特高压交直流混联电网稳定控制探讨王枭龙

特高压交直流混联电网稳定控制探讨王枭龙

王枭龙

（山西省电力公司检修分公司山西省太原市030032）

摘要：随着我国经济发展的不断加快,电网技术也获得了空前的发展,特别是特高压交直流混联电网已经处于飞速发展阶段,这对电网运行的安全性提出了更高的要求。本文分析了当今特高压交直流混联电网运行中隐藏的内在问题,并且提出了一些建设性的策略,有望为我国特高压交直流混联电网的发展做出贡献。

关键词：特高压；交直流混联；电网；稳定控制

1特高压交直流混联电网运行的主要特性

1.1特高压交流出现问题对直流造成的危害

由于交流系统出现问题给特高压直流造成的危害如下:交流系统问题致使换流站交流母线电压下降、线电压出现偏移情况,从而造成直流换相没能成功;之后,交流系统出现故障能够及时去除,等到交流系统电压恢复正常之后,直流输电也会随之正常运转;如果问题没能第一时间解决或者在解决之后没能及时恢复到正常状态,那么会持续造成直流电换相的失败,最终导致直流不能运行。在换相完成后,晶闸管还需要承受一定时间的反向电压以此来恢复关闭的能力,如果熄弧角太小的话,在晶闸管还没恢复之前就又会在承受一次正向电压以此来完成恢复正常,从而导致换相的失败。

1.2特高压直流出现问题对交流造成的危害

当直流系统出现问题的时候,会直接导致直流输电闭锁,作为接受一端的系统,电网也会出现频率下降的现象,如果系统保有一定的发电容量,那么系统频率也会恢复正常。与此同时,直流闭锁之后,受端系统还会保存一定的无功过剩,如果换流站无功补偿设备没能够去除,那么系统电压也会随之恢复正常状态,换流站的无功补偿如果没能去除,那么,系统会在很高的电压下继续运转。

1.3特高压交直流混联电网稳定性分析

通过将一个区域内所有的500kV的交直流线路分别设置故障,进而深入分析其是否能在阻扰中正常运转。这个区域内很多受干扰的电路都还能在短时间内保持平衡,以此表明电网的稳定性比较好。并且在电网中500kV的电路出现N-2问题之后,系统还能以稳定的工况运行。同时,外送特高压直流中单、双极如果发生闭锁问题,就会造成原先送至部门地区的功率直接以直流方式向该区域输送,这直接影响着特高压电网稳定性。

2特高压交直流混联电网稳定控制措施

2.1优化电力系统运行控制方案

首先,在特高压交直流混联电网运行期间,针对电网功率输送不均匀的情况,可以直流紧急功率控制为核心,针对电网交流分担功率超标问题,构建完善的特高压交直流混联电网功率应急控制方案。通过对直流系统传输功率的控制,可以适当强化交直流混联电网中直流传输功率及负载能力,从而提高特高压交直流混联电网运行稳定性。需要注意的是,在直流功率应急控制方案中,为保证电网短路能量的有效释放,特高压交直流混联电网维护人员可将局部潮流故障问题较严重交流电网作为维护重点。在直流系统控制的前提下,设置回降控制直流功率、紧急控制直流功率提升等附加措施。

其次,依据修订后《国家电网安全稳定计算技术规范》的相关要求,特高压电网运行系统维护人员可以新一代数模混合仿真平台为依据,进一步拓展电磁暂态仿真分析范围。结合实际稳定性控制装置的设置,对特高压混联电网交直流特性进行全方位分析。如针对单回特高压直流连续换相失败情况,可以主动闭锁直流、联切送端机组为要点,从根本上切断直流换相联锁反应。同时优化直流再启动速切交流滤波方案。结合受端电网交流线路重合闸时间的延长,可有效降低直流扰动现象对混联电网交流系统的不利影响。

最后,针对大规模交直流并网导致的同步频率提升问题,电网维护人员可以新能源主要应用地区为管理要点,开展全方位实时同步谐波监测。同时依据新能源次同步振荡原理,制定完善的次同步振荡安全控制方案。结合系统性新能源场站调频调压,可从源头解决电网调节能力不足导致的稳定性故障。

