摘要：受我國(guó)能源資源與負(fù)荷中心呈現(xiàn)出逆向分布的自然稟賦制約，“風(fēng)火打捆”特高壓直流遠(yuǎn)距離大容量輸電已成為西北電網(wǎng)外送電力的主要途徑。為提高“風(fēng)火打捆”特高壓直流輸送新能源能力，減少棄風(fēng)，除強(qiáng)化送端電網(wǎng)主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)外，亟需協(xié)調(diào)提高源網(wǎng)控制能力?，F(xiàn)首先闡述由于電壓?jiǎn)栴}約束“風(fēng)火打捆”特高壓直流輸送新能源能力的關(guān)鍵因素，在此基礎(chǔ)上分析了投電抗和可控高抗、加裝調(diào)相機(jī)以及提高源網(wǎng)設(shè)備涉網(wǎng)能力等措施的改善效果，提出了一種基于事件和響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制方法。最后，結(jié)合天中特高壓直流進(jìn)行了算例驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：特高壓直流;源網(wǎng)協(xié)調(diào);穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓;可控高抗;調(diào)相機(jī)

0? ? 引言

西北是我國(guó)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電、百萬(wàn)千瓦級(jí)光電新能源并網(wǎng)示范基地[1]，截至2016年末，風(fēng)電裝機(jī)4 378萬(wàn)kW，光伏3 036萬(wàn)kW，占總裝機(jī)容量的比例分別達(dá)20%、14%，其中風(fēng)電已成為網(wǎng)內(nèi)僅次于火電的第二大電源，但限于本地消納能力和電網(wǎng)調(diào)節(jié)適應(yīng)能力，新能源受限問(wèn)題仍很突出，導(dǎo)致被動(dòng)棄風(fēng)棄光。因此，優(yōu)化跨區(qū)跨省交易機(jī)制、增強(qiáng)緩解新能源受電網(wǎng)安全穩(wěn)定約束的電網(wǎng)運(yùn)行控制能力成為亟待解決的困難和問(wèn)題。高壓直流輸電以其輸電距離遠(yuǎn)、輸送容量大、適合大區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)成為實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源大規(guī)模、大范圍配置的有效輸電方式[2-6]。大容量直流故障突然閉鎖交流濾波器切除前將導(dǎo)致?lián)Q流站過(guò)剩無(wú)功倒送交流系統(tǒng)，引起暫態(tài)電壓大幅升高，對(duì)近區(qū)風(fēng)電形成短時(shí)性沖擊，可能導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)[7-9]，而閉鎖后大量的有功沖擊將造成近區(qū)潮流輕載甚至反轉(zhuǎn)，帶來(lái)持續(xù)性的穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓[10-11]，威脅設(shè)備安全。

本文結(jié)合天中典型“風(fēng)火打捆”特高壓直流及新疆哈密風(fēng)電并網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)架特點(diǎn)，著重從電網(wǎng)安全穩(wěn)定方面，闡述了“風(fēng)火打捆”特高壓直流外送能力受限的因素，研究分析了包括投電抗器和可控高抗、加裝調(diào)相機(jī)以及提高源網(wǎng)設(shè)備涉網(wǎng)能力等措施的改善效果，提出了一種基于事件和響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制方法，并進(jìn)行了算例驗(yàn)證。

1? ? 網(wǎng)架概況

天中直流是疆電外送第一條特高壓直流輸電工程，也是我國(guó)第一個(gè)“風(fēng)火打捆”直流送出工程，額定輸送能力800萬(wàn)kW，共布置16組交流濾波器，總無(wú)功補(bǔ)償容量3 575 Mvar，近區(qū)750 kV電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，目前，配套電源8臺(tái)機(jī)組，750 kV主網(wǎng)通過(guò)4臺(tái)聯(lián)變向直流供電，提高聯(lián)變下網(wǎng)能力有助于提高哈密和煙墩地區(qū)風(fēng)電接納能力。

