特高壓交直流混聯電網穩定控制探討

賈國保

摘 要： 十三五規劃后，我國政府對特高壓交直流混聯電網運行穩定性提出了更高的要求。本文以XX2017電網數據為研究依據，依據電力系統安全運行原則，對特高壓交直流混聯電網安全穩定現狀進行了簡單分析。并依據關鍵安全穩定風險，提出了幾點特高壓交直流混聯電網穩定控制措施。以期為特高壓交直流混聯電網穩定性控制方案的制定及電網安全運行提供有效的參考。

關鍵詞： 特高壓;交直流混聯電網;穩定性

××電網計劃建設±800kV特高壓直流工程、同塔雙回±500kV直流工程等電網。××電網已運行送主網架為九直七交送電通道，具有較大的特高壓結構性穩定風險。對××特高壓電網安全、平穩運行造成了極大的威脅。因此，本文對××特高壓交直流混聯電網穩定性控制進行了簡單的分析，具體如下：

一、特高壓交直流混聯電網特性探究

（一）受端電網電壓調節功能下降

特高壓電網直流密集投運的特性，在一定程度上為受端常規火電機組提供了支撐。而直流電網大范圍饋入機組，極易致使系統電壓調節特性惡化，進而導致混聯電網電壓穩定性風險突出。如××電網受電比例在46%以下，發生500kV線路N-1故障，導致××地區出現電壓崩潰風險。

（二）電網頻率性穩定故障頻發

交流系統轉動慣量、機組調頻能力是電網頻率調節的主要依據。但是隨著特高壓交直流電網的建設，系統轉動慣量不斷增加，其需要承受頻率波動效能也需要逐步增加。而直流轉動特性的缺失，極易導致送受端電網轉動慣量下降。[1]如××電網仿真分析數據表明，70GW負荷水平下，損失4.0GW發電功率時，若電網內無風電，則電力系統頻率將下跌0.70Hz。

（三）交直流、送受端間全局性故障突出

從理論層面進行分析，特高壓交直流混聯電網的建設，促使交直流及送受端間聯系不斷緊密。而發生頻率較高的單相短路故障，就可能導致多回直流同時換相異常，進而對交流斷面造成大規模沖擊。如2017年，××電網某500kV線路A相故障跳閘，導致該區域特高壓直流連續三次換相失敗，最終致使送端特高壓交流長線產生高達1800MW的有功沖擊。

二、特高壓交直流混聯電網穩定控制措施

（一）優化電力系統運行控制方案

首先，在特高壓交直流混聯電網運行期間，針對電網功率輸送不均勻的情況，可以直流緊急功率控制為核心，針對電網交流分擔功率超標問題，構建完善的特高壓交直流混聯電網功率應急控制方案。通過對直流系統傳輸功率的控制，可以適當強化交直流混聯電網中直流傳輸功率及負載能力，從而提高特高壓交直流混聯電網運行穩定性。需要注意的是，在直流功率應急控制方案中，為保證電網短路能量的有效釋放，特高壓交直流混聯電網維護人員可將局部潮流故障問題較嚴重交流電網作為維護重點。在直流系統控制的前提下，設置回降控制直流功率、緊急控制直流功率提升等附加措施。

其次，依據修訂后《國家電網安全穩定計算技術規范》的相關要求，特高壓電網運行系統維護人員可以新一代數模混合仿真平臺為依據，進一步拓展電磁暫態仿真分析范圍。結合實際穩定性控制裝置的設置，對特高壓混聯電網交直流特性進行全方位分析。如針對單回特高壓直流連續換相失敗情況，可以主動閉鎖直流、聯切送端機組為要點，從根本上切斷直流換相聯鎖反應。同時優化直流再啟動速切交流濾波方案。結合受端電網交流線路重合閘時間的延長，可有效降低直流擾動現象對混聯電網交流系統的不利影響。

最后，針對大規模交直流并網導致的同步頻率提升問題，電網維護人員可以新能源主要應用地區為管理要點，開展全方位實時同步諧波監測。同時依據新能源次同步振蕩原理，制定完善的次同步振蕩安全控制方案。結合系統性新能源場站調頻調壓，可從源頭解決電網調節能力不足導致的穩定性故障。

（二）完善電網穩定控制目標體系

一方面，在《國家電網安全穩定計算技術規范》的基礎上，依據特高壓交直流混聯電網威脅電網安全運行故障特點，電網維護人員可進一步完善電網穩定控制目標體系。同時綜合考慮直流系統單、雙擊閉鎖故障等因素，將不同形態故障因素納入電網穩定控制目標體系中。如直流連續換相失敗、直流功率突降、再啟動、受端多回直流同時換相失敗等。

另一方面，依據特高壓交直流混聯電網運行特點，為進一步完善交直流混聯電網運行控制目標體系，電網維護人員可綜合利用直接法、時域仿真等方法，對特高壓交直流混聯電網運行穩定性進行全方位分析。其中直接法主要是依據函數變化，通過故障對比分析，在初始時間刻能量、臨界能量的基礎上，構建高維度電網運行模型，以便直接判定電網穩定性;而時域仿真法則是針對干擾源頭，利用微分方程，對獲得電氣運行數據進行分析。常用的時域仿真法主要為電磁暫態仿真、機電暫態仿真等。依據特高壓電網規模，可選擇合理的仿真分析模型，進而確定仿真控制基準。

（三）強化特高壓交直流主網架結構

依據特高壓運行理論，只有交流電網、直流容量一致，才可以保證特高壓交直流混聯電網具有足夠的抗頻率沖擊能力。[2]據此，在特高壓交直流混聯電網建設階段，國家電網應以交流電網建設為要點，依據現有特高壓混聯電網直流電規模及容量，構建堅強交直流同步電網。同時以國家清潔能源發展戰略為依據，驅動特高壓交直流混聯電網全面優化完善，為“強直弱交”問題的徹底解決提供依據。

三、總結

綜上所述，在特高壓交直流混聯電網迅速發展進程中，特高壓直流輸電規模呈階躍式提升，導致特高壓交直流混聯電網出現嚴重的“強直弱交”問題。這種情況下，依據特高壓交直流混聯電網運行特性，相關人員可以特高壓交直流主網架結構為要點，對特高壓交直流主網架結構進行優化完善。同時在完善的電網運行控制目標體系的指導下，進一步優化電網運行控制方案，為特高壓交直流混聯電網穩定性控制效率提升提供依據。

參考文獻：

[1]李明節.大規模特高壓交直流混聯電網特性分析與運行控制[J].電網技術，2016，40（4）：985-991.

[2]邸航.特高壓交直流混聯電網穩定控制分析[J].通訊世界，2017（15）：229.