直流调制对大型交直流互联电网安控的影响

邱丽萍，陈向宜，马世英，丁理杰，唐晓骏，王彪（.中国电力科学研究院，北京009；.四川电力试验研究院，成都6007）

直流调制对大型交直流互联电网安控的影响

邱丽萍1，陈向宜2，马世英1，丁理杰2，唐晓骏1，王彪2
（1.中国电力科学研究院，北京100192；2.四川电力试验研究院，成都610072）

随着大电网互联工程的推进，交直流混联运行成为趋势。大型直流系统接入系统后大大改变了原有电网运行特性，直流故障可能对电网运行带来极大隐患。为此，以四川电网为例，针对直流闭锁故障分析了不同安控措施条件下大电网的稳定恢复特性。综合比对分析认为：在发生系统闭锁故障后快速提升直流功率，可避免在系统中进行切机切负荷，或者降低切机切负荷量。但直流短时过负荷后的大量功率释放可能对系统造成更为严重的冲击，导致系统稳定水平下降。

交直流混联电网；直流调制；安全稳定控制策略；直流闭锁

随着特高压交流电网的建设以及复奉、锦苏、溪洛渡3条特高压直流的建成，华北、华中及华东电网将形成“三华”联网格局，四川电网也将形成多回特高压直流与交流互联电网格局，但川渝、渝鄂断面仍然仅有4回500 kV线路，一旦直流线路发生闭锁故障，大量功率转移将冲破川渝及渝鄂断面静稳极限使系统失去稳定，需要配合采用切机、切负荷及直流调制等安控手段。采用不同的直流调制方案所需配合切机、切负荷量不同，选取最优直流调制方案，可降低送端切机量及受端切负荷量。

本文结合四川电网实际，将直流调制方案作为安控手段之一，分析直流闭锁故障后“三华”电网的稳定特性。

1 研究所采用的基本方式和基本条件

1.1 研究对象

本次研究主要针对特高压两纵结构的“三华”电网，该结构网架如图1所示，华北、华中电网通过特高压长治-南阳线联网，华北-华东通过特高压济南-徐州双回线联网，华中-华东电网之间没有直接的交流连接线路，但两网之间存在大量的直流联络线，华中-华东电网之间的直流工程如表1所示。

图1 “三华”联网接线图Fig.1 Graph of interconnected North China-Central China-East China power grid

表1 华中-华东直流联络线Tab.1 Interconnected DC linesbetween Central China and East China

1.2 直流工程过载能力

直流输电系统的优点之一是能够快速控制输送的功率，该优点使得直流输电系统在电网发生某些故障情况下，能够对交流系统提供紧急支援。尤其是对于交直流并联运行系统，当发生故障或扰动时，可以通过直流输电系统附加控制，瞬时提高健全直流极的输送功率，在直流输电系统过负荷能力范围内，把故障交流线路输送的部分转移到并联的直流输电系统，从而减轻功率转移和功率失衡对交流系统的冲击，提高了系统运行的稳定性[1-2]。

本研究中直流工程的过负荷能力按表2所示情况考虑，即直流工程长期过负荷能力按1.10或1.15倍考虑，短时（3 s）过负荷能力按1.40倍考虑[3-6]。

表2 直流工程过负荷能力Tab.2 Overload capability of DC line

2 直流调制对锦苏直流单极闭锁故障安控措施的影响

锦苏直流工程为从华中四川电网-华东电网的特高压直流输电工程，该工程电压等级高（额定电压为800 kV），输送容量大（双极满送额定容量为7 200MW），发生单极闭锁故障后有可能使系统失去稳定，需在送端四川电网切配套电源锦屏电厂7台机，但如果考虑直流调制手段，仅提升四川-华东其余健全直流功率至额定容量的110%，即可使系统恢复稳定，而不需再额外采取切机措施。

3 直流调制对锦苏直流双极闭锁故障安控措施的影响

锦苏直流工程发生双极闭锁故障后，电网送端盈余大量功率，大量的功率沿着川渝、渝鄂断面转移，功率的大量转移可冲破沿路断面的静稳极限而使系统失去稳定。

常规的安控措施主要段包括切机、切负荷和直流调制等，但对于锦苏直流双极闭锁故障，其闭锁线路功率重、对系统冲击较大，因此所需安控量也很大，单纯依靠某种单一的手段可能无法使系统恢复稳定，须要配合使用各种手段[7]。本研究采取5个安控方案。

