特高压交直流受端电网的稳定性分析

独旭东

摘要：特高压交直流受端电网呈现出快速发展的态势，促使特高压直流输电不断亏大规模，导致直流非常强、交流非常弱，这是当前需要重点解决的问题。在此情况下，要对其运行特点进行分析，关注特高压交直流主电网结构，优化主电网结构并不断改进，使电网保持稳定可靠的状态。本论文着重于研究特高压交直流受端电网的稳定性。

关键词：特高压;交直流;受端;电网;稳定性

引言：

从特高压输电技术情况来看，一直以来都是交流与直流同步，特高压交流电网被摒弃，取而代之的是交流输电骨干网。合理应用特高压交直流输电技术，将其所具备的优势充分发挥出来，为开发能源基地能源，有效解决边远地区电能传输的问题提出科学有效的解决方案[1]。当前来看，特高压受端电网规模扩大。但是，由于特高压直流输电的发展是阶梯式的，电网在运行的过程中产生变化，产生了强直流和弱交流，这使得人们开始关注输电网的安全性。

一、特高压交直流受端电网运行中所具备的特征

特高压交直流受端电网在运行的过程中的特征是比较明显的，主要体现为四个方面：其一为特高压交流问题危害直流，其二为特高压直流问题危害交流;其三为直流受端电网的稳定性;其四为交流与直流之间相互影响、交流、直流混合电网的稳定性。具体如下：

（一）特高压交流问题危害直流

交流系统问题对特高压直流电的危害是比较大的，主要体现在如下几个方面：

其一，交流系统运行的过程中如果存在问题，交流母线降低电压，换流站线路的电压就会发生变化，产生偏移，直流换相无法成功。

其二，将交流系统故障快速排除。当交流系统运行中恢复了电压之后，可以保证征程的直流输电，对于问题如果不能有效解决，或者在解决之后无法在短时间内恢复，直流换相就无法成功，直流操作也不能成功。

（二）特高压直流问题危害交流

由于系统处于接收端，电网的频率降低，如果系统的发电容量保持一定，系统频率维持正常状态。随着直流处于闭锁状态，接收端系统在运行的过程中，无功还会有剩余。在不能将无功补偿设备拆除的情况下，系统电压就会处于正常状态，在不能无法移除换流站的无功补偿设备的情况下，系统依然处于高压运行状态。

（三）直流受端电网的稳定性

对于一个区域中的所有500kV交流设置故障，直流线路也要设置故障，然后对其受到干扰下是否正常运行进行研究[2]。该地区多条受扰线路仍能在短时间内维持平衡状态，这就可以说明电网有良好的稳定性。此外，在电网运行的过程中，500kV电路产生一些问题，系统依然保持稳定的运行状态。如果输出的特高压直流中的单极和双极被锁定，原本送至部门和地区的电力将以直流的形式直接输送至该地区，导致特高压电网处于不稳定的状态。

（四）交流与直流之间相互影响

电网运行的过程中，比较常见的问题就是单相短路，影响单回路和多回路直流的换相，严重影响交流段，甚至直流系统不能正常运行，电能传输不能持续，导致中断现象。换流母线电压的质量对其正常性起到了决定性的作用，如果有故障存在，由于电压波形的存在造成换流失败。出现这种现象的主要原因是降低了电压幅值，产生电压过零偏移。事实上，电压过零偏移量不会产生很大的影响，当降低电压幅值的时候，会出现换流失败的问题。所以，对交流主网结构建设力度要加强，防止冲击的规模扩大化。中国电网可以承受两次单回路特高压直流换相故障，如果单回路或多回路直流发生多起故障，就会比电网可以承担的次数多。所以，由于特高压交直流电网自身所具备的特征，交流域直流之间会相互影响。

（五）交流、直流混合电网的稳定性

直流电所具备的特性促使暂态过程趋于复杂化，对电压的稳定性造成一定的影响。当直流侧故障的暂态电压不稳定的时候，就会导致不良影响，使得无功补偿输出发生改变。当频率的稳定性受到影响的时候，通过降低接收电网的频率，导致频率缺乏稳定性[3]。

