淺析多直流饋入受端電網電壓穩定判據與控制措施

劉俊磊

摘 要：社會經濟的持續健康增長，社會生產力的不斷提高，促進社會生產和生活需要大量的電能作為支撐，而實際上我國一次能源分布存在著不均衡的情況，這嚴重影響到了我國社會經濟的穩定增長，由此需要對能源資源進行大范圍、大規模的配置。高壓直流輸電技術在遠距離聯絡交流系統和大功率輸電方面具有明顯的優勢，被廣泛運用于遠距離的大規模輸電工作和大區聯網工作當中。而隨著負荷增長、遠距離大容量送電增加、可再生能源大量接入，電力系統電壓穩定問題日益成為制約電網安全的主要問題。文章主要是從影響多直流饋入受端電網電壓穩定性的因素和多直流饋入系統電壓失穩機理入手，對多直流饋入受端電壓失穩情況進行分析，從而對多直流饋入受端電網電壓穩定判據進行詳細而全面的說明，并有針對性的提出了一些有效的控制措施。

關鍵詞：多直流饋入受端；電網；電壓；穩定；判據；控制措施

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）30-0103-02

1 前 言

多年來，隨著經濟的快速發展，國內外許多受端系統都出現了用電負荷的迅猛增長、最高用電負荷占全網的比重逐漸增加的情況，而受端系統內部主力電廠建設不足，大量的電能需要進行遠距離傳輸，受端系統對外來電力的依賴程度不斷提高，導致現代電力系統安全穩定運行的主要矛盾從功角穩定問題逐漸轉化為電壓穩定問題。廣東電網是典型的直流多落點受端電網，在普僑直流和牛從直流投產后，形成八交八直的受電格局，西電東送方式復雜多變，楚穗、普僑、牛從三大直流長期滿負荷運行，交直流相互影響加劇，作為受端電網的廣東電網其電壓穩定問題也變得更加突出，所面臨的安全運行局勢更加嚴峻。且當前的廣東電網在直流閉鎖等大擾動過程中的暫態電壓穩定問題顯著。多直流饋入受端電網的電壓出現不穩定的情況，歸根結底是電網動態無功支撐能力不足，諸多影響因素相互交織導致電網電壓穩定問題突出，控制難度大、代價高，需要采用有效的控制措施予以應對。

2 多直流饋入受端電壓失穩情況分析

2.1 影響多直流饋入受端電網電壓穩定性的因素

2.1.1 受端系統電壓支撐

影響多直流饋入受端電網自身電壓穩定性的一個重要因素就是受端系統電壓的支撐情況，如果其支撐效果不足，將會在很大情況下直接影響到多直流饋入受端電壓的穩定水平，受端電網電壓的支撐能力，通常會受到無功補償設備容量、發電機性能以及高壓直流輸電容量的限制。

電力系統在實際運行的過程中，通常會處于較高負荷的狀態之下，而電動機等負荷需要大量的無功功率，一旦其受端系統的發電機跳閘、直流換相失敗、以及交流嚴重故障，將會直接造成受端系統無功大量缺額。

2.1.2 交流系統的強度

對電力系統電壓強度進行檢驗的重要標志之一就是系統短路容量，短路容量越大，表示網絡越強，反之則越弱。對電力網絡中某點的短路容量進行計算，主要通過該點的額定電壓和三相短路電流進行相乘得到。短路比和有效短路比同樣會影響到短路容量，這兩個參數一定程度上反映了電力節點自身無功補償的問題。

2.1.3 無功補償方式

要對交流無功潮流進行控制，首先需要做到無功的分層分區平衡，而常用的無功手段主要包含靜止無功補償器、并聯電容器組以及同步調相機三種。靜止無功補償器是一種補償裝置，能夠對無功功率進行有效的控制，能夠進行連續性的調節，具有很好的現實可行性。并聯電容器組是當前電力系統中重要的設備，能夠對電壓和無功進行有效的控制，同時還能夠幫助電力系統的調度員對系統電壓進行調節和控制。同步調相機是一種同步電動機，主要是空載運行的，其轉子和同步電動機相同，能夠對勵磁電流的大小進行改變，從而實現輸出或者吸收無功功率[1]。

2.2 多直流饋入系統電壓失穩機理

多直流饋入受端系統，在實際運行過程中，可以發現電壓失穩甚至崩潰是一個動態化的現象和過程。多直流饋入受端系統中各個直流系統在換流母線處，沒有SVC裝置，或者有的情況下SVC的容量很小，尤其是換流母線附近沒有大容量的發電機，若交流故障或者直流換相失敗以及在其恢復過程中就缺乏無功支撐，容易導致電壓失穩。同步調相機、SVC和發電機等裝置，能夠快速的、連續的對無功進行補償，但是若要發揮作用就需要配置的容量足夠大。只有具有充足的動態無功儲備，才能夠對電壓起到良好的支撐作用，即使是在大擾動故障的狀態下也能保持系統電壓穩定[2]。

