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随着贵广直流的投运,南方电网已经建成了一个多馈入交直流系统,交直流之间的作用十分强烈,主要表现为:直流线路因故停运后,大量原来由直流线路输送的功率将转移到与之相并联的交流通道上,造成交流线路潮流过重及交流沿线电压降低,容易引发稳定问题;交流系统故障切除后,交流系统特别是直流换流母线的电压波动,影响了直流功率的传输,阻碍了交流系统电压、功角摆动的平息,不利于系统的稳定。在这种情况下,研究对健全的直流线路运用妥善的策略对交流系统进行功率紧急支援,弥补送受端功率的不平衡,对系统的安全稳定运行有着重要的意义。
本文主要通过仿真手段对南方电网实际交直流系统中利用直流线路短时过载能力进行紧急功率支援的规律进行了探索和研究,主要的工作包括:
从维持系统有功功率平衡的角度,利用等面积法则探讨了紧急提升直流功率措施对系统暂态稳定性能的影响。在交直流并联系统中,出现大扰动后,经常出现暂态电压偏低的现象,而暂态电压偏低可能是由于功角剧烈摆动引起的,通过提升直流功率弥补送端和受端的功率缺额,从而也有利于系统暂态电压的稳定。快速切机和直流功率提升都有利于系统的功角稳定,明确了提升直流功率的特点在于可以减少切机量以及弥补快速切机量的不足。
对影响直流功率紧急提升的因素进行了探讨。提升投入的时刻是影响提升成败的重要因素,过早或者过晚投入都会对系统稳定产生负效应,而提升的允许投入时刻是与故障的地点密切相关的,故障地点与需要提升的直流线路的电气距离越近,提升的容许投入时刻越严格。在很不利的情况下,提升的容许投入时刻存在一个较小的区间,超出这一区间的投入将可能引起系统失去稳定。此外提升的速率也是一个重要的因素,过快和过慢的速率同样会产生负效应。系统的无功状况是影响提升效果的主要因素,暂态过程中换流站电压的无功支撑不足将制约提升能够达到的水平,并因此会引起直流功率的波动。从减少逆变侧换相失败的几率,为换流母线提供无功支撑方面考虑,尝试使用动态无功补偿设备SVC,考察其对提升效果的影响。
考虑把紧急提升直流措施纳入南方电网安全稳定控制系统中。通过比较单一切机措施和切机结合提升直流措施的效果,形成了如下的思路:把直流功率的提升作为切送端机组措施的辅助和补充,通过两者共同作用来提高系统的暂态稳定性能。在所计算的严重故障中,切机结合直流提升措施可以使切机量减少1到2台机组,容量在220MW-600MW之间。与切机措施相比直流提升对改善由于功率失衡(功角大幅摆动)带来的暂态持续低电压有更好的效果。但直流提升措施目前还只能作为安稳系统中切机措施的辅助,尚不能成为缓解送受端有功不平衡的主力,这是由于直流功率提升受到两方面的限制:一是直流系统的过载能力有限;二是由于交流系统故障切除后,过高的直流提升量(或提升速率)可能会增加直流系统换相失败的几率,不利于直流系统的恢复也不利于直流功率的提升,进一步可能会恶化整个系统的稳定性能。