第４ｏ卷第２期 四ＪＩＩ电力技术 Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．２ ２０１７年４月 Ｓｉｅｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．．２０１７ 特高压直流故障对交流系统稳定性的影响分析 哈丽曼・合孜尔。樊艳芳 （大学电气工程学院，乌鲁木齐８３００４７） 摘要：基于２０１６年特高压交直流混联送端电网不同的运行方式，仿真分析±８００ ｋＶ特高压直流输电系统发生 不同类型的故障时对哈密地区与近区交流系统电压的影响；并且针对不同的故障形式采取不同的控制策略，分析不 同控制策略对于交直流混联系统运行电压的影响。研究结果表明，在直流系统发生故障时，从故障类型来看，直流单 极闭锁故障时，富裕功率小，对系统稳定运行影响小；双极闭锁故障时，富裕功率大，从而引起沿线交流母线电压的降 低，严重时则引起电压失稳，对系统稳定运行影响大；发生换相失败对系统暂态电压稳定性影响较大。随着直流外送 功率的不断增大，无论是直流双极闭锁故障还是换相失败故障均会出现暂态压升更加严重的局面。 关键词：特高压直流；直流闭锁；换相失败；稳控方案；电压影响 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｏｆ Ｘｉｎｊｉａｎｇ ＵＨＶ ＡＣ／ＤＣ ｈｙｂｒｉｄ ｓｅｎｄｉｎｇ ｓｎｄ ｉｎ ２０１６，ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｉｎ±８００ ｋＶ ＵＨＶＤＣ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ＡＣ ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅａｌ－ｔｈｅ Ｋｕｍｕｌ Ｐｒｅｆｅｃｔｕｒｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ａｒｅ ａｄｏｐｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｆａｉｌｕｒｅ ｆｏｒｍｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｌｆｎｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ ＡＣ／ＤＣ ｈｙｂｒｉｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｏｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｓａ ｆｏｌｌｏｗ￣ｗｈｅｎ ＤＣ ｓｙｓｔｅｍ ｆｉａｌｕｒｅ ｏｃｃｕｒｓ，ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｆｉａｌｕｒｅｓ，ＤＣ ｍｏｎｏｐｏｌｅ ｂｌｃｏｋｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｌｏｗ ｐｏｗｅｒ ｓｕｒｐｌｕｓ ａｎｄ ａ ｌｅｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｅｐｒａｔｉｎｇ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；Ｂｉｐｏｌａｒ ｂｌｃｏｋｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｈｉ ｈｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｒｐｌｕｓ ｗｈｉｃｈ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅ－ ｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＡＣ ｂｕｓ ｖｏｌｔａｇｅ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｌｉｎｅ，ｅｖｅｎ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｓｔｂａｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａ ｂｉｇ ｉｌｆｎｕｅｎｃｅ ｏｎ ＡＣ／ＤＣ ｈｙｂｒｉｄ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆｉａｌｕｒｅ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｔｂａｉｌｉｔｙ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ＤＣ ｐｏｗｅｒ ｄｅｌｉｖｅｒｅｄ ｔＯ ｔｌ１ｅ ｏｕｔｓｉｄｅ，ｎｏ ｍａｔｔｅｒ ＤＣ ｂｉｐｏｌａｒ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ，ｔｈｅｙ ａｌｌ ｗｊ１１ ｌｅａｄ￡０ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｉｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＨＶＤＣ；ＤＣ ｂｌｏｃｋｉｎｇ；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆｉａｌｕｒｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｃｈｅｍｅ；ｖｏｌｔａｇｅ ｉｎｌｆｕｅｎｃｅ 中图分类号：ＴＭ７１２文献标志码：Ａ文章编号：１００３—６９５４（２０１７）０２—００１１一ｏ５ 究。文献［６］中当特高压直流输电系统发生双 ０引 言 极闭锁故障时，提出协调优化切机不平衡量的稳控 方案，几个方案相互之间做了比较。文献［７—９］分 电网随着７５０ ｋＶ交流外送第二通道和 别分析了±５００ ｋＶ林枫直流发生双极闭锁故障时 ±８００ ｋＶ哈密一郑州特高压直流工程的投运正式 对交流系统产生的冲击和±ｌ １００ ｋＶ特高压直流对 进入特高压“交、直流混联”大电网时代，其具有大 四川电网稳定性的影响，提出用稳控装置切机切负 功率外送、交流电网薄弱和交、直流混联等特点。由 荷的稳控措施，从而减少直流闭锁故障对交流系统 于系统特性比较弱，本身无法抵御“大电网”背景下 产生的冲击。文献［１０一ｌ２］对于大规模“风火打 特高压交、直混联系统的常见故障，故对电网的 捆”直流外送系统直流故障，提出了改变直流传输 安全稳定运行要求进一步提高。结合电网自身 功率与调节风机的有功出力的方案来减少系统的不 的特点，深入分析并对电网现有的相关送端电 平衡功率。文献［１３—１５］提出了当特高压直流发 网切机的稳控措施进行全面优化，提高外送能 生闭锁故障时，为了减少直流闭锁故障对交流冲击 力，与此同时，保证电网不同故障形式下送端电 性影响，展开研究稳控方案，提出综合考虑直流送端 网的安全稳定运行¨ Ｊ。 系统火电，新能源的切机方案，提高系统的稳定性。 目前，国内针对交直流混联系统常见故障对电 结合２０１６年电网与西北主网不同的运行 网稳定性的影响和所采取的稳控方案有了初步的研 方式，仿真分析±８００ ｋＶ特高压直流输电系统发生 ・ｌ１・ 第４｜Ｄ卷第２期 ２０１７年４月 四川电力技术 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４０。Ｎｏ．２ Ａｐｒ．。２０１７ 不同故障时对哈密地区与近区交流系统电压的影 发电机组高频率保护最低频率整定值（一般应不高 响，提出切除直流配套电源及配合切除配套交流滤 波器的稳控策略，对提高特高压交、直流混联系统的 于５０．５～５１ Ｈｚ）；直流故障后７５０ ｋＶ联络线功率振 荡呈衰减趋势，并最终趋于稳定。满足这些条件，认 为系统稳定，否则认为系统不稳定。 电压要求： 稳定运行具有一定的参考价值。 １ 电网规模与运行方式 １．１系统概况 １）４－８００ ｋＶ天中直流５００ ｋＶ母线电压故障后 稳态电压不超过５５０ ｋＶ； ２）７５０ ｋＶ稳态电压不超过８４０ ｋＶ；暂态电压不 超过１．３ Ｐ．ｕ．； 根据７５０ ｋＶ网架规划，东部环网建成，吐 哈双线改接至天山换流站，中部电网将通过 ３）２２０ ｋＶ稳态电压不超过２５２ ｋＶ；暂态电压不 ７５０ ｋＶ吐天双线＋哈塘双线共计４回线路同主网 联络，通过两条７５０ ｋＶ交流通道与西北电网联 网，一条４－８００ ｋＶ天中直流与华中河南电网联网。 特高压交、直流混联电网送端网架结构如图１所示。 中州换 图１ 特高压交、直流混联电网送端网架结构 １．２运行方式安排 根据电网２０１６年运行方式，综合考虑±８００ ｋＶ天中直流外送功率、直流配套电源的投运状况以 及７５０ ｋＶ交流线路外送功率的实际情况，交、 直流送端电网有３种典型的运行方式，如表１所示。 表１ 交直流送端电网运行方式 ２ 电网安全稳定运行条件 根据中国《电力系统安全稳定导则》定义，结合 电网实际的输电特性和负荷特性，当系统满足： 系统内中枢点电压不低于８０％ ，并且电压为减幅 振荡，振荡逐步衰减消失；频率稳定即系统最低频率 不应低至低频率减负荷装置最低频率轮频率值 （４７．