直流調制對大型交直流互聯電網安控的影響

邱麗萍，陳向宜，馬世英，丁理杰，唐曉駿，王彪（.中國電力科學研究院，北京009；.四川電力試驗研究院，成都6007）

直流調制對大型交直流互聯電網安控的影響

邱麗萍1，陳向宜2，馬世英1，丁理杰2，唐曉駿1，王彪2
（1.中國電力科學研究院，北京100192；2.四川電力試驗研究院，成都610072）

隨著大電網互聯工程的推進，交直流混聯運行成為趨勢。大型直流系統接入系統后大大改變了原有電網運行特性，直流故障可能對電網運行帶來極大隱患。為此，以四川電網為例，針對直流閉鎖故障分析了不同安控措施條件下大電網的穩定恢復特性。綜合比對分析認為：在發生系統閉鎖故障后快速提升直流功率，可避免在系統中進行切機切負荷，或者降低切機切負荷量。但直流短時過負荷后的大量功率釋放可能對系統造成更為嚴重的沖擊，導致系統穩定水平下降。

交直流混聯電網；直流調制；安全穩定控制策略；直流閉鎖

隨著特高壓交流電網的建設以及復奉、錦蘇、溪洛渡3條特高壓直流的建成，華北、華中及華東電網將形成“三華”聯網格局，四川電網也將形成多回特高壓直流與交流互聯電網格局，但川渝、渝鄂斷面仍然僅有4回500 kV線路，一旦直流線路發生閉鎖故障，大量功率轉移將沖破川渝及渝鄂斷面靜穩極限使系統失去穩定，需要配合采用切機、切負荷及直流調制等安控手段。采用不同的直流調制方案所需配合切機、切負荷量不同，選取最優直流調制方案，可降低送端切機量及受端切負荷量。

本文結合四川電網實際，將直流調制方案作為安控手段之一，分析直流閉鎖故障后“三華”電網的穩定特性。

1 研究所采用的基本方式和基本條件

1.1 研究對象

本次研究主要針對特高壓兩縱結構的“三華”電網，該結構網架如圖1所示，華北、華中電網通過特高壓長治-南陽線聯網，華北-華東通過特高壓濟南-徐州雙回線聯網，華中-華東電網之間沒有直接的交流連接線路，但兩網之間存在大量的直流聯絡線，華中-華東電網之間的直流工程如表1所示。

圖1 “三華”聯網接線圖Fig.1 Graph of interconnected North China-Central China-East China power grid

表1 華中-華東直流聯絡線Tab.1 Interconnected DC linesbetween Central China and East China

1.2 直流工程過載能力

直流輸電系統的優點之一是能夠快速控制輸送的功率，該優點使得直流輸電系統在電網發生某些故障情況下，能夠對交流系統提供緊急支援。尤其是對于交直流并聯運行系統，當發生故障或擾動時，可以通過直流輸電系統附加控制，瞬時提高健全直流極的輸送功率，在直流輸電系統過負荷能力范圍內，把故障交流線路輸送的部分轉移到并聯的直流輸電系統，從而減輕功率轉移和功率失衡對交流系統的沖擊，提高了系統運行的穩定性[1-2]。

本研究中直流工程的過負荷能力按表2所示情況考慮，即直流工程長期過負荷能力按1.10或1.15倍考慮，短時（3 s）過負荷能力按1.40倍考慮[3-6]。

表2 直流工程過負荷能力Tab.2 Overload capability of DC line

2 直流調制對錦蘇直流單極閉鎖故障安控措施的影響

錦蘇直流工程為從華中四川電網-華東電網的特高壓直流輸電工程，該工程電壓等級高（額定電壓為800 kV），輸送容量大（雙極滿送額定容量為7 200MW），發生單極閉鎖故障后有可能使系統失去穩定，需在送端四川電網切配套電源錦屏電廠7臺機，但如果考慮直流調制手段，僅提升四川-華東其余健全直流功率至額定容量的110%，即可使系統恢復穩定，而不需再額外采取切機措施。

3 直流調制對錦蘇直流雙極閉鎖故障安控措施的影響

錦蘇直流工程發生雙極閉鎖故障后，電網送端盈余大量功率，大量的功率沿著川渝、渝鄂斷面轉移，功率的大量轉移可沖破沿路斷面的靜穩極限而使系統失去穩定。

常規的安控措施主要段包括切機、切負荷和直流調制等，但對于錦蘇直流雙極閉鎖故障，其閉鎖線路功率重、對系統沖擊較大，因此所需安控量也很大，單純依靠某種單一的手段可能無法使系統恢復穩定，須要配合使用各種手段[7]。本研究采取5個安控方案。

