特高壓交直流系統動態無功支撐用大型調相機運行需求分析

曾波　吳昆霖

摘要：為了更好地提升特高壓交直流系統動態大容量雙向調節能力以及無功支撐，該文針對大容量調相機的相關特點和關鍵技術進行了分析，與此同時，還將具有相同容量級別的發電機組設備進行了對比，并提出了相應的問題以及建議。

關鍵詞：特高壓直流輸電；大型調相機；動態無功

中圖分類號：TM721.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0049—02

1動態無功調節對特高壓直流輸電的重要意義

換流器只要是在直流輸電工程中，無論是何種運行方式（逆變運行及整流運行）都會消耗很大的無功功率。通常而言，在直流樹洞功率中，輸送條件不一樣，所消耗的無功功率也會有所差別，但是二者均會對無功功率造成大量的消耗，相比較而言，逆變站消耗得更多一些。為了更好的對換流器的安全運行進行保障，首先應該讓無功功率的足夠供給得到確保。如果無功功率的正常供給不能得到保障，不論是過少還是過多，都會對交流電壓的穩定性造成影響。情況嚴重的話，還會導致整個直流系統以及交流系統的穩定運行受到威脅。所以在特高壓直流輸電中，響應快速、靈活可控的動態無功調節手段的重要性就不言而喻了。

大容量調相機作為一種重要的無功發生裝置，主要作用是對直流輸送極限功率進行提升，同時將受端交流電網的短路比進行提升。二者相結合，有利于讓電網的靈活性以及強度在一定程度上得到提高。若是由于種種因素造成故障或者是電壓下降不穩定的情況，那么此時大容量調相機可以根據當時的具體情況，采取措施維護系統的穩定，從而爭取更多的時間對故障進行診斷或者切除。如果系統突然出現閉鎖或者甩有功負荷，那么應該針對性的采取措施，將大量過剩的無功進行吸收，以達到對電壓系統的升高進行抑制的目的。若是直流系統在正常運行的過程中，需要對電壓進行調節，那么可以在進相運行狀態或者遲相狀態為交流電網提供連續可調動的動態無功支持。

2特高壓主流輸電工程系統運行要求

通過將電網對動態無用支持的特殊需求進行的分析以及電網部門的綜合考慮，特別是身處變電站以及換流站的工作人員的專業性等。安全可靠性以及暫動態特性和運維檢修等性能，是特高壓直流輸電工程新型大容量調相機組所必備的，其目的是為了讓特高壓直流輸電工程的穩定性與安全性得到保障。在以上性能中，最為重要的是暫動態性能，該項指標與新型大容量調相機的各項參數之間都有著非常密切的聯系。

在新型的大容量調相機組中，為了使電網對無功支持能力要求得到滿足，采取了一系列改進措施，例如減少超瞬態電抗、增大短路比等。但是在對以上要求進行滿足的同時，也存在著不足之處，例如削弱了對系統短路電流水平的抑制作用。該作用削弱產生的最為直觀的不利影響，在直流饋入的受端交流系統中體現的尤為明顯。在一般情況下，該系統為強系統，不僅發電廠的數量很多，且分布非常集中，同時還由于電網結構緊密、單機容量大、負荷集中等因素，使得短路電流水平對電網安全穩定運行造成了重大的阻礙。

因此在各類設計進行的過程中，必須對電流水平超標、區域電網短路等可能出現的問題進行充分的考慮。為了讓新型大容量調相機所計入電網的安全穩定性得到保障，必要的時候，可以采取相應的措施對短路電流的問題進行改善，例如限流電抗器、高抗阻設備、故障電流限流器等。除此之外，還可以采用改變電網運行方式以及變壓器經小電抗接地等方法對短路電流的問題進行改善。需要進行注意的是，在對高抗阻設備進行考慮的時候，應該明確高抗阻設備在與新型大容量調相機進行連接時，主變壓器抗阻造成調相機對系統的無功輸出和暫動態的相應能力造成直接影響。

3技術運行特點

為了進一步的讓暫動態特性的技術要求得到更好的滿足，本次研究將新型大容量調相機與一般情況下的常規汽輪發電機進行了對比，具體數據如表2所示。二者在電磁參數、時間常數以及強勵指標等諸多方面根據實際情況進行了適當的調整，其目的是為了更好的與交直流混聯電網相適應。通過綜合分析以及對系統仿真方面的研究，有關部門對新型大容量調相機的主要指標提出了建議，詳情見表1和表2。

通過觀察表1、表2可以發現，二者之間具有一致性，下面是參數關系展示：

通過對上面2個表格進行分析可以知道，一般情況下典型汽輪發電機在理論上進相深度可以達到200MVar，但是在實際的運行中，還需要考慮冷卻效果以及端部發熱，在目前的汽輪發電機在實際運行中，還不能達到理論要求，并且還沒有連續穩定運行的記錄。將重要機型的功率運行曲線進行分析，根據分析發現，在零功率因素下，汽輪發電機的進相運行深度有一定限制，一般情況下均限制在-170～-190 MVar這個區間內，具體情況可以通過表2可以明確。為了讓大容量調相機的穩定運行能力到保障，在進行原型機設計的過程中，端部位置的冷卻效果需要進行詳細的校核，根據實際情況，對相應的條件進行創造，確保型式試驗得到開展。

電網部門對于勵磁系統的強勵性能的相關方面提出了更高的要求，其目的是為了讓大容量調相機對系統的動態無功支持能力得到提升，通過表1可以看出強勵性能指標為頂值電流的2.5倍、頂值電壓的3.5倍，可見其對強勵頂值電流以及項值電壓的持續時間以及倍數等都有了較大的提升，因此與之相應的勵磁變壓器絕緣體和勵磁繞組匝間絕緣、轉子冷卻效果等方面的設計也需要進行相應的提升。為了讓減小電機時間常數得到滿足，達到暫態性能提升的要求，在優化設計的過程中，還需要對其他方面進行考慮，如增大或者減小轉子繞組等效電感等。需要注意的是，這與增強轉子熱容、提升轉子強勵性能之間存在矛盾。

4結束語

文章將特高壓直流輸電工程配套使用的大容量調相機性能特點進行了細致的分析，將其與常規級別的汽輪發電機組進行了性能指標方面的差異性對比，同時還將特高壓直流輸電工程大容量調相機的設計過程所需要注意的問題進行了說明，希望對大容量調相機組的安全運行以及設計制造有一定的幫助，也希望可以使其在交直流混聯電網中更好的發揮其作用。