2? ? 影響天中直流接納主網(wǎng)電力的因素

2.1? ? 暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}

天中直流閉鎖、換相失敗及再啟動(dòng)大擾動(dòng)下暫態(tài)過(guò)程中有功大幅下降，在不切除濾波器前大量的無(wú)功沖擊將導(dǎo)致近區(qū)風(fēng)電機(jī)端電壓大幅升高，受風(fēng)機(jī)耐高壓能力影響，易導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，從而造成系統(tǒng)低頻等聯(lián)鎖反應(yīng)，成為約束天中直流能力的關(guān)鍵問(wèn)題之一，其中換相失敗故障導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)機(jī)端壓升最高，如圖2所示，成為該問(wèn)題的關(guān)鍵約束故障，且直流功率越大，故障后風(fēng)機(jī)暫態(tài)壓升越明顯，如表1所示。

2.2? ? 穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}

目前，天中直流送端天山換流站500 kV母線電壓穩(wěn)態(tài)最高電壓不高于550 kV?？紤]天中直流雙極閉鎖故障，安控裝置將切除近區(qū)大量機(jī)組，導(dǎo)致近區(qū)潮流輕載，電壓升高，易導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}，如圖3所示。且隨著聯(lián)變下網(wǎng)功率增加，故障后天山換500 kV母線壓升也在增加，如表2所示，該問(wèn)題已成為制約聯(lián)變下網(wǎng)能力的關(guān)鍵問(wèn)題。

3? ? 源網(wǎng)措施及效果評(píng)估

鑒于以上故障后的兩方面問(wèn)題，可分別從預(yù)防和緊急控制兩方面進(jìn)行考慮。針對(duì)直流故障后的風(fēng)機(jī)暫態(tài)過(guò)電壓，為保證盡可能高的直流外送能力，根本有效的措施是提高風(fēng)機(jī)耐高電壓穿越能力。而針對(duì)直流閉鎖故障后的穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}，為保證盡可能多地送哈密和煙墩地區(qū)清潔能源，提高聯(lián)變下網(wǎng)能力，可選擇采取事故后投電抗、投可控高抗及事故前加裝調(diào)相機(jī)等措施。

表3為以上措施抑制天中直流閉鎖故障后穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓的效果。

通過(guò)事故前預(yù)留感性無(wú)功補(bǔ)償，事故后快速投入的方法，可以有效緩解事故后的穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}。不同措施及其安裝地點(diǎn)對(duì)事故后穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓的抑制效果不同，需通過(guò)量化評(píng)估確定如何更加有效地進(jìn)行措施預(yù)留。

工程上常用以下公式評(píng)價(jià)同一母線上的無(wú)功補(bǔ)償對(duì)電壓變化的影響：

式中，ΔQ為投入的無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘?S為投入點(diǎn)的短路容量;ΔU為對(duì)應(yīng)的電壓變化相對(duì)值。

為評(píng)估不同電壓等級(jí)、不同變電站無(wú)功補(bǔ)償容量投入對(duì)天山站電壓變化的影響，需對(duì)公式（1）進(jìn)行改進(jìn)，引入靈敏度系數(shù)K進(jìn)行評(píng)價(jià)，K通過(guò)不同接入點(diǎn)、不同變電站至所控制母線的電氣距離確定。

式中，ΔQi為i點(diǎn)投入的無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘?S為受控制點(diǎn)的短路容量;Ki為通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償投入點(diǎn)對(duì)電壓受控制點(diǎn)的電氣距離折算出的靈敏度系數(shù);ΔUi為受控制點(diǎn)的電壓變化相對(duì)值。

上述公式可用于工程上快速評(píng)估分析，得出表3在不同地點(diǎn)預(yù)留同樣的感性無(wú)功容量對(duì)穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制的效果排序，且與仿真計(jì)算的結(jié)論基本一致。

