多分層直流饋入的特高壓環網開斷運行特性及安控措施

張崢

摘 要：某受端省級電網的特高壓交流環網投運后，為多特高壓直流分層接入、滿功率消納提供了條件，受端特高壓交直流以及1000kV/500kV交流電網之間的耦合強度加大。為保證故障后特高壓交直流電網的可靠運行，仿真分析了1000kV特高壓環網開斷后交直流耦合的電壓穩定特性，分析了此電網結構下電壓穩定運行問題產生的原因;為減小防控措施量，計及直流調制、切負荷等多資源控制手段的靈敏度以及優先級，建立了防控兩大運行問題的統一多資源協控優化模型，依托實際電網開展了仿真計算，驗證了該控制措施能夠有效減少防控措施量。

關鍵詞：特高壓交流;環網結構;特高壓直流

新能源通過特高壓直流遠距離大容量外送、消納是其開發的主要模式之一。特高壓交流環網的建設，能保障多直流大容量饋入輸電系統的安全穩定運行，提高抵御嚴重事故的能力。

1受端省級電網概況及電網的仿真建模

SD特高壓環網及相關電網的網架結構示意如圖1所示。

省級SD電網投運1000kV特高壓環網XT—QC—CL—GX—ZZ—HZ—XT后，增強了SD電網強度，可保障ZY、LG特高壓直流及YD超高壓直流接入系統安全穩定運行。ZY、LG直流以分層的方式接入SD電網，其中ZY直流額定輸送容量10GW，送端為SHM換流站，受端的低端換流站直接饋入特高壓環網的GX站，高端換流站接入SD電網500kV側;LG直流額定輸送容量10GW，送端為ZLT換流站，低端換流站直接饋入環網的CL站，高端換流站接入SD電網500kV側;YD直流額定輸送容量4GW，送端為YC換流站，單點接入SD電網500kV的QD站。SD省級電網位于HUAB區域電網，HUAB、HUAZ區域電網通過CZ—NY特高壓聯絡線（以下簡稱CN線）連接，CN線靜穩極限較低，故障時容易受擾解列。另外，環網建成后，SD電網的對外交流斷面由HH—QC、XT—QC和XT—HZ6回特高壓線路及XA—LC和HHUA—BZ4回500kV線路組成。本文基于圖1的網架結構采用PSD-BPA潮流和機電暫穩程序對電網進行穩態、暫態建模，其中的特高壓/超高壓直流暫態模型為基于實際控制器的準穩態模型。

2多分層直流饋入特高壓環網系統的穩定特性

平峰方式下SD負荷約56GW，SD對外交流斷面大功率饋入為13.801GW（特高壓線路HH—QC功率最大，為3450MW），若LG、ZY及YD三大直流滿功率饋入24GW，SD交直流受電占比將達到67%（旋轉備用115MW），當地開機規模減小，僅為33%。LG、ZY分層特高壓直流高、低端有效短路比經計算分別為2.23、1.92、1.93、1.83，YD超高壓直流為2.52，受端呈現弱支撐特征。特高壓線路故障導致的電壓問題與2個因素緊密相關[15-16]。一是特高壓環網導致電氣距離變小，分層饋入的特高壓直流低端落點特高壓站，特高壓環網如發生N–2故障，易引發多直流換相失敗，換相失敗期間多直流疊加的、與交流系統交換的動態能量加大;同時，多直流換相失敗期間產生的有功功率缺額也大部分通過SD的交流受電斷面迂回穿越來補充，有功功率轉移迭加進一步降低受端電網電壓，此因素可統一歸結為動態期間有功功率的大范圍、大幅度轉移沖擊，是一個廣域影響因素。前者是主導因素、后者是隨之產生的助推因素。同時，發生故障的斷面是SD網交流受電斷面，處于SD與外部電網聯絡的重要樞紐位置，N–2故障后受端SD網架結構變弱，也進一步加大了對電網穩定性的影響。特高壓交直流大功率饋入省級電網，SD本地的機組開機規模減小，

3應對特高壓交直流耦合問題的多資源協控措施

作為受端電網的SD可控資源相對較少，隨著特高壓分層直流的投運，主要采用的安控措施為緊急切負荷措施與直流速降措施。（1）緊急切負荷措施。工程中設定為故障后0.2～0.3s動作，切除靈敏度較高的實際負荷點或變電站的110kV、10kV出線等。考慮切負荷后用戶損失的可承受程度，SD電網可組織的最大切負荷量為2500MW。（2）直流速降措施。直流速降措施在工程實際上一般設定為故障后0.3s動作、0.2s之后調制至指定值。該措施可減少直流換相失敗恢復過程中對無功的需求，是提升多饋入直流受端電網電壓穩定性的有效手段之一;同時，還可緩解或消除因直流大功率饋入后N–2故障帶來的功率遷移過載問題。

4有效性驗證

仿真驗證應對SD環網N–2故障的電壓及熱穩問題的優化模型及求解方法的有效性。優化過程中，每一步迭代的措施量是否能消除目標穩定問題，是否能引發其他不穩定問題，都需要調用PSD-BPA軟件的暫、穩態仿真確定，以增強措施cf的準確性。根據計算經驗，本文步長取200MW，切負荷措施代價系數取0.3。4.1電壓問題針對環網N–2故障后的電壓問題，以2.1節LG、ZY及YD三大直流滿功率運行、HH—QC線路三相永久性N–2故障后系統出現電壓失穩問題為例，對直流調制、切負荷的協控策略進行驗證。經計算，僅采取速降直流措施時，需速降LG直流2GW，此時CN線越靜穩極限并解列。又知僅采取切負荷措施時，需切除SD電網1GW負荷，切負荷量過大。

5結論

本文研究了特高壓環網N–2的安全穩定特性及問題，建立了應對N–2故障的安控優化模型，提出了求解方法。主要結論如下。（1）針對電壓穩定問題，多直流饋入的受端電網電源支撐弱，故障后多直流換相失敗與交直流系統耦合，導致系統無功支撐不足為主要原因。

參考文獻：

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