基于多饋入直流評估指標(biāo)的江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定性研究（電力）
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基于多饋入直流評估指標(biāo)的江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定性研究（電力）
黃俊輝1，王海潛1，汪惟源2，謝珍建1，張文嘉1，孫文濤1
（1．江蘇省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，江蘇南京 210008;2江蘇省電力公司，江蘇南京 210008）摘要：針對多饋入直流的接人對江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大影響的問題，建立基于多饋人等效短路比、多饋入影響因數(shù)和換相失敗系數(shù)對多饋人直流接入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性評估方法，并應(yīng)用于江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定性仿真分析計算中。多饋入影響因數(shù)指標(biāo)計算結(jié)果表明，江蘇電網(wǎng)屬于強(qiáng)交流系統(tǒng)，其安全穩(wěn)定性較高，滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。其中錦蘇直流位于受端中心，容量較大，嚴(yán)重故障下容易發(fā)生換相失敗。通過在錦蘇直流近區(qū)電網(wǎng)安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置能夠改善直流換相失敗問題。
關(guān)鍵詞：多饋入直流：短路比：換相失��；安全穩(wěn)定
中圖分類號：TM244.2 DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.030.05
0引言
目前江蘇電網(wǎng)已接入錦屏一蘇州+800 kV直流、三峽一政平+500 kV直流，此外還將建設(shè)
+800 kV錫盟一泰州等多條直流，屆時江蘇電網(wǎng)將形成復(fù)雜的交直流混聯(lián)電網(wǎng)。直流輸電傳輸容量大．故障后潮流轉(zhuǎn)移明顯，多條直流間相互影響風(fēng)險較大，影響江蘇電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此研究多饋人直流接入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃方案，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定性十分必要。
隨著電網(wǎng)規(guī)模的發(fā)展以及超高壓、特高壓直流輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，直流落點(diǎn)間的電氣距離將越來越近，直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行也越來越依賴所饋入地區(qū)交流電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水平。在通常條件下，直流輸電系統(tǒng)換流站所聯(lián)接的交流系統(tǒng)電氣強(qiáng)度越強(qiáng)（即短路容量越大），則直流系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行過程中所經(jīng)受的電壓波動程度也越小，其穩(wěn)定性也越佳。
在多饋入直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定評估方面已有部分研究成果。但較少涉及多饋入直流相關(guān)指
標(biāo)與直流饋入電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的關(guān)系，未能應(yīng)用于實(shí)際電網(wǎng)進(jìn)行分析研究。
本文基于多饋入等效短路比( multi-infeedeffective short circuit ratio，MIESCR)、多饋入影響因數(shù)( multi-infeed interaction factor，MIIF)和換相失敗系數(shù)(commutation failure immunity index, CFII)對多饋入直流接入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性進(jìn)行評估。