方案1华中-华东直流长期调制10%，并配合送端切机和受端切负荷。

方案2华中-华东直流长期调制10%，并配合送端切机。

方案3华中-华东直流长期调制15%，并配合送端切机。

方案4四川-华东直流调制40%持续3 s后降低到额定容量的110%、湖北-华东直流功率长期调制10%，并配合送端切机。

方案5华中-华东直流调制40%，持续3 s后降低到额定容量的110%，并配合送端切机。

方案1主要基于送端切平原则，即直流调制量+切机量=闭锁直流额定功率，如果送端切平还不能使系统恢复稳定，则在受端电网切一定量的负荷。

方案2及方案3主要基于不切负荷的原则，如果在送端切平还不能使系统恢复稳定，则继续在送端切机直至系统重新恢复稳定。

方案4及方案5也是基于不切负荷的原则，并充分考虑了直流线路的短期过负荷能力，比较不同的直流调制方案对送端切机量的影响，如表3所示。

计算分析表明[8]，有效地利用健全直流的过负荷能力可一定程度上减少故障所需的切机量，如方案3相对于方案2仅需多提升华中-华东直流功率的5%即可少切送端4台机。方案4考虑了部分直流短期过负荷能力后可较不考虑时（方案2）少切一台机，但如果过分的利用直流工程的短时过负荷能力可能反而会造成系统稳定水平的下降，如方案5，华中-华东全部直流线路功率提升到140%后骤降到110%，瞬间下降大量的功率可能会对系统造成二次冲击，需要在送端大量切机才能使系统重新恢复稳定。

图2及图3为各种直流调制手段配合切机措施后川渝断面500 kV洪沟-板桥线以及黄岩-万县线有功功率曲线，可以看出如果使华中-华东直流全部按过载40%持续3 s来调制（方案5），直流调制量大且需要在送端大量切机，才能使系统不失去稳定，而大量的直流调制和切机造成川渝断面功率在故障后不升反降，甚至出现功率反向。采用方案1，川渝断面稳态功率水平最高，其中洪板线有功功率达到1 900MW，接近线路热稳限额。

实际上，直流功率提升后，线路上的无功损耗增大，电压下降更为显著，如图4所示，复奉直流逆变侧奉贤站电压在直流功率调制40%时段低于0.8（p.u.），直流功率速降到110%后，仍然无法恢复到0.9（p.u.）以上，因此直流功率并不能按照调制计划达到目标值，另外系统振荡期间的电压振荡也使得直流功率不能达到预期的调制量，如图5所示。

表3 直流调制方案对应的切机切负荷量Tab.3 Generator tripping and load shedding of different DC demodulation strategy

图2 锦苏直流双极闭锁采取安控措施后洪板线有功功率Fig.2 Power curvesof Honggou-Banqiao line after Jinsu DC parallel linesdeadlock

图3 锦苏直流双极闭锁采取安控措施后黄万线有功功率Fig.3 Power curvesof Huangyan-Wanxian lineafter Jinsu DC parallel linesdead lock

图4 锦苏直流双极闭锁后复奉直流逆变侧奉贤电压Fig.4 Voltages curvesof Fengxian station after Jinsu DC parallel lines deadlock

图5 锦苏直流双极闭锁后复奉直流功率Fig.5 Power curvesof Fufeng DC line after Jinsu DC parallel linesdeadlock

4 结论

一般情况下，直流调制是最为经济有效的安控手段，一定程度上可提高系统的稳定性，但直流调制分为长期调制和短期调制两种，在实际应用中应予以区别对待，不能简单地认为直流调制越多，对系统的稳定性提高越有利。

（1）直流工程的长期过负荷能力一般都能维持1 h以上，在系统发生严重故障后，充分利用健全直流的长期过负荷能力，可一定程度上提高系统的安全稳定水平，避免在系统中进行切机切负荷，或者使切机、切负荷量有所降低。

（2）直流工程的短期过负荷能力仅能维持数秒，在其功率提升后需要进行速降调制，瞬间的大量功率释放很可能对系统造成二次冲击，造成系统稳定水平下降，因此对直流长期过负荷能力的使用应慎重，应根据网络的实际情况具体分析。

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Impactof DCModulation on Safety and Stability Strategy in AC/DCHybrid System

QIU Liping1，CHENXiangyi2，MA Shiying1，DING Lijie2，TANGXiaojun1，WANGBiao2
（1.China Electric Power Research Institute，Beijing 100192，China；2.Sichuan Electric TestResearch Institute，Chengdu 610072，China）

With the advancements of interconnected power system，AC/DC hybrid operation become the trend.The interconnection with large DC systeMcan significantly change the operation characteristics of original grid，and DC faultmay generate great potential peril to grid.In this paper，the transient characteristics of Sichuan power grid with differentsafety controlmeasuresafter DC block faultare analyzed.Research results indicate thataugmenting the power of the healthy pole after HVDC blocking can avoid generator tripping and load shedding，or decrease the amount of generator tripping and load shedding.But the DC power releasing after short-time over loadingmightperturb the systeMseriously，thusdamage the stability ofpower system.

AC/DChybrid system；DCmodulation；safety and stability controlstrategy；DC line deadlock

TM712

A

1003-8930（2015）02-0089-03

邱丽萍（1979—），女，硕士，工程师，从事电力系统分析与控制工作。Email：qiulp@epri.sgcc.com.cn

2012-08-02；

2012-12-29

陈向宜（1976—），男，博士，高级工程师，从事电力系统控制与分析工作。Email：morodos@sina.com

马世英（1969—），男，博士，高级工程师，从事电力系统分析方面的研究工作。Email：mashiy@epri.sgcc.com.cn