多回特高壓直流分層饋入模式下交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性分析

趙 騰 ，張 焰 ，葉冠豪 ，張 璨 ，衛(wèi) 茹 ，朱晨曦

（1.上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240；2.國(guó)網(wǎng)南京市電力公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

特高壓直流輸電滿足了在能源和負(fù)荷分布不均衡條件下進(jìn)行大規(guī)模、遠(yuǎn)距離、高效率輸送電力的客觀需求，在中國(guó)大型能源基地的電力外送中發(fā)揮了重要作用［1-2］。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及負(fù)荷水平的持續(xù)提高，近年來(lái)我國(guó)已有多回特高壓直流線路投入運(yùn)行，有效保障了負(fù)荷密集地區(qū)的能源供給。特高壓直流系統(tǒng)的正常運(yùn)行必須依托于交流電網(wǎng)的電壓支撐，當(dāng)多回特高壓直流集中落點(diǎn)于受端系統(tǒng)時(shí)，不同直流系統(tǒng)之間的相互影響增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)行的復(fù)雜性，如果受端系統(tǒng)較弱還容易引起換相失敗，限制了特高壓直流的輸送容量［3-4］。因此，科學(xué)評(píng)價(jià)多回特高壓直流饋入下交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性具有重要意義。

多回特高壓直流接入交流電網(wǎng)對(duì)于交直流混聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了極大的挑戰(zhàn)。國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議（CIGRE）在參考短路比概念的基礎(chǔ)上，定義了多饋入短路比MISCR（Multi-Infeed Short Circuit Ratio）指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)多回直流線路饋入下交直流系統(tǒng)的相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系［5］。文獻(xiàn)［6］利用MISCR對(duì)多饋入交直流系統(tǒng)的最大直流功率和電壓穩(wěn)定等問(wèn)題進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［7］從多饋入直流系統(tǒng)功率穩(wěn)定性角度出發(fā)，研究了多饋入直流系統(tǒng)功率穩(wěn)定性與多饋入有效短路比之間的定量關(guān)系。文獻(xiàn)［8-9］分析了影響MISCR的因素，有助于針對(duì)性地提高M(jìn)ISCR，提升交流系統(tǒng)對(duì)饋入直流的電壓支撐作用。上述研究主要面向高壓直流單層接入交流電網(wǎng)的場(chǎng)景，而文獻(xiàn)［10］提出了一種特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)的方式；文獻(xiàn)［11］進(jìn)一步分析了多端單層饋入和多端分層饋入方式下直流系統(tǒng)的功率傳輸特性曲線。上述文獻(xiàn)在受端系統(tǒng)對(duì)多回直流的電壓支撐作用方面進(jìn)行了研究，但并未涉及分層接入方式下多回直流饋入對(duì)交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的影響。

本文在分析多回特高壓直流不同饋入模式的基礎(chǔ)上，考慮不同直流饋入點(diǎn)之間的相互影響，從MISCR、受端系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓以及直流系統(tǒng)極限傳輸功率這3個(gè)角度對(duì)多回特高壓直流分層饋入模式下交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行研究，并提出了直流系統(tǒng)的極限傳輸功率分析方法，最后以兩回特高壓直流饋入系統(tǒng)為例進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步驗(yàn)證了理論分析的有效性。

1 多回特高壓直流分層饋入模式下的系統(tǒng)MISCR

1.1 MISCR概念及計(jì)算

交流和直流的相互作用在很大程度上取決于交流系統(tǒng)與所連直流系統(tǒng)容量的相對(duì)大小，即短路比指標(biāo)［5］。對(duì)于有單回直流接入的交直流電網(wǎng)，可用戴維南等值方法簡(jiǎn)化為如圖1所示的形式［12］。

圖1 單回直流饋入下的交直流系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型Fig.1 Simplified model of AC-DC hybrid system with single-loop DC-infeed

圖1中，Ud為直流系統(tǒng)電壓；s為換流母線；Us為換流母線電壓；Zl為交流系統(tǒng)等值阻抗。

定義短路比KSCR為直流換流母線的短路容量與直流系統(tǒng)額定功率的比值：其中，Sac為從換流母線看出去的系統(tǒng)短路容量；PN為系統(tǒng)基準(zhǔn)功率；UN為換流母線額定電壓。

