特高压直流输电对系统安全稳定影响的研究

王佳男

摘 要：本文着重对特高压直流在单一和故障情况下的交流输电通道所受到的冲击以及系统安全稳定影响进行了深入的研究，经过不断地研究发现，在交流通道上安装静止无功补偿器，不仅能改变系统的特性，而且还能增强系统的安全稳定程度，对系统安全稳定具有良好的影响。

关键词：特高压直流输电;系统安全;电力系统稳定

如今由于超高压直流输电技术的不断提升以及设备的不断完善，使得许多单位都对输电系统展开了深入的研究，并经过对比分析，发现运用3回±800kV直流输电最佳，每回规模6400MW。在该方案中，需要特别注意的问题就是：1.交流通道能不能承受住由直流故障所导致的功率转移。2.当直流系统的送受端交流故障消除之后，其运行是否稳定。3.多直流落点系统是否安全稳定。

1 系统网架结构

按照当前电网规划要求，系统电网结构主要应用的是交流大同步电网，因此现阶段便对系统增加了特高压直流通道，使得区域的电网负荷均显著增大，为此在受端电网加装了燃机;在送端电网加装了输变电送出工程，其它网架结构没有改变。

2 系统建模

系统建模本文主要借助的是BPA程序，构建出交直流系统机电暂态的仿真模型。其中，发电机应用的是次暂态变化模型;送受端电网机组应用的是PSS模型;直流系统应用的是定功率控制;负荷应用的是带有频率属性的静态负荷模型。

3 互联系统安全稳定影响的研究

3.1 特高压直流单极闭锁对系统的影响

因为系统的冲击承受能力很强，所以当系统发生特高压直流单极闭锁现象时，系统并不需要借助辅助设施就能处于稳定状态。如果交流通道承受故障的直流功率发生转变时，只要线路和变压器没有发生过载，则故障之后的受端电网以及交流通道的电压均能保持为0.95pu。为此还特别对某特高压直流单极闭锁故障进行了研究，当发生故障时就切断了送端机组，这样系统就会非常的稳定。

3.2 特高压直流双极闭锁对系统的影响

当系统发生特高压直流双极闭锁故障时，会瞬间损失大量的电力，此时为保证系统的安全稳定，就必须切断送端的机组，这样系统就会通过振荡以后渐渐趋于平稳。通过各个发电机机端的电压，能够发现只要出现直流双极闭锁故障，则系统电压就会显著降低，进而使交流系统出现无功补偿不足的情况。而无功缺额主要由发电机提供，所以为了确保发电机机端的电压稳定，就需要增大发电机的励磁电压，进而增大无功功率。经过计算能够发现，当系统处于平衡状态时，各个发电机机端的电压和发生故障以前的电压差距很小。

3.3 交流三相故障对系统的影响

首先，整流站交流三相故障。在正常情况下，当水电站和换流站之间的线路出现三相故障的时候，系统是不需要借助稳定设施就能达到稳定的。通过故障暂态来看，因为送端换流站之间的电气相距很近，所以当整流站线路出现三相短路情况时，换流站的交流母线电压都会极低，当清理完故障之后，换流站的交流母线电压就能马上恢复，并且直流功率也会立即恢复。其次，逆变站交流三相故障。当换流站出现三相短路故障时，换流站的换相就会立即失效，当处理好故障之后，换流站的直流功率就会马上恢复正常。

3.4 跳双回线故障对系统的影响

经过对某电站的线路研究能够发现，如果其送端换流站的左边出现跳双回线故障时，只需切断左边机组即可;如果是换流站右边线路出现跳双回线故障，则切断右边的机组就能保持稳定;如果是其它交流线路出现跳双回线故障，则不用借助其他方法就能达到稳定状态。如果是逆变站的交流线路出现跳双回线故障，则需要通过减小直流输送功率或者切断部分机组才能达到稳定，如果是其它交流线路出现跳双回线故障，则系统不用任何方法就能处于稳定状态。

3.5 特高压直流单极长期停运对系统的影响

当特高压直流单极长期停运的时候，如果没有注意到直流负荷情况，则经过交流电网转送的潮流就会非常大，转送较大的潮流会显著增加交流电网的承担能力，所以在发生直流单极长期停运的时候，川渝电网的500kV变电站以及特高压变电站一同补充了1980Mvar容性无功容量;华中东地区的特高压变电站总体补充了2310Mvar容性无功容量;华东地区的特高压变电站总体补充了 1980Mvar容性无功容量，使得系统电压和直流单极停运以前的电压基本相同。

4 提高系统安全稳定的有效措施

4.1 安装SVC设备

在此特别对向家坝的南汇直流进行了研究，在其潮流转送的特高压站安装了2800Mvar SVC设备;在送受端电压为500kV的一侧安装了360Mvar SVC设备，安装完SVC以后，当向家坝的南汇直流出现双极闭锁情况时，送端只需切断一台机组就能使系统达到稳定状态;当向家坝的南汇直流出现双极闭锁情况时，如果切断送端的四台机组，则系统达到稳定状态时，其电压最低的特高压站的电压也在975kV之上，比没有安装 SVC的增大了40kV。由此可见，当系统出现故障时，如果切断送端机组，则系统达到稳定情况时，其电压都要比没安装SVC设备的高很多。当安装SVC设备以后，SVC设备就能给全网带来一定容量的无功功率，使得各个电网的发电机无功出力都比没有安装SVC设备的低，主要因为送电断面的輸送无功功率比没有安装SVC设备的少很多，所以安装SVC设备以后，系统无功储备就会显著增大，使得系统电压始终处于稳定状态。

4.2 增大直流功率

通常直流输电系统会具有较大的过负荷功能，一般短期过负荷额定值是直流电流额定值的1.1倍。以向家坝的南汇直流为例，当其出现双极闭锁情况时，其短期功率会提高到额定功率的1.1倍，这样两个直流就会多转送1260MW的电力，而较大的电力会使系统不稳定，所以就需要切断四台机组，以稳定系统。

4.3 注意电网负荷的变化情况

通过对向家坝的南汇直流展开深入的研究，能够清楚知道负荷特性改变时系统的稳定状况，首先，还继续使用60%的恒定功率以及40%的恒定阻抗模型，当出现双极闭锁情况时，就切断送端的四台机组，使系统振荡以后渐渐保持稳定，这时的电压会比没有改变负荷特性的高很多，尤其是特高压站的电压，更为显著，由于电压比没有改变负荷特性的大很多，所以其恒阻抗负荷的比例就会显著降低，这样负荷就会比没有改变负荷特性的显著增大。其次，把电网有功负荷特性改成70%的恒定功率和30%的恒定阻抗模型，当出现双极闭锁故障时，如果只切段送端的四4台机组，那系统还是不会稳定，这主要是因为电网发生故障以后有功负荷的减少程度要比没有改变负荷特性的小，所以就使送端转送的潮流有功功率变大，这样无功消耗就会变大，使系统无功功率失衡，电压不断下降，最终造成瘫痪，所以通过分析以后，发现切段送端七台机组就能使系统达到稳定。

5 总结

通过上述内容可知：特高压直流输电对系统安全稳定具有很大的影响，需要详细研究，以使系统稳定的运行。

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