1 多饋入直流的主要評估指標(biāo)
1.1 多饋入等效短路比
評估交直流系統(tǒng)相互影響的常用指標(biāo)是短路比(SCR)和等效短路比(ESCR)，定義為
當(dāng)ESCR>5時，為強(qiáng)交流系統(tǒng)；當(dāng)3<ESCR<5時，為中等強(qiáng)度交流系統(tǒng)；當(dāng)ESCR<3時，為弱交流系統(tǒng)。為使系統(tǒng)運(yùn)行有一定的靈活性，一般等效短路比應(yīng)在2～2.5之間。
對多饋入直流系統(tǒng)，多直流饋入的等效短路比MIESCR可表示為當(dāng)MIESCR >3時．為強(qiáng)交流系統(tǒng)：當(dāng)2<MIESCR <3時， 為中等強(qiáng)度交流系統(tǒng)： 當(dāng)MIESCR<2時，為弱交流系統(tǒng)。多直流饋人系統(tǒng)的臨界等效短路比是1.5，即當(dāng)MIESCR小于1.5時可能會出現(xiàn)電壓穩(wěn)定問題。
1.2多饋入影響系數(shù)
為表征多個直流換流站交流母線間的電壓相互影響程度，引出多饋入影響系數(shù)( MIIF)指標(biāo)，對于如圖1所示的多饋入直流輸電系統(tǒng)，其MIIF可由式(4)得到。
1.3換相失敗系數(shù)(CFII)
當(dāng)直流換流站交流側(cè)發(fā)生故障，進(jìn)而引起電壓跌落，將有可能導(dǎo)致?lián)Q相失�。�(dāng)電壓跌落到一定水平，必定有可能發(fā)生換相失敗。為了定量描述多饋入直流接入系統(tǒng)發(fā)生換相失敗的可能性．引入換相失敗系數(shù)( CFII)指標(biāo)，通過不同的短路阻抗來模擬不同的電壓跌落水平。單饋人直流系統(tǒng)中，換相失敗系數(shù)定義為
可以看出，直流系統(tǒng)輸電容量越小，CFII指標(biāo)越大，換相失敗風(fēng)險越小。在實(shí)際應(yīng)用中可表示為
可以看出，CFII與ESCR具有有較強(qiáng)的相關(guān)性，當(dāng)ESCR越大，CFII越大，即交流系統(tǒng)越強(qiáng)．直流系統(tǒng)抵御換相失敗的能力越強(qiáng)。
2江蘇規(guī)劃電網(wǎng)的實(shí)際算例分析
2.1 算例說明
根據(jù)特高壓及江蘇電網(wǎng)的“十三五”發(fā)展規(guī)劃，江蘇電網(wǎng)將在現(xiàn)有政平直流、錦屏直流基礎(chǔ)上新增錫盟一泰州直流，其中初步的方案是考慮+800 kV直流輸送8 000 MW容量，分別等容量換流到1 000 kV、500 kV電壓等級。并且考慮錫盟一泰州特高壓直流和華東1 000 kV交流特高壓環(huán)網(wǎng)同期建成，形成如圖2所示電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
2.2 指標(biāo)計算及分析
江蘇電網(wǎng)直流落點(diǎn)交流母線的短路電流水平及SCR、ESCR和MIESCR計算如表1所示。
從表1的結(jié)果可見：(1)僅計算SCR,不同直流各自差距較大，例如政平直流SCR達(dá)到16.2．
即沒有考慮相互之間的影響，結(jié)果不具備參考性．MIESCR考慮多直流饋人因素，計算結(jié)果可信度高，可以用來評價電網(wǎng)強(qiáng)度。(2)江蘇500 kV、1 000 kV規(guī)劃電網(wǎng)的短路容量較高，正常運(yùn)行方式下，江蘇電網(wǎng)內(nèi)各條直流的MIESCR指標(biāo)均大于3，江蘇電網(wǎng)屬于強(qiáng)交流系統(tǒng)，在直流發(fā)生換相失敗時，可為直流系統(tǒng)運(yùn)行提供較強(qiáng)的有功、無功支持，保證直流系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。(3)江蘇電網(wǎng)內(nèi)3條直流系統(tǒng)，其中政平直流MIESCR最大，其交流系統(tǒng)最強(qiáng)，錦蘇直流MIESCR最�。涣飨到y(tǒng)相對較弱。(4)相關(guān)文獻(xiàn)推薦的MIESCR值應(yīng)大于2.5，考慮到錦蘇直流的MIESCR值略大于3，再加上沒有考慮華東的其他如上海、浙江的大直流的影響，因此可能計算的結(jié)果偏樂觀。
江蘇電網(wǎng)多饋入直流電壓跌落相互影響分析結(jié)果如表2所示。由表2可見：(1)通過MIIF指標(biāo)可以分析換流站之間對電壓跌落的作用。結(jié)合最小電壓降落計算的電壓閾值，可以得出多個換流站同時或相繼發(fā)生換相失敗的可能性。(2)泰州直流(500 kV)側(cè)電壓跌落對政平母線的影響最小，為0.18，主要是由于2個直流分別位于蘇北、蘇南．相互之間的電氣聯(lián)系較弱，此外政平直流容量最�。灰资艿接绊憽Ｕ街绷麟妷旱鋵﹀\蘇直流的影響最大，為0.53，2個直流均位于蘇南電網(wǎng)，電氣距離近，且錦蘇直流容量較大。(3)表2巾最后一列為MIIF指標(biāo)的和，即各直流電壓跌落對某一直流母線產(chǎn)生影響的累加，可以看出，政平直流