4? ? 基于事件和響應(yīng)的過(guò)電壓控制方法

考慮到電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、直流配套電源開(kāi)機(jī)、近區(qū)斷面潮流、事故前運(yùn)行電壓等因素均會(huì)影響事故后電壓變化情況和穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓控制時(shí)間上充裕性，可通過(guò)事件疊加事故后電壓響應(yīng)作為控制投切低抗、可控高抗等判據(jù)進(jìn)行措施的分輪次投入，直至消除事故后的過(guò)電壓，不致控制措施誤動(dòng)。圖4為本方法的控制流程圖。

5? ? 算例

本文以某典型方式下天中直流為例進(jìn)行分析，天中直流輸電功率650萬(wàn)kW，聯(lián)變下網(wǎng)440萬(wàn)kW，配套8臺(tái)機(jī)組，分別為花園電廠4臺(tái)機(jī)組、綠洲電廠2臺(tái)機(jī)組、南湖電廠2臺(tái)機(jī)組，分別出力26.4萬(wàn)kW，模擬控制措施包括投天山換低抗兩組，共計(jì)240 Mvar、天山換500 kV投可控高抗320 Mvar，事故后控制目標(biāo)電壓545 kV。通過(guò)靈敏度分析，分別投120 Mvar低抗和可控高抗可知，后者的過(guò)電壓抑制效果更好一些，如圖5所示。

通過(guò)仿真分析可知，事故后投入可控高抗和兩組天山換低抗可將天山換525 kV母線電壓控制在目標(biāo)值以下，如圖6所示。

6? ? 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)送端電網(wǎng)越來(lái)越多特高壓直流的建設(shè)和風(fēng)光清潔能源的并網(wǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行特性更加復(fù)雜，限制直流能力的因素更多，需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)更多的電網(wǎng)可控資源，提高電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)控能力，促進(jìn)清潔能源的長(zhǎng)距離、遠(yuǎn)距離消納。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張?jiān)鰪?qiáng)，辛超山，呂盼，等.±800 kV天中直流單極閉鎖故障近區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)電壓分析[J].四川電力技術(shù)，2016，39（4）：58-61.

[2] 王峰，劉天琪，丁媛媛，等.直流閉鎖引起的暫態(tài)過(guò)電壓計(jì)算方法及其影響因素分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，40（10）：3059-3065.

[3] 李少華，王秀麗，張望，等.特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)方式下直流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，35（10）：2409-2416.

[4] BAHRMAN M P，JOHNSON B K.The ABCs of HVDC transmission

technologies[J].IEEE Power and Energy Magazine，2007，5（2）：32-44.

[5] 彭毅暉.高壓直流輸電的發(fā)展與展望[J].湖南電力，2007，27（1）：52-54.

[6] 張英敏，陳虎，李興源，等.基于直流功率支援因子的緊急直流功率支援策略研究[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)（工程科學(xué)版），2011，43（5）：175-178.

[7] 屠競(jìng)哲，張健，劉明松，等.風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)直流故障引發(fā)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的問(wèn)題研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，39（12）：3333-3338.

[8] 風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定：GB/Z 19963—2005[S].

[9] 常海軍，侯玉強(qiáng)，柯賢波，等.綜合FACTS和HVDC協(xié)調(diào)優(yōu)化的大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)控制方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017，45（13）：78-84.

[10] 周專，姚秀萍，王維慶，等.基于風(fēng)水火打捆外送系統(tǒng)的穩(wěn)控切機(jī)研究[J].華東電力，2014，42（2）：269-273.

[11] 李自明，姚秀萍，王海云，等.穩(wěn)控切配套火電方案不同對(duì)暫穩(wěn)壓升的影響[J].四川電力技術(shù)，2016，39（5）：1-4.

收稿日期：2019-12-17

作者簡(jiǎn)介：霍超（1982—），男，河北廣宗人，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行與控制。