特高压交直流系统动态无功支撑用大型调相机运行需求分析

曾波　吴昆霖

摘要：为了更好地提升特高压交直流系统动态大容量双向调节能力以及无功支撑，该文针对大容量调相机的相关特点和关键技术进行了分析，与此同时，还将具有相同容量级别的发电机组设备进行了对比，并提出了相应的问题以及建议。

关键词：特高压直流输电；大型调相机；动态无功

中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0049—02

1动态无功调节对特高压直流输电的重要意义

换流器只要是在直流输电工程中，无论是何种运行方式（逆变运行及整流运行）都会消耗很大的无功功率。通常而言，在直流树洞功率中，输送条件不一样，所消耗的无功功率也会有所差别，但是二者均会对无功功率造成大量的消耗，相比较而言，逆变站消耗得更多一些。为了更好的对换流器的安全运行进行保障，首先应该让无功功率的足够供给得到确保。如果无功功率的正常供给不能得到保障，不论是过少还是过多，都会对交流电压的稳定性造成影响。情况严重的话，还会导致整个直流系统以及交流系统的稳定运行受到威胁。所以在特高压直流输电中，响应快速、灵活可控的动态无功调节手段的重要性就不言而喻了。

大容量调相机作为一种重要的无功发生装置，主要作用是对直流输送极限功率进行提升，同时将受端交流电网的短路比进行提升。二者相结合，有利于让电网的灵活性以及强度在一定程度上得到提高。若是由于种种因素造成故障或者是电压下降不稳定的情况，那么此时大容量调相机可以根据当时的具体情况，采取措施维护系统的稳定，从而争取更多的时间对故障进行诊断或者切除。如果系统突然出现闭锁或者甩有功负荷，那么应该针对性的采取措施，将大量过剩的无功进行吸收，以達到对电压系统的升高进行抑制的目的。若是直流系统在正常运行的过程中，需要对电压进行调节，那么可以在进相运行状态或者迟相状态为交流电网提供连续可调动的动态无功支持。

2特高压主流输电工程系统运行要求

通过将电网对动态无用支持的特殊需求进行的分析以及电网部门的综合考虑，特别是身处变电站以及换流站的工作人员的专业性等。安全可靠性以及暂动态特性和运维检修等性能，是特高压直流输电工程新型大容量调相机组所必备的，其目的是为了让特高压直流输电工程的稳定性与安全性得到保障。在以上性能中，最为重要的是暂动态性能，该项指标与新型大容量调相机的各项参数之间都有着非常密切的联系。

在新型的大容量调相机组中，为了使电网对无功支持能力要求得到满足，采取了一系列改进措施，例如减少超瞬态电抗、增大短路比等。但是在对以上要求进行满足的同时，也存在着不足之处，例如削弱了对系统短路电流水平的抑制作用。该作用削弱产生的最为直观的不利影响，在直流馈入的受端交流系统中体现的尤为明显。在一般情况下，该系统为强系统，不仅发电厂的数量很多，且分布非常集中，同时还由于电网结构紧密、单机容量大、负荷集中等因素，使得短路电流水平对电网安全稳定运行造成了重大的阻碍。

因此在各类设计进行的过程中，必须对电流水平超标、区域电网短路等可能出现的问题进行充分的考虑。为了让新型大容量调相机所计入电网的安全稳定性得到保障，必要的时候，可以采取相应的措施对短路电流的问题进行改善，例如限流电抗器、高抗阻设备、故障电流限流器等。除此之外，还可以采用改变电网运行方式以及变压器经小电抗接地等方法对短路电流的问题进行改善。需要进行注意的是，在对高抗阻设备进行考虑的时候，应该明确高抗阻设备在与新型大容量调相机进行连接时，主变压器抗阻造成调相机对系统的无功输出和暂动态的相应能力造成直接影响。

3技术运行特点

为了进一步的让暂动态特性的技术要求得到更好的满足，本次研究将新型大容量调相机与一般情况下的常规汽轮发电机进行了对比，具体数据如表2所示。二者在电磁参数、时间常数以及强励指标等诸多方面根据实际情况进行了适当的调整，其目的是为了更好的与交直流混联电网相适应。通过综合分析以及对系统仿真方面的研究，有关部门对新型大容量调相机的主要指标提出了建议，详情见表1和表2。

通过观察表1、表2可以发现，二者之间具有一致性，下面是参数关系展示：

通过对上面2个表格进行分析可以知道，一般情况下典型汽轮发电机在理论上进相深度可以达到200MVar，但是在实际的运行中，还需要考虑冷却效果以及端部发热，在目前的汽轮发电机在实际运行中，还不能达到理论要求，并且还没有连续稳定运行的记录。将重要机型的功率运行曲线进行分析，根据分析发现，在零功率因素下，汽轮发电机的进相运行深度有一定限制，一般情况下均限制在-170～-190 MVar这个区间内，具体情况可以通过表2可以明确。为了让大容量调相机的稳定运行能力到保障，在进行原型机设计的过程中，端部位置的冷却效果需要进行详细的校核，根据实际情况，对相应的条件进行创造，确保型式试验得到开展。

电网部门对于励磁系统的强励性能的相关方面提出了更高的要求，其目的是为了让大容量调相机对系统的动态无功支持能力得到提升，通过表1可以看出强励性能指标为顶值电流的2.5倍、顶值电压的3.5倍，可见其对强励顶值电流以及项值电压的持续时间以及倍数等都有了较大的提升，因此与之相应的励磁变压器绝缘体和励磁绕组匝间绝缘、转子冷却效果等方面的设计也需要进行相应的提升。为了让减小电机时间常数得到满足，达到暂态性能提升的要求，在优化设计的过程中，还需要对其他方面进行考虑，如增大或者减小转子绕组等效电感等。需要注意的是，这与增强转子热容、提升转子强励性能之间存在矛盾。

4结束语

文章将特高压直流输电工程配套使用的大容量调相机性能特点进行了细致的分析，将其与常规级别的汽轮发电机组进行了性能指标方面的差异性对比，同时还将特高压直流输电工程大容量调相机的设计过程所需要注意的问题进行了说明，希望对大容量调相机组的安全运行以及设计制造有一定的帮助，也希望可以使其在交直流混联电网中更好的发挥其作用。