3 多直流饋入受端電網電壓穩定判據

3.1 基于時域仿真的暫態電壓穩定情況分析

多直流饋入受端輸電系統中，如果出現了直流閉鎖故障，或者當交流輸電通道故障被切除之后，可能導致多條直流同時換相失敗，對受端系統將會產生較大的沖擊，由此導致多直流饋入受端系統出現暫態電壓失穩。在多直流饋入受端系統中，如果出現了交流嚴重故障，將會導致直流的雙極或者單極出現閉鎖的問題，從而受端的電壓將會出現暫態下降，對多直流饋入受端整體穩定性運行產生嚴重的負面影響。同時還需要注意的是，直流閉鎖還會導致直流輸送的功率進行傳送和轉移，主要是體現在傳送到并聯交流的交流輸電線路中。而根據目前的電網運行情況可以發現，導致多直流饋入受端電網穩定運行受到影響的另一個重要因素就是交流輸電線會出現潮流沖擊，同時導致交流線路無功損耗有所增加[3]。

3.2 多回直流控制系統交互作用

多直流饋入受端系統在實際運行的過程中，容易出現一定的交互影響，這主要是由于各個直流使用了無協調的、局部性的控制策略，而實際上各個直流回路之間通過交流系統還存在著一定的相關作用。當多回直流控制系統發生交互作用的時候，將會對多直流饋入受端的電壓情況造成一些影響，從而導致其出現不穩的狀況。如果多直流饋入受端系統中的一條直流整流側定電流控制，此時若傳輸的有功功率增加，那么逆變側消耗的無功功率也將會相應的有所增加。

針對這種情況，換流母線的電壓，也將會出現瞬時下降的情況，同時對換流母線周圍的節點電壓造成影響，從而影響到各個線路自身無功功率和有功功率的具體情況，導致最終的多直流饋入受端電網電壓失去原有的穩定性[4]。

4 提高多直流饋入受端電網電壓穩定性的控制措施

4.1 對多直流饋入受端電網電壓進行控制的具體措施

針對導致多直流饋入受端電網電壓失去穩定性的影響因素，通過采用積極有效的方式，能夠起到良好的控制作用和效果，從而保證多直流饋入受端系統以更加穩定、安全的狀態運行，具體能夠采用的控制措施主要有以下幾個方面：

第一，對多饋入短路比和多饋入有效短路比進行增大，需要注意的是，增加的是多直流落點處的短路比。通過這項措施，能夠保證直流系統得到交流系統的無功支撐，從而對交流系統的強度進行有效提升。

第二，適當增加直流輸電子系統之間的電氣距離，并將其控制在一定的合理范圍之內，這樣同樣能夠對多直流饋入受端系統起到良好的無功支持效果[5]。

第三，對直流輸電系統的控制方式進行有效的選擇，保證該項控制方式能夠符合實際情況，針對多個直流系統進行全面有效的控制和協調，從而保證直流系統能夠得到良好的恢復，這對于增強多直流饋入受端電力系統電壓自身的穩定性具有積極作用。

第四，需要對發電機進行有效的維護，保證其使用的無功備用容量能夠滿足實際需要，這樣能夠保證多直流饋入受端的發電機在過勵磁的時候，能夠提供充足的無功功率，減少電壓失穩問題的發生[6]。

4.2 做好低壓減載措施配置工作

想要保證多直流饋入受端電網電壓能夠具有良好的穩定性、安全性和可靠性，需要對低壓減載措施的配置工作進行全面有效的配置。在進行低壓減載措施配置的過程中，需要對電壓運行的故障情況進行區分，選擇合適的運行方式和控制方案的類型。低壓減載措施配置中的具體方法主要包括：對單個母線的特定故障進行設置，這樣能夠減少多直流饋入受端電網電壓問題的發生概率；當多直流饋入受端系統運行的電壓較高時，需要保證動作電壓的門檻值設置的較低；對配置區域內部的可切負荷總量進行有效確定，在確定的時候，通常是根據區域的總體負荷水平和結構進行的；對低壓減載措施配置的安裝范圍和節點電壓進行控制，這樣對于多直流饋入受端的切負荷量起到一定的保障作用[7]。

通過實行低壓減載措施的配置工作，能夠在很大程度上提升暫態電壓的穩定性，為保證電網良好、穩定、安全的運行發揮積極作用。

5 結 語

電力系統電壓穩定問題日益成為制約電網安全的主要問題。大容量直流輸電受端交流故障導致直流換相失敗需要大量動態無功來支撐交流電壓恢復和直流功率恢復，交流故障過程中負荷中心大量電動機負荷也需要吸收大量無功功率。針對多直流饋入受端電網，準確把握電網電壓的穩定性具有一定的難度，需要按照一定的標準和依據對其進行控制和判斷，這樣有效構建了防范電壓穩定的安全防線，為經濟發展提供充足可靠的電力資源做好準備工作。

參考文獻：

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