直流輸電對電壓穩定性的影響研究

黨克 翟旭京 畢曉龍

摘 要：隨著電力系統大電網、大機組發展趨勢的凸顯，交直流混合輸電越來越受到重視，高壓直流輸電具有遠距離、大容量、造價低、控制靈活等特點，被廣泛應用于現代電力系統中。文章主要對高壓直流輸電系統電壓穩定性的研究現狀進行探討，通過直流系統控制方式對電壓穩定性的影響進行分析，并提出了提高電壓穩定性的具體措施。

關鍵詞：直流輸電；電壓穩定性；仿真分析

為了適應我國電力需求的快速增長，國家電網已將特高壓直流輸電系統建設作為一項戰略目標，加快了對直流輸電工程的建設，預計到2020年我國直流輸電工程將達到27項。直流輸電系統在創造巨大社會效益的同時，也給電網電壓支撐能力帶來了巨大負擔，在直流輸電系統穩定性研究中，電壓穩定性是最受關注的問題，在當前形勢下，探討直流輸電對電壓穩定性的影響，具有重要的現實意義。

1 高壓直流輸電系統電壓穩定性研究現狀

作為一種復雜的非線性動力系統，電力系統的動力行為可以歸納成一個非線性微分代數方程組，對電壓穩定性的研究主要是圍繞微分代數方程組進行。根據失穩機理，電壓穩定性研究方法主要分為靜態和動態分析方法兩種。以往，研究高壓直流輸電系統的電壓穩定性主要采用靜態分析方法，該種方法還停留在原理性分析階段，設計的仿真模型比較簡單，不能反映系統的負荷動態變化，也不能對系統控制的動態特性作用進行仿真分析，具有很大的局限性。隨著研究的逐漸深入，人們越來越關注電壓穩定的動態本質問題，為了從根本上解釋電壓的失穩機理，有必要建立動態模型，運用動態分析方法對電壓穩定問題進行仿真分析[1]。

2 直流系統控制方式對電壓穩定性影響的分析

直流輸電系統主要包括四種控制方式：定電流控制、定電壓控制、定功率控制以及定關斷角控制，這些控制方式與直流輸電的系統設計、運行特點以及運行的可靠性密切相關。目前世界上應用比較廣泛的電力系統仿真軟件主要有PSASP、PSCAD/EMTDC、BPA等，我國電力行業應用比較廣泛的仿真軟件是PSCAD/EMTDC，其在直流系統分析中也比較常用，經過國內外大量的仿真實驗證明，PSCAD/EMTDC是目前研究直流輸電系統相關問題的有效工具。

直流輸電系統通過控制系統對換流器的觸發角進行調整，從而實現對系統的控制調節，對其進行仿真建模，能夠更好地模擬實際系統，在整流運行時應輸入電壓和電流控制誤差信號中的最小值，而在逆變運行時則應輸入電壓和電流控制誤差信號中的最大值，通過仿真模擬比較，整流測定電流、逆變測定電壓的控制方式，直流輸電系統的電壓穩定性最好。在直流控制方式下，直流輸電能夠獲得比交流輸電更好的電壓穩定性，鑒于直流系統運行和控制的復雜性，這種狀態下的電壓穩定性并不容易獲得，當運行情況改變時，直流輸電反而會對系統的電壓穩定性產生負面影響，因此，建立仿真模型，研究直流控制狀態下對高壓直流輸電系統的影響已經成為一項不可或缺的工作[2]。

3 提高直流輸電系統電壓穩定性的具體措施

研究認為，影響電壓穩定的因素主要有兩個：功率傳輸能力和動態無功儲備不足，因此，在直流輸電系統正常運行中，要想提高電壓穩定性，就應從這兩個方面來考慮，同時還要對系統的控制方式進行分析。

3.1 提高有效短路比

仿真模擬研究表明，在直流系統控制方式不變情況下，有效短路比越大，交流系統對直流系統的無功支援就會越強，從而有效地保障了換流站母線電壓的穩定，提高直流系統有效短路比可采取以下措施：其一，提高發電機的功率輸出能力和機端電壓水平，保持高壓側電壓恒定，有效縮短負荷和電源之間的電氣距離，從而增強整個系統的電壓穩定；其二，采用同步調相機來增加無功補償，或采用串聯無功補償以減少線路的無功傳輸損耗，再或者同時采用可控串聯補償和無功補償器進行協調控制；其三，可以在樞紐節點增設電抗器或并聯電容對電壓進行調節，確保系統獲得最大的功率儲備[3]。

3.2 采用低壓減載裝置和WAMS系統

低壓減載裝置是目前國內外電力系統普遍采用的一種自動裝置，該裝置的合理配置對高壓直流輸電系統電壓穩定性將起到關鍵性作用，是防止電網電壓崩潰的一道重要防線。WAMS系統就是廣域監視/測量系統，該系統能夠對電網的數據進行實時采集，這其中就包括對高壓直流輸電系統電壓的采集，能夠對電壓的運行進行實時監測，對獲取的電壓數據進行分析計算，進而掌握電壓運行的動態過程，實現預防電壓失穩的目的。此外，換流站的控制方式對高壓直流輸電系統的電壓穩定性會產生一定的影響，通過仿真分析，我們發現整流測定電流、逆變測定電壓控制方式的電壓穩定性最好，因此，有必要采用更高級的控制方式來對交直流系統的相互作用進行改善，從而提高高壓直流輸電系統的電壓穩定性[4]。

4 結束語

綜上所述，通過對高壓直流輸電系統電壓穩定性研究現狀的探討，以往采用的靜態分析方法無法從根本上解釋電壓的失穩機理，有必要建立動態模型，運用動態分析方法對電壓穩定問題進行仿真分析，這已成為研究直流控制狀態下對高壓直流輸電系統影響的一項不可或缺的工作，對揭示直流輸電系統的電壓失穩機理有著重要的理論指導意義，能夠為直流輸電工程的設計、建設、運行提供必要的依據。

參考文獻

[1]陳躍濤.高壓直流輸電對地區電網電壓穩定性的影響仿真研究[D].廣東工業大學，2014.

[2]莊慧敏.基于分岔理論的交直流電力系統電壓穩定性分析方法研究[D].西南交通大學，2009.

[3]徐政.聯于弱交流系統的直流輸電特性研究之二——控制方式與電壓穩定性[J].電網技術，2007，12（3）：3-4.

[4]楊秀，陳鴻煜.高壓直流輸電系統電壓穩定性研究綜述[J].華東電力，2006，10（5）：10-13.