最小，抵御故障能力最強(qiáng)；錦蘇直流最大，抵御故障能力最弱。因此，
在電網(wǎng)規(guī)劃中需要對錦蘇直流制定相應(yīng)加強(qiáng)措施，預(yù)防故障后電壓跌落引發(fā)的直流閉鎖。
江蘇電網(wǎng)多饋入直流系統(tǒng)發(fā)生換相失敗的初步評估如表3所示，、從表3中可以看出：(1)考慮到多直流饋入的相互影響，計算得到各直流系統(tǒng)的換相失敗系數(shù)CFII。其中政平直流、泰州直流高低側(cè)CFII均較大，故障后產(chǎn)生換相失敗的概率較低。錦蘇直流CFII值僅為0.32，故障后產(chǎn)生換相失敗的概率較大，易引發(fā)安全穩(wěn)定問題。(2)由于電氣距離原因，總體上蘇南2個直流（錦蘇、政平）間的相互影響要大，而泰州直流換流到特高壓1 000 kV母線上的直流系統(tǒng)對蘇南的影響更大。(3)泰州特高壓直流站由于換流到不同電壓等級的交流母線，彼此間的相互影響由于電氣距離原因不大，幾乎和蘇南的直流系統(tǒng)相當(dāng)。
2.3措施及建議
根據(jù)2.2節(jié)計算分析結(jié)果可知，江蘇規(guī)劃電網(wǎng)整體較強(qiáng)，能夠滿足多饋入直流接人需求，規(guī)劃期內(nèi)多條直流均能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，其中錦蘇直流3項(xiàng)指標(biāo)水平均相對較差。主要由于錦蘇直流容量大．且處于受端中心，嚴(yán)重故障情況下容易引發(fā)電壓較大跌落，進(jìn)而導(dǎo)致直流換相失敗。岡此．提高錦蘇直流落點(diǎn)附近電網(wǎng)電壓恢復(fù)水平是改善錦蘇直流系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵要素，建議在直流落點(diǎn)附近安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。
以錦蘇直流落點(diǎn)附近500 kV變電站安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置為例進(jìn)行仿真分析，安裝前后錦蘇直流換流站閥電流曲線如圖3所示。
由圖3可知，未安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，嚴(yán)重故障情況下，錦蘇直流0.2 s后發(fā)生2次換相失�。谥绷鹘鼌^(qū)母線安裝300 MV-A動態(tài)無功補(bǔ)償裝置后，未發(fā)生換相失敗。
3結(jié)語
本文將3個多饋人影響因數(shù)指標(biāo)應(yīng)用于江蘇規(guī)劃電網(wǎng)多饋入直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性計算分析．找出了江蘇多饋入直流系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)．并提出了相關(guān)解決措施及建議。
(1)計算分析結(jié)果表明，將多饋入影響因數(shù)、多饋人等效短路比和換相失敗系數(shù)應(yīng)用于江蘇規(guī)劃電網(wǎng)多饋入直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性分析是可行的，江蘇規(guī)劃電網(wǎng)整體較強(qiáng)．各項(xiàng)指標(biāo)滿足安全運(yùn)行要求，能夠滿足多饋入直流的接入。
(2)通過對江蘇多饋入直流系統(tǒng)三項(xiàng)指標(biāo)的分析可知，錦蘇直流三項(xiàng)指標(biāo)水平均相對較差．是多饋入直流電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。
(3)由于錦蘇直流容量大，且處于受端中心，嚴(yán)重故障情況下容易引發(fā)電壓較大跌落．進(jìn)而導(dǎo)致直流換相失敗，需要在直流落點(diǎn)附近安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置提高動態(tài)穩(wěn)定性。仿真分析結(jié)果表明，在錦蘇直流附近500 kV母線安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置后，能夠減少嚴(yán)重故障下錦蘇直流換相失敗次數(shù)，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。