二、特高压交直流受端电网运行稳定的控制措施

特高压交直流受端电网运行要保持稳定状态，就需要交直流输电技术提高，有效应对电压、频率稳定性，主网架构增强，控制电网稳定的策略。具体如下：

（一）交直流输电技术提高

改进交直流输电技术主要有两种方法：一种方法是换流技术;另一种方法是在线安全分析技术。从换流技术的角度而言，目前专业领域针对直流输电换流技术进行研究，主要包括三种：第一种是电容换流技术;第二种是直流输电技术，第三种是柔性直流输电技术。其中的直流输电技术已经比较成熟，在应用领域普遍应用，但是在具体应用中也有不完善之处，会存在一些问题，这就需要在发射机和接收机所在的位置进行大量无功功率补偿。由于传输容量持续增加，就会凸显发射机与接收机的无功平衡问题。如果一个接收器的多个直流无法换向，必然会对区域电网运行的稳定性造成一定的影响。在线安全分析的过程中，要保证电网运行安全，就要采用先进的调度形式，但是这项操作中需要有丰富的经验，应用分析技术，结合使用主动型的技术。当前来看，该技术缺乏实用性，且不具有良好的适应性，没有很好的定位功能，大致资源不能高效。

（二）有效應对电压、频率稳定性

特高压电网在运行的过程中，其电压等级非常高，会产生很大的影响。所以，要在短时间内将保护措施和控制措施制定出来，发挥其有效性。换相失败造成的冲击会导致交流保护效果降低，线路保护受到影响。如果所采用的保护方法依然很传统，在工频相量的时候，往往使用全周期傅里叶算法，也可以根据需要使用半周期傅里叶算法。要避免非特征相量的存在导致负面影响，就需要将相量保护措施制定出来并从实际出发深入研究。通过布局直流输电骨干网并合理规划，使得电网运行有较高的安全稳定性。

（三）主网架构增强

当特高压交直流电源运行的过程中要充分考虑到实际情况，如果交流电网已经形成一定的规模并适应直流电网的容量，大容量直流闭锁会形成一定的冲击力，但此时的运行状态依然稳定。交流主电网运行中要有充足的强度，即便受到直流故障的干扰，依然可以维持正常状态。相比较于大容量直流输电，交流电网没有快速发展起来。从国家交流电网模型来看，不能有效支持交流电网，大电网运行风险就会比较大。为加强交流电网建设，使得当前的问题得以解决，就需要使其与大规模直流容量相匹配。

（四）控制电网稳定的策略

当特高压输电系统处于运行状态的时候，直流系统的输电功率无法有效，直流系统的输电功率就无法有效改变，就会形成一定的负载能力。所以，处于传统控制策略下，受到直流系统控制模式的影响，在附加控制下就会使得系统的稳定性大大提高。增加了紧急控制直流功率，同时也增加了回退控制直流功率，此为直流附加控制策略中的重要内容。处于直流紧急控制的情况下，短路会引起能量积累，此时得到有效释放，当能量传输的过程中驱动电平降低，电路问题得到缓解，就会导致特高压通道出现阻塞的问题。

结束语：

通过上面的研究可以明确，现在的人们要求电力系统处于高质量运行状态，保证其稳定性是重要的指标。电力工业支撑社会发展，所以电力系统提高安全性和稳定性至关重要，这也是保证社会生活质量的重要条件。当电力系统处于运行状态的时候，电力设备以及系统不可避免地产生故障，必然会对电网运行产生不良影响，并因此造成经济损失。本文的研究中，针对特高压交直流受端电网运行过程中所具备的特征进行分析，将科学有效的控制措施提出来。

参考文献：

[1]徐式蕴，贺静波，樊明鉴，等.±1100kV特高压直流分层接入后受端电网稳定特性及控制措施[J].电网技术，2019，426（5）：200-206.

[2]郝亮亮，詹清清，陈争光，等.LCC-MMC型混合直流送端交流系统故障时直流电流的暂态过程解析[J].电力自动化设备，2019，039（9）：65-66.

[3]汪家铭、张静、杨建华、王冠中、章枫、辛焕海.基于广义短路比的多馈入直流系统受端电网结构优化方法[J].电力系统自动化，2020，694（24）：178-188.