環網解列及短路電流抑制技術

高宇 袁小華 張藝鐘

摘要：在當前電網發展的過程中，高低壓電磁換網結構有效提高了電網的輸電能力。基于電網規模的不斷擴大，電網合環運行問題也逐漸凸顯出來。在網架結構不斷完善的背景下，電磁環網也得到了高度重視，使電網在不同層和區運行，有效降低短路電流，對潮流加以控制，提升電網運行的安全性。基于此，文章將環網解列與短路電流抑制技術作為主要研究內容展開重點闡述，希望有所幫助。

關鍵詞：環網解列;短路電流;抑制技術

電力工業在國民經濟中占據基礎地位，伴隨人們用電量的增加，電網系統與發電廠所面臨負荷也顯著增加。在電網改造和運行復雜的情況下，聯網系統內的電壓電網能夠并列運行，進而產生高低壓電磁環網運行，可有效提高電網斷面的輸電能力，但高壓線路斷開后很容易出現功率轉移的情況，直接增加低壓線路傳輸水平，事故發生范圍會加劇。為此，必須在電網系統運行期間盡量減少電磁換網發生率，才能夠不斷提高電網系統的安全穩定運行。由此可見，深入研究環網解列及短路電流抑制技術具有一定的現實意義。

一、柔性環網控制器控制方法

借助MMC拓撲結構對柔性環網控制器加以設計，主要包含系統級控制、換流閥級控制與換流站級控制三層。換流站控制系統的分級控制框架如圖一所示：

柔性環網控制器的系統級控制目的就是借助電網運行的方法和負荷曲線形成不同的參考指令。在此控制系統中，可結合電網運行的多種形式與目標確定最佳控制策略，使得控制系統潮流得以優化。

因換流閥所能夠承受的過電流能力不大，在系統運行出現故障亦或是有擾動的情況下就會形成較大過電流，進而損毀開關器件與其他設備。為此，應將電流限幅環節設置于外環功率控制器的出口位置，對電流指令值加以約束，對換流器過流加以抵御。一般情況下，限流方式很多，應結合系統的具體狀況與應用環境加以確定[1]。

若交流系統出現不對稱的故障，柔性環網控制器就會在僅選擇正序電流控制器的狀態下出現諸多弊端：

第一，故障狀態下，交流電流畸變情況相對嚴重，直接提高了故障相電流幅值，同時正序分量也不斷增加。若控制不及時，會產生保護動作，對器件造成損壞;

第二，直流線路有接地中點，進而形成零序回路，而交流側的零序電流就會向直流側流入，致使直流中性點的電位出現波動。另外，負序分量還會導致功率振蕩，導致直流母線電壓二倍頻的波動幅值增加;

第三，電流的負序分量與零序分量都會對柔性環網控制器運行的特性產生直接影響。而零序電流分量會向另一端的換流站流入，在直流母線電壓出現波動的情況下，另一端換流站的運行條件就會受到直接影響。

為對以上問題加以解決，需采用三個序分量構建復合電流控制器。對負序與零序電流分量進行消除處理，在電網系統不平衡的情況下，保證換流器的輸出交流電流更平衡，在不平衡電流不改變的條件下能夠與電網運行要求相適應。所以說，應當將負序與零序電流控制電流參考數值設置成零，進而實現控制目標。

二、短路電流超標解決策略

（一）電磁環網形成原因

伴隨電力系統的快速發展，傳輸的負荷隨之提高，同一區域內會形成高一級電壓輸電線路，因而使得電磁環網出現的速度明顯加快。

首先，社會經濟發展過程中，電力需求量顯著增加，直接增大了電力負荷，導致部分電網系統難以與輸電容量需求相適應。要想達到大容量輸電目標，就要建設高電壓等級電力網絡，進而形成電磁環網;

其次，電力規劃初期，技術工作人員未深入了解電磁環網缺點，僅認為可確保電網穩定運行并且提高電網容量。為此，在電網運行中會選擇使用電磁換網;

最后，電網內涵括諸多子系統，并開展分散化管理，導致電網建設方式有所不同。在形成大電網的情況下，不同電壓等級電網就會并列運行，同樣會產生電磁環網。

（二）選擇安裝位置

若供電區域內若干電磁環網交匯，且整體短路電流的水平超標。通常來講，供電區域電磁環網的短路電流超標，需要將500kV變電站母線轉變成220kV。與此同時，要對母線分裂處理，使得短路電流超標的問題得到緩解，但是地區與檢修方式供電能力會明顯下降。采用背靠背直流輸電系統，能夠使所連接的交流系統短路水平加以限制，確保電網系統短路水平降低[2]。所以，擬選擇短路電流超標母線分段的位置，將柔性環網控制器安裝其中，如圖二所示。借助控制器確保電網系統運行正常，降低電網短路電流，使區域內供電更可靠。

（三）選擇柔性環網控制器的容量

一般情況下，在接入柔性環網控制器后，應參考電壓等級與換流閥的額定載流能力，對環網控制器容量的上限加以估算。若交流電壓等級是110KV，直流電壓等級是200KV，換流閥的額定載流能力是1.5KV，那么容量上限大致為300MW;若交流電壓等級是220KV，直流電壓等級是400KV，換流閥的額定載流能力是1.5KV，那么容量上限大致為600MW。

選擇使用換流變壓器的主要目的就是保證換流器實際輸出交流電壓與電網電壓相互匹配，一旦發生不對稱的故障，需隔離零序電流。通過對柔性環網控制器安裝位置與經濟性因素的研究和分析，在電網的電壓與換流器輸出交流電壓相互匹配的情況下，即可不斷完善換流器拓撲與主線的設計，盡量避免使用換流變壓器，縮減用地量與建設費用[3]。為此，在對連接方式與換流閥技術參數聯系進行系統分析的基礎上，可合理制定柔性環網控制器方案。

結束語：

綜上所述，電網始終處于發展狀態，也會建設更多變電站與電網電路，進而形成全新電磁環網。為此，對于電磁環網解環與電網分區運行的研究十分有必要，長期性特征也十分明顯。在以上研究中，結合電磁環網探討了柔性環網控制器控制方法以及短路電流超標解決策略，希望為電力網絡的正常運行提供必要幫助。

參考文獻

[1]王佳潤，張鐵巖.關于環網解列及短路電流抑制技術研究綜述[J].山東工業技術，2017（23）：186.

[2]陳疆，雷晨昊，王筱，等.特大級差電網中超限短路電流治理關鍵技術研究與應用[Z].國網新疆電力公司烏魯木齊供電公司，國網新疆電力公司，國網新疆電力公司經濟技術研究院，安徽徽電科技股份有限公司.2016.

[3]計偉.包頭地區電網短路電流限制措施探討及解決方案[D].華北電力大學;華北電力大學（北京），2015.

作者簡介：高宇，1996年5月，女，遼寧省朝陽市，大學本科，研究方向：電力系統自動化及智能電器。