方案1華中-華東直流長期調制10%，并配合送端切機和受端切負荷。

方案2華中-華東直流長期調制10%，并配合送端切機。

方案3華中-華東直流長期調制15%，并配合送端切機。

方案4四川-華東直流調制40%持續3 s后降低到額定容量的110%、湖北-華東直流功率長期調制10%，并配合送端切機。

方案5華中-華東直流調制40%，持續3 s后降低到額定容量的110%，并配合送端切機。

方案1主要基于送端切平原則，即直流調制量+切機量=閉鎖直流額定功率，如果送端切平還不能使系統恢復穩定，則在受端電網切一定量的負荷。

方案2及方案3主要基于不切負荷的原則，如果在送端切平還不能使系統恢復穩定，則繼續在送端切機直至系統重新恢復穩定。

方案4及方案5也是基于不切負荷的原則，并充分考慮了直流線路的短期過負荷能力，比較不同的直流調制方案對送端切機量的影響，如表3所示。

計算分析表明[8]，有效地利用健全直流的過負荷能力可一定程度上減少故障所需的切機量，如方案3相對于方案2僅需多提升華中-華東直流功率的5%即可少切送端4臺機。方案4考慮了部分直流短期過負荷能力后可較不考慮時（方案2）少切一臺機，但如果過分的利用直流工程的短時過負荷能力可能反而會造成系統穩定水平的下降，如方案5，華中-華東全部直流線路功率提升到140%后驟降到110%，瞬間下降大量的功率可能會對系統造成二次沖擊，需要在送端大量切機才能使系統重新恢復穩定。

圖2及圖3為各種直流調制手段配合切機措施后川渝斷面500 kV洪溝-板橋線以及黃巖-萬縣線有功功率曲線，可以看出如果使華中-華東直流全部按過載40%持續3 s來調制（方案5），直流調制量大且需要在送端大量切機，才能使系統不失去穩定，而大量的直流調制和切機造成川渝斷面功率在故障后不升反降，甚至出現功率反向。采用方案1，川渝斷面穩態功率水平最高，其中洪板線有功功率達到1 900MW，接近線路熱穩限額。

實際上，直流功率提升后，線路上的無功損耗增大，電壓下降更為顯著，如圖4所示，復奉直流逆變側奉賢站電壓在直流功率調制40%時段低于0.8（p.u.），直流功率速降到110%后，仍然無法恢復到0.9（p.u.）以上，因此直流功率并不能按照調制計劃達到目標值，另外系統振蕩期間的電壓振蕩也使得直流功率不能達到預期的調制量，如圖5所示。

表3 直流調制方案對應的切機切負荷量Tab.3 Generator tripping and load shedding of different DC demodulation strategy

圖2 錦蘇直流雙極閉鎖采取安控措施后洪板線有功功率Fig.2 Power curvesof Honggou-Banqiao line after Jinsu DC parallel linesdeadlock

圖3 錦蘇直流雙極閉鎖采取安控措施后黃萬線有功功率Fig.3 Power curvesof Huangyan-Wanxian lineafter Jinsu DC parallel linesdead lock

圖4 錦蘇直流雙極閉鎖后復奉直流逆變側奉賢電壓Fig.4 Voltages curvesof Fengxian station after Jinsu DC parallel lines deadlock

圖5 錦蘇直流雙極閉鎖后復奉直流功率Fig.5 Power curvesof Fufeng DC line after Jinsu DC parallel linesdeadlock

4 結論

一般情況下，直流調制是最為經濟有效的安控手段，一定程度上可提高系統的穩定性，但直流調制分為長期調制和短期調制兩種，在實際應用中應予以區別對待，不能簡單地認為直流調制越多，對系統的穩定性提高越有利。

（1）直流工程的長期過負荷能力一般都能維持1 h以上，在系統發生嚴重故障后，充分利用健全直流的長期過負荷能力，可一定程度上提高系統的安全穩定水平，避免在系統中進行切機切負荷，或者使切機、切負荷量有所降低。

（2）直流工程的短期過負荷能力僅能維持數秒，在其功率提升后需要進行速降調制，瞬間的大量功率釋放很可能對系統造成二次沖擊，造成系統穩定水平下降，因此對直流長期過負荷能力的使用應慎重，應根據網絡的實際情況具體分析。

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Impactof DCModulation on Safety and Stability Strategy in AC/DCHybrid System

QIU Liping1，CHENXiangyi2，MA Shiying1，DING Lijie2，TANGXiaojun1，WANGBiao2
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；2.Sichuan Electric TestResearch Institute，Chengdu 610072，China）

With the advancements of interconnected power system，AC/DC hybrid operation become the trend.The interconnection with large DC systeMcan significantly change the operation characteristics of original grid，and DC faultmay generate great potential peril to grid.In this paper，the transient characteristics of Sichuan power grid with differentsafety controlmeasuresafter DC block faultare analyzed.Research results indicate thataugmenting the power of the healthy pole after HVDC blocking can avoid generator tripping and load shedding，or decrease the amount of generator tripping and load shedding.But the DC power releasing after short-time over loadingmightperturb the systeMseriously，thusdamage the stability ofpower system.

AC/DChybrid system；DCmodulation；safety and stability controlstrategy；DC line deadlock

TM712

A

1003-8930（2015）02-0089-03

邱麗萍（1979—），女，碩士，工程師，從事電力系統分析與控制工作。Email：qiulp@epri.sgcc.com.cn

2012-08-02；

2012-12-29

陳向宜（1976—），男，博士，高級工程師，從事電力系統控制與分析工作。Email：morodos@sina.com

馬世英（1969—），男，博士，高級工程師，從事電力系統分析方面的研究工作。Email：mashiy@epri.sgcc.com.cn