2.2完善电网稳定控制目标体系

一方面,在《国家电网安全稳定计算技术规范》的基础上,依据特高压交直流混联电网威胁电网安全运行故障特点,电网维护人员可进一步完善电网稳定控制目标体系。同时综合考虑直流系统单、双击闭锁故障等因素,将不同形态故障因素纳入电网稳定控制目标体系中。如直流连续换相失败、直流功率突降、再启动、受端多回直流同时换相失败等。

另一方面,依据特高压交直流混联电网运行特点,为进一步完善交直流混联电网运行控制目标体系,电网维护人员可综合利用直接法、时域仿真等方法,对特高压交直流混联电网运行稳定性进行全方位分析。其中直接法主要是依据函数变化,通过故障对比分析,在初始时间刻能量、临界能量的基础上,构建高维度电网运行模型,以便直接判定电网稳定性;而时域仿真法则是针对干扰源头,利用微分方程,对获得电气运行数据进行分析。常用的时域仿真法主要为电磁暂态仿真、机电暂态仿真等。依据特高压电网规模,可选择合理的仿真分析模型,进而确定仿真控制基准。

2.3强化特高压交直流主网架结构

依据特高压运行理论,只有交流电网、直流容量一致,才可以保证特高压交直流混联电网具有足够的抗频率冲击能力。据此,在特高压交直流混联电网建设阶段,国家电网应以交流电网建设为要点,依据现有特高压混联电网直流电规模及容量,构建坚强交直流同步电网。同时以国家清洁能源发展战略为依据,驱动特高压交直流混联电网全面优化完善,为“强直弱交”问题的彻底解决提供依据。

2.4增强主网架构

根据特高压交直流电的运行实际发现:交流电网的规模必须适应于直流电网的容量,才能在大容量直流闭锁带来的冲击下平稳的运行,交流主网架的必须有足够的强度,才能够在直流故障阻扰下正常的运行。和直流大容量的输送功率相比,交流电网的发展相对落后一些,现有的交流电网的国模不能够支撑起交流电的运转,大电网的运行风险一直存在着。加强交流电网的建设,这是解决当前“直强交弱”的关键,使之能够和直流的大规模容量相配。

2.5特高压交直流混联电网稳定控制策略

当电网受到阻扰后,根据功率输送不均的电网,可以采用直流紧急功率控制策略,以此来分担功率过大造成的缺失,当区域送断而内若是线路在联络方面发生问题,可利用直流紧紧急控制策略来弥补输电量的缺失。当问题出现之后,依据局部潮流发生故障较重的交流电网,也能够使用直流功率紧急策略,以此来转移潮流的分布,从而保证交流电网平稳的运行。

在特高压输电系统中,直流系统传输功率有着超强的可控性,能够迅速的转变直流的传输功率,进而具有一定程度的负载能力。所以,在传统控制策略的前提下,在直流系统控制方式下进行附加控制,能够在一定程度上改善系统的稳定性。其中,紧急控制直流功率提高、回降控制直流功率提高都是直流附加控制策略的重要组成部分。在直流紧急控制策略下,能够将由于短路造成的能量积累更好的释放出去,并能够减少能量外送中的驱动水平,从而可以有效地缓解因电路出现问题而对特高压通道导致的阻碍。

结论

综上所述,在特高压交直流混联电网迅速发展进程中,特高压直流输电规模呈阶跃式提升,导致特高压交直流混联电网出现严重的“强直弱交”问题。这种情况下,依据特高压交直流混联电网运行特性,相关人员可以特高压交直流主网架结构为要点,对特高压交直流主网架结构进行优化完善。同时在完善的电网运行控制目标体系的指导下,进一步优化电网运行控制方案,为特高压交直流混联电网稳定性控制效率提升提供依据。

参考文献

[1]李明节.大规模特高压交直流混联电网特性分析与运行控制[J].电网技术,2016,40(4):985-991.

[2]邸航.特高压交直流混联电网稳定控制分析[J].通讯世界,2017(15):229.