特高压交直流混联电网稳定控制探讨

特高压交直流混联电网稳定控制探讨

发表时间：2019-05-05T09:39:50.337Z 来源：《基层建设》2019年第5期作者：亢煜王嘉薇

[导读] 摘要：十三五规划后，我国政府对特高压交直流混联电网运行稳定性提出了更高的要求。

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摘要：十三五规划后，我国政府对特高压交直流混联电网运行稳定性提出了更高的要求。依据电力系统安全运行原则，对特高压交直流混联电网安全稳定现状进行了简单分析。并依据关键安全稳定风险，提出了几点特高压交直流混联电网稳定控制措施。以期为特高压交直流混联电网稳定性控制方案的制定及电网安全运行提供有效的参考。

关键词：特高压；交直流混联电网；稳定控制

1特高压交直流混联电网特性探究

（一）受端电网电压调节功能下降特高压电网直流密集投运的特性，在一定程度上为受端常规火电机组提供了支撑。而直流电网大范围馈入机组，极易致使系统电压调节特性恶化，进而导致混联电网电压稳定性风险突出。如××电网受电比例在 46%以下，发生 500kV 线路 N-1 故障，导致××地区出现电压崩溃风险。（二）电网频率性稳定故障频发交流系统转动惯量、机组调频能力是电网频率调节的主要依据。但是随着特高压交直流电网的建设，系统转动惯量不断增加，其需要承受频率波动效能也需要逐步增加。而直流转动特性的缺失，极易导致送受端电网转动惯量下降。如××电网仿真分析数据表明，70GW 负荷水平下，损失 4．0GW 发电功率时，若电网内无风电，则电力系统频率将下跌 0．70Hz。（三）交直流、送受端间全局性故障突出从理论层面进行分析，特高压交直流混联电网的建设，促使交直流及送受端间联系不断紧密。而发生频率较高的单相短路故障，就可能导致多回直流同时换相异常，进而对交流断面造成大规模冲击。如 ××电网某 500kV 线路 A 相故障跳闸，导致该区域特高压直流连续三次换相失败，最终致使送端特高压交流长线产生高达 1800MW 的有功冲击。

2特高压交直流混联电网稳定控制措施

2.1电压稳定

电压稳定是指受到小的或大的扰动后，系统电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。受扰后，系统中发电机和调相机、静止电容器、动态无功补偿器、以及线路充电功率等构成的无功电源，以及线路和变压器等设备无功损耗、感应电动机无功消耗等构成的无功负荷，两者间供需平衡能力决定了电压稳定的维持能力。交流长距离供电、多直流馈人、高马达比例等受端电网，电压稳定问题较为突出。

2.2完善电网稳定控制目标体系

一方面，在《国家电网安全稳定计算技术规范》的基础上，

依据特高压交直流混联电网威胁电网安全运行故障特点，电网维护人员可进一步完善电网稳定控制目标体系。同时综合考虑直流系统单、双击闭锁故障等因素，将不同形态故障因素纳入电网稳定控制目标体系中。如直流连续换相失败、直流功率突降、再启动、受端多回直流同时换相失败等。另一方面，依据特高压交直流混联电网运行特点，为进一步完善交直流混联电网运行控制目标体系，电网维护人员可综合利用直接法、时域仿真等方法，对特高压交直流混联电网运行稳定性进行全方位分析。其中直接法主要是依据函数变化，通过故障对比分析，在初始时间刻能量、临界能量的基础上，构建高维度电网运行模型，以便直接判定电网稳定性；而时域仿真法则是针对干扰源头，利用微分方程，对获得电气运行数据进行分析。常用的时域仿真法主要为电磁暂态仿真、机电暂态仿真等。依据特高压电网规模，可选择合理的仿真分析模型，进而确定仿真控制基准。

2.3构建合理的电网结构

构建合理的拓扑互联结构，是提升输电能力的重要保障。为此，依据电网功能的不同定位，选用送端电源分散接人、受端合理分区的差异化设计原则；综合区域电网不同互联模式的技术特点，选择适用的交流互联、直流互联、交直流混联方案；统筹电网整体性能要求，兼顾网源协调发展、多电压等级有序发展、省级电网与区域电网协同发展以及一二次系统同步发展。

2.4优化电力系统运行控制方案

首先，在特高压交直流混联电网运行期间，针对电网功率输送不均匀的情况，可以直流紧急功率控制为核心，针对电网交流分担功率超标问题，构建完善的特高压交直流混联电网功率应急控制方案。通过对直流系统传输功率的控制，可以适当强化交直流混联电网中直流传输功率及负载能力，从而提高特高压交直流混联电网运行稳定性。需要注意的是，在直流功率应急控制方案中，为保证电网短路能量的有效释放，特高压交直流混联电网维护人员可将局部潮流故障问题较严重交流电网作为维护重点。在直流系统控制的前提下，设置回降控制直流功率、紧急控制直流功率提升等附加措施。其次，依据修订后《国家电网安全稳定计算技术规范》的相关要求，特高压电网运行系统维护人员可以新一代数模混合仿真平台为依据，进一步拓展电磁暂态仿真分析范围。结合实际稳定性控制装置的设置，对特高压混联电网交直流特性进行全方位分析。如针对单回特高压直流连续换相失败情况，可以主动闭锁直流、联切送端机组为要点，从根本上切断直流换相联锁反应。同时优化直流再启动速切交流滤波方案。结合受端电网交流线路重合闸时间的延长，可有效降低直流扰动现象对混联电网交流系统的不利影响。最后，针对大规模交直流并网导致的同步频率提升问题，电网维护人员可以新能源主要应用地区为管理要点，开展全方位实时同步谐波监测。同时依据新能源次同步振荡原理，制定完善的次同步振荡安全控制方案。结合系统性新能源场站调频调压，可从源头解决电网调节能力不足导致的稳定性故障。

2.5强化特高压交直流主网架结构

依据特高压运行理论，只有交流电网、直流容量一致，才可以保证特高压交直流混联电网具有足够的抗频率冲击能力。据此，在特高压交直流混联电网建设阶段，国家电网应以交流电网建设为要点，依据现有特高压混联电网直流电规模及容量，构建坚强交直流同步电网。同时以国家清洁能源发展战略为依据，驱动特高压交直流混联电网全面优化完善，为“强直弱交”问题的彻底解决提供依据。

结束语

综上所述，在特高压交直流混联电网迅速发展进程中，特高压直流输电规模呈阶跃式提升，导致特高压交直流混联电网出现严重的“强直弱交”问题。这种情况下，依据特高压交直流混联电网运行特性，相关人员可以特高压交直流主网架结构为要点，对特高压交直流主网架结构进行优化完善。同时在完善的电网运行控制目标体系的指导下，进一步优化电网运行控制方案，为特高压交直流混联电网稳定性控制