５ ｒｌｚ）；系统高频率时，高频率不应高于电网中 ・１２・ 超过１．３ Ｐ．ｕ．。 ３特高压直流故障对送端交流系统的 影响分析 ３．１ 直流单极闭锁故障 在３种方式下，天中直流发生单极闭锁故障时， 系统的稳定计算结果如表２所示。由表２可知，直 流发生单极闭锁故障时，方式３电压失稳，其他方式 系统均能保持稳定。在不采取任何稳控措施的情况 下，由于故障后直流输送功率下降，功率瞬间转移到 送端交流电网，从而引起送端近区交流系统母线的 暂态稳定电压上升，严重的甚至导致电压失稳。 表２直流单极闭锁故障计算结果 直流单极闭锁故障后对系统不同运行方式采取 不同的稳控措施。运行方式１采取切除３组２３０ Ｍｖａｒ滤波器及１组２７０ Ｍｖａｒ滤波器；运行方式２采 取切除３组２３０ Ｍｖａｒ滤波器及１组２７０ Ｍｖａｒ滤波 器；运行方式３采取切除直流配套电源２ ４００ ＭＷ，１ 组２７０ Ｍｖａｒ滤波器及５组２３０ Ｍｖａｒ滤波器。采取 稳控措施后直流单极闭锁故障计算结果如表３所 示。由表３可以看出，对不同运行方式采取相应稳 控措施后，系统的暂态最大压升大幅减小，并且都在 系统承受范围之内。 在运行方式３下单极闭锁后采取相应稳控措 施，系统电压及频率如图２所示。由图２可知，直流 单极闭锁故障后母线电压升高，当稳控装置动作切 第４０卷第２期 ２０１７年４月 四川Ｉ电力技术 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４０．Ｎｏ．２ Ａｐｒ．．２０ｌ７ 表３ 采取稳控措施后直流单极闭锁故障计算结果 除直流配套电源及配合切除交流滤波器后，７５０ ｋＶ 母线电压维持在０．９５—１．０１ Ｐ．Ｕ．，频率在合理范围 之内。 ：； ，ｌ、７ ＼厂、厂 髓 －＝＝＝ －．／ 一 ．饥ｏｏ ５．ｏｏ １ｏ．ｏｏ ｌ５．ｏｏ ２ｏ．ｏｏ ２Ｅ ｏｏ （ａ）电压特性 熏麓囊事 一 ｛ ｌ Ｉ｛ （ｂ）系统频率 图２方式３下单极闭锁后系统电压及频率变化 ３．２直流双极闭锁故障 直流发生双极闭锁故障时，直流功率无法外送， 此时送端电网将产生相当于故障前直流外送功率的 电力盈余，大量的过剩功率将通过交流断面向东传 送，造成输电通道上的输送功率急剧增加，从而引起 沿线交流母线电压的降低，严重时则引起电压失稳。 在３种方式下，天中直流发生双极闭锁故障时， 系统的计算结果如表４所示。由表４可以看出，直 流发生双极闭锁故障时，在系统的３种运行下电压 全失稳，进而引起系统运行失稳。 表４直流双极闭锁故障稳定计算结果 直流双极闭锁故障后对系统不同运行方式采 取不同的稳控措施。运行方式１采取切除配套电 源总共１ ０６０ ＭＷ；运行方式２采取切除直流配套电 ｆ … － ■ｔ¨●＿ 一一ｗ 一＿■¨４¨‘－¨ ｝一ｔ●＿● 斗■ ｈ 亡ｒ／ ＝了ｒ，～一 ＝ 乡 Ｉ ｆ ｌ——‘－－＿ Ｉ Ｉ ｊ （ｂ）方式ｌ系统龋串 ＝ ，ｊ ： ●…，—＿ 一 ＝ ——！：＝＝ ＝ ；＝ （ｃ）方式２电压特性 ｎ．ｊ．， ”： 鏊誊 暑ＩＩ兰ｌ１ｌ】Ｊ 嚣瓣 １．１∞卜 Ｉ＿Ｏ５ｏＩ一 １ ０００ Ｌ ０．９６０喜 ０．９０Ｏ ｒ ｎ赫Ｏ Ｏ．００ ６∞ ＪＯ．∞ Ｉ ｏ０ 柏．∞ 箱．ｏｏ （ｅ）方式３电压特性 量垃Ｉ膊 （ｆ）方式３系统频率 图３直流双极闭锁后系统电压及频率变化 ・１３・ 第４０卷第２期 ２０１７年４月 四川电力技术 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．４０，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．，２０１７ 源总共２ １６０ ＭＷ；运行方式３采取切除直流配套电 源总共６ ０００ ＭＷ。采取稳控措施后直流双极闭锁 故障计算结果如表５所示，系统的电压及频率如图 ３所示。由表５可知，采取相应的切除直流配套电 源后系统运行均稳定。 表５直流双极闭锁故障稳定计算结果 运行方式 稳定情况 方式１ 稳定 方式２ 稳定 方式３ 稳定 由图３可知，直流双极闭锁故障后３种运行方 式下电压暂态压升都会剧增。当稳控装置动作切除 直流配套电源后，由图３（ａ）可知，在运行方式１下 系统７５０ ｋＶ母线电压维持在０．９３～１．０３ Ｐ．Ｕ．；由 图３（ｃ）可知，在运行方式２下系统７５０ ｋＶ母线电 压维持在０．９５～１．０４ Ｐ．Ｕ．；由图３（ｅ）可知，运行方 式３下７５０ ｋＶ母线电压维持在０．９３—１．０６ Ｐ．ｕ．。 而由图２（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）可知，在３种运行方式下，系 统频率不超过１．