流输送容量较大，闭锁后系统失去电压较多，无功不平衡功率差额较大，对电网电压的冲击和影响也就较大。在直流双极闭锁情况下，输送容量分别为10000MW、8000MW、6000MW时，投切电容所对应的换流站交流侧母线电压暂态过程如图2所示。以A换流站为例进行分析，从图2中可以看出，扎鲁特直流双极闭锁后，随着直流输送容量的增加，输送容量对某电网电压的冲击逐渐增加，系统暂态电压也随之逐渐增加。对图2进行深入分析可知，不同输送容量的初始暂态过电压不同，电压恢复过程中的暂态电压也不同，而稳态恢复电压基本相近。根据以上分析可知，针对某特高压电网发生直流闭锁故障后的电压超标问题，在直流双极闭锁运行方式下，可以通过限制扎鲁特直流输送容量进行抑制。A直流双极闭锁且输送容量最大（10000MW）时，A换流站和某区典型500kV线路母线电压如图3所示。 从图3中可以看出：（1）A直流发生闭锁故障后，大量容性无功注入交流系统，导致换流站周边电网电压迅速升高。虽然暂态故障后电网中其他部分也含有较大的暂态电压，但换流站附近的暂态电压升高最为显著。（2）双极闭锁时近区500kV母线瞬间电压接近1.1pu．。直流闭锁瞬间剩余大量无功，换流站周围变电站母线电压快速升高，但在无功装置切除后，近区变电站母线电压均能够恢复到正常水平。 2.3控制策略

双极闭锁故障下电压稳定性控制策略如下：

（1）在直流换相失败的情况下，如果直流输送功率为10000MW，换流母线暂态电压最高将达到1.31pu；若要控制暂态电压不超过1.23pu，需控制直流初始功率不大于8000MW；如果控制暂态电压不超过1.16pu（风场的220kV电压母线）需控制直流初始功率不大于6000MW。

（2）直流闭锁后系统的电压暂态过程和闭锁恢复后的电压运行状态，与直流闭锁故障前的系统运行状态、无功配置、直流功率、开机方式等多种因素有关，为保证系统电压的稳定运行和新能源的大规模输送，可以开展针对某特高压电网直流闭锁故障下的某地区无功和电压优化配置和运行的研究。

（3）为提高某交直流混合电网电压稳定性和抵御事故的能力，可以开展主干网架动态无功补偿220kV风电接入网络动态无功补偿策略的研究。 3.功角特性

A直流发生单极闭锁或双极闭锁时，某送端电网均会失去大量负荷，导致电源过剩，从而引发较为剧烈的功率振荡和发电机功角摆动。在这个过程中，通常伴随着频率变化和电压变化。在A直流输送功率分别为10000MW、8000MW、6000MW，冬季大负荷且发生双极闭锁故障的条件下，研究某电网典型机组功角特性。计算过程中暂不考虑切除机组措施，换流站电容器组在故障后0.5s一次性投切，。对仿真结果进行分析可知：A直流双极闭锁后某电网重要机组的功角摇摆曲线若保持致，典型大机组将发生功角摇摆，最大功角差14.4pu，表明同步稳定性不是制约系统动态稳定问题的主要因素。 结论

以A直流输电系统投运后某地区部分电网的仿真为例，搭建某地区A直流输电系统模型；通过仿真对发生直流闭锁故障后直流混联系统的电压、功角以及频率特性进行了分析，并通过对故障特性和故障影响的进一步分析制定了交直流混联系统发生故障后应采取的应对措施。 参考文献：

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