直流输电对电压稳定性的影响研究

党克 翟旭京 毕晓龙

摘 要：随着电力系统大电网、大机组发展趋势的凸显，交直流混合输电越来越受到重视，高压直流输电具有远距离、大容量、造价低、控制灵活等特点，被广泛应用于现代电力系统中。文章主要对高压直流输电系统电压稳定性的研究现状进行探讨，通过直流系统控制方式对电压稳定性的影响进行分析，并提出了提高电压稳定性的具体措施。

关键词：直流输电；电压稳定性；仿真分析

为了适应我国电力需求的快速增长，国家电网已将特高压直流输电系统建设作为一项战略目标，加快了对直流输电工程的建设，预计到2020年我国直流输电工程将达到27项。直流输电系统在创造巨大社会效益的同时，也给电网电压支撑能力带来了巨大负担，在直流输电系统稳定性研究中，电压稳定性是最受关注的问题，在当前形势下，探讨直流输电对电压稳定性的影响，具有重要的现实意义。

1 高压直流输电系统电压稳定性研究现状

作为一种复杂的非线性动力系统，电力系统的动力行为可以归纳成一个非线性微分代数方程组，对电压稳定性的研究主要是围绕微分代数方程组进行。根据失稳机理，电压稳定性研究方法主要分为静态和动态分析方法两种。以往，研究高压直流输电系统的电压稳定性主要采用静态分析方法，该种方法还停留在原理性分析阶段，设计的仿真模型比较简单，不能反映系统的负荷动态变化，也不能对系统控制的动态特性作用进行仿真分析，具有很大的局限性。随着研究的逐渐深入，人们越来越关注电压稳定的动态本质问题，为了从根本上解释电压的失稳机理，有必要建立动态模型，运用动态分析方法对电压稳定问题进行仿真分析[1]。

2 直流系统控制方式对电压稳定性影响的分析

直流输电系统主要包括四种控制方式：定电流控制、定电压控制、定功率控制以及定关断角控制，这些控制方式与直流输电的系统设计、运行特点以及运行的可靠性密切相关。目前世界上应用比较广泛的电力系统仿真软件主要有PSASP、PSCAD/EMTDC、BPA等，我国电力行业应用比较广泛的仿真软件是PSCAD/EMTDC，其在直流系统分析中也比较常用，经过国内外大量的仿真实验证明，PSCAD/EMTDC是目前研究直流输电系统相关问题的有效工具。

直流输电系统通过控制系统对换流器的触发角进行调整，从而实现对系统的控制调节，对其进行仿真建模，能够更好地模拟实际系统，在整流运行时应输入电压和电流控制误差信号中的最小值，而在逆变运行时则应输入电压和电流控制误差信号中的最大值，通过仿真模拟比较，整流测定电流、逆变测定电压的控制方式，直流输电系统的电压稳定性最好。在直流控制方式下，直流输电能够获得比交流输电更好的电压稳定性，鉴于直流系统运行和控制的复杂性，这种状态下的电压稳定性并不容易获得，当运行情况改变时，直流输电反而会对系统的电压稳定性产生负面影响，因此，建立仿真模型，研究直流控制状态下对高压直流输电系统的影响已经成为一项不可或缺的工作[2]。

3 提高直流输电系统电压稳定性的具体措施

研究认为，影响电压稳定的因素主要有两个：功率传输能力和动态无功储备不足，因此，在直流输电系统正常运行中，要想提高电压稳定性，就应从这两个方面来考虑，同时还要对系统的控制方式进行分析。

3.1 提高有效短路比

仿真模拟研究表明，在直流系统控制方式不变情况下，有效短路比越大，交流系统对直流系统的无功支援就会越强，从而有效地保障了换流站母线电压的稳定，提高直流系统有效短路比可采取以下措施：其一，提高发电机的功率输出能力和机端电压水平，保持高压侧电压恒定，有效缩短负荷和电源之间的电气距离，从而增强整个系统的电压稳定；其二，采用同步调相机来增加无功补偿，或采用串联无功补偿以减少线路的无功传输损耗，再或者同时采用可控串联补偿和无功补偿器进行协调控制；其三，可以在枢纽节点增设电抗器或并联电容对电压进行调节，确保系统获得最大的功率储备[3]。

3.2 采用低压减载装置和WAMS系统

低压减载装置是目前国内外电力系统普遍采用的一种自动装置，该装置的合理配置对高压直流输电系统电压稳定性将起到关键性作用，是防止电网电压崩溃的一道重要防线。WAMS系统就是广域监视/测量系统，该系统能够对电网的数据进行实时采集，这其中就包括对高压直流输电系统电压的采集，能够对电压的运行进行实时监测，对获取的电压数据进行分析计算，进而掌握电压运行的动态过程，实现预防电压失稳的目的。此外，换流站的控制方式对高压直流输电系统的电压稳定性会产生一定的影响，通过仿真分析，我们发现整流测定电流、逆变测定电压控制方式的电压稳定性最好，因此，有必要采用更高级的控制方式来对交直流系统的相互作用进行改善，从而提高高压直流输电系统的电压稳定性[4]。

4 结束语

综上所述，通过对高压直流输电系统电压稳定性研究现状的探讨，以往采用的静态分析方法无法从根本上解释电压的失稳机理，有必要建立动态模型，運用动态分析方法对电压稳定问题进行仿真分析，这已成为研究直流控制状态下对高压直流输电系统影响的一项不可或缺的工作，对揭示直流输电系统的电压失稳机理有着重要的理论指导意义，能够为直流输电工程的设计、建设、运行提供必要的依据。

参考文献

[1]陈跃涛.高压直流输电对地区电网电压稳定性的影响仿真研究[D].广东工业大学，2014.

[2]庄慧敏.基于分岔理论的交直流电力系统电压稳定性分析方法研究[D].西南交通大学，2009.

[3]徐政.联于弱交流系统的直流输电特性研究之二——控制方式与电压稳定性[J].电网技术，2007，12（3）：3-4.

[4]杨秀，陈鸿煜.高压直流输电系统电压稳定性研究综述[J].华东电力，2006，10（5）：10-13.