Ｏ１ Ｐ．Ｕ．，在合理范围之内。 ３．３直流换相失败故障 特高压直流输电系统中换向失败是最常见的故 障之一，伴随着交流电压的降低，直流电压也将会降 低；同时直流功率随之交流电压逐渐降至０，一旦交 流系统短路故障切除，交流系统电压恢复，这时直流 功率也慢慢恢复。 当交流系统短路故障导致换相失败时，系统３ 种运行方下７５０ ｋＶ和２２０ ｋＶ电压波动曲线如图４ 所示。 由图４（ａ）、（ｂ）可知，７５０ ｋＶ暂态电压升高、降 低较大的变电站是天山换流站，达到了５８ ｋＶ；２２０ ｋＶ暂态电压较大的变电站是烟墩变电站，达到了 ｌ９．５ ｋＶ。由图４（ｃ）、（ｄ）可知，７５０ ｋＶ暂态电压升 高、降低较大的变电站是天山换流站，达到了６５．１ ｋＶ；２２０ ｋＶ暂态电压较大的变电站是烟墩变电站， 达到了２Ｏ．８ ｋＶ。由图４（ｅ）、（ｆ）可知，７５０ ｋＶ暂态 电压升高、降低较大的变电站是天山换流站，达到了 ６６．８ ｋＶ；２２０ ｋＶ暂态电压较大的变电站是烟墩变 电站，达到了１５．７ ｋＶ。直流换相失败以后稳态电 压和暂态电压都在电压要求范围内。 ・１４・ （ｂ）方式１ ２２０ ｋＶ电压曲线 （ｃ）方式２ ７５０ ｋｖ电压曲线 ；｝ 『Ｉ ’…一 …～…’一 ‘ …’一ｒ— Ｉ 。 ： 零瓣 ； 三ｉｉ 兰§蔓 ０ ００ ５ ０ｏ ｉ０ ０ｏ ｌ５ ００ ∞００ ２５ ００ （ｅ）方式３ ７５０ ｋＶ电压曲线 图４直流换相失败后７５０ ｋＶ、２２０ ｋＶ电压波动曲线 第４ｏ卷第２期 ２０１７年４月 四川电力技术 Ｓｉｅｈｕａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．４０。Ｎｏ．２ Ａｐｒ．．２０１７ 护与控制，２０１５，４３（１３）：１３０—１３８． Ｉ二 ］ ］ ］ ４结论 ［７］李国栋，皮俊波，郑力，等．±５００ ｋＶ林枫直流双极 闭锁故障案例仿真分析［Ｊ］．电网技术，２０１４，３８ 随着电高压直流送电功率的增加，由 直流闭锁等故障产生的富余功率也随之增加，这影 响了电网安全稳定运行，具体表现在： １）在直流系统发生故障时，从故障类型来看， （４）：８７７—８８１． ［８］叶圣永，王云玲，唐权，等．－Ｉ－１ １００ ｋＶ“疆电入川” 特高压直流输电对四川电网安全稳定影响［Ｊ］．电网 技术，２０１３，３７（１０）：２７２６—２７３１． ［９］卫鹏，汪成根，周前，等．基于ＡＤＰＳＳ的锦苏特高压 直流对江苏电网运行特性影响研究［Ｊ］．高压电器， ２０１３，４９（１１）：６９—７５． 直流单极闭锁时，富余功率小，对系统稳定运行影响 小。由于直流输送功率下降而引起近区交流系统母 线的暂态稳定电压上升，双极闭锁时，富余功率大， 故障后会导致系统失稳。采取相应的稳控策略（切 除直流场滤波器及配套机组）后，可以使系统稳定。 ２）随着直流外送功率的不断增长，直流闭锁故 障均会出现暂态压升更加严重的局面，７５０ ｋＶ层面 暂态压升达到８０ ｋＶ以上。应采取相应措施减少系 统失稳概率。 ３）直流系统发生换相失败对系统暂态电压稳 定性影响较大，影响最大在方式３情况下，７５０ ｋＶ 暂态电压升高、降低较大的变电站是天山换流站，达 到了６６．８ ｋＶ；２２０ ｋＶ暂态电压较大的变电站是烟 墩变电站，达到了１５．７ｋＶ。虽说直流系统发生换相 失败对系统暂态电压影响大，但是故障以后７５０ ｋＶ、２２０ ｋＶ暂态电压和稳态电压都没超出电压要求 范围，系统仍然稳定运行。 参考文献 齐旭，曾德文，史大军，等．特高压直流输电对系统安 全稳定影响研究［Ｊ］．电网技术，２００６，３０（２）：Ｉ一６． 廖民传，蔡广林，张勇军．交直流混合系统受端电网暂 态电压稳定分析［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００９，３７ （１ｏ）：１—４， 杨雄平，罗向东，李扬絮，等．南方电网直流闭锁故障 时受端系统电压稳定问题分析［Ｊ］．电力系统保护与 控制，２００８，３６（２２）：４０—４３． 董俊，束洪春，司大军，等．特高压远距离大容量云电 送粤中的稳定问题研究［Ｊ］．电网技术，２００６，３０（２４）： １Ｏ一１５． 郑超，汤涌，马世英，等．网源稳态调压对暂态无功 支撑能力的影响研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１４， ３４（１）：１１５—１２２． 钟显，樊艳芳，王一波，等．含高密度风电、交直流送 端电网直流闭锁故障稳控方案研究［Ｊ］．电力系统保 ［１０］郭小江，马世英，申洪，等．大规模风电直流外送方案 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