同理，通過(guò)對(duì)多端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行等值化簡(jiǎn)，可將多回直流饋入下的交直流混聯(lián)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如圖2所示的模型［13］。

圖2 多回直流饋入下的交直流系統(tǒng)簡(jiǎn)化模型Fig.2 Simplified model of AC-DC hybrid system with multi-loop DC-infeed

本文用i、j表示直流系統(tǒng)及其所包含的直流線路、換流母線的編號(hào)（i=1，2，…，n；j=1，2，…，n），則Zi表示從第i回?fù)Q流母線看出去的交流系統(tǒng)等值阻抗；Zij表示第i回?fù)Q流母線和第j回?fù)Q流母線之間的等值聯(lián)系阻抗。

CIGRE定義第i回直流線路的MISCR為由其換流母線看出去的交流系統(tǒng)三相短路容量與饋入該點(diǎn)的等效直流功率的比值［5］，即：

其中，MISCRi為第i回直流線路對(duì)應(yīng)的MISCR；Saci為第i回直流線路換流母線對(duì)應(yīng)的三相短路容量；Pdeqi為考慮了其他直流線路影響的第i回直流線路的等值輸送功率；Pdi為第i回直流線路的額定功率；UiN為第i回?fù)Q流母線的額定電壓；Zeqij為從各換流母線看出去的等值阻抗矩陣Zeq的第i行、第j列元素；Zeqii為阻抗矩陣Zeq的第i行、第i列元素。

以UiN為基準(zhǔn)電壓，則用標(biāo)幺值表示的MISCR可化簡(jiǎn)整理為：

MISCR反映了多饋入交直流混聯(lián)系統(tǒng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及電網(wǎng)對(duì)換流母線的無(wú)功電壓支撐能力的大小，因此對(duì)多饋入交直流混聯(lián)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定具有一定表征作用，MISCR越大，表明電網(wǎng)對(duì)換流母線的電壓支撐能力越強(qiáng)［6，14］。

1.2 多回特高壓直流不同饋入模式下的MISCR

根據(jù)“三華”電網(wǎng)規(guī)劃方案，未來(lái)幾年華北、華中和華東地區(qū)將進(jìn)一步拓展或構(gòu)建500 kV和1000 kV交流主網(wǎng)架，所需區(qū)外來(lái)電全部通過(guò)特高壓直流或特高壓交流輸入［1］。為了解決特高壓直流饋入過(guò)程中的功率分配和轉(zhuǎn)移問(wèn)題，有專家提出將多回特高壓直流線路采用分層方式饋入受端系統(tǒng)，相當(dāng)于將特高壓直流分為2個(gè)容量各占原直流系統(tǒng)一半的直流支路，分別接入不同電壓等級(jí)交流電網(wǎng)［10，15］。 基于上述方案，本文從單層接入1000 kV電網(wǎng)、單層接入500kV電網(wǎng)以及分層接入1000kV與500kV電網(wǎng)這3個(gè)角度，對(duì)多回特高壓直流在不同饋入模式下的MISCR進(jìn)行分析。由于兩回特高壓直流饋入的推導(dǎo)相對(duì)簡(jiǎn)潔且能夠直觀反映MISCR的變化趨勢(shì)，因此文中以兩回特高壓直流饋入為例進(jìn)行說(shuō)明。

1.2.1 兩回特高壓直流單層饋入模式下的MISCR

兩回特高壓直流單層接入1000 kV交流電網(wǎng)時(shí)的混聯(lián)系統(tǒng)等值模型如圖3所示。

圖3 兩饋入特高壓直流等值系統(tǒng)Fig.3 Equivalent system with two UHVDC infeeds

圖3等值系統(tǒng)中的特高壓交流電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y為：

對(duì)式（4）求逆，可得節(jié)點(diǎn)等值阻抗矩陣Zeq為：

由式（5）可得式（3）中的等值阻抗為：

其中，zi和zj分別為1000 kV換流母線i和j后的系統(tǒng)等值阻抗；zij為換流母線i和j之間的等值聯(lián)系阻抗；Zeqii和Zeqjj分別為等值阻抗矩陣中換流母線i和j對(duì)應(yīng)的自阻抗；Zeqij為等值阻抗矩陣中換流母線i和j之間的互阻抗。

兩回特高壓直流單層接入500kV交流電網(wǎng)時(shí)，MISCR的計(jì)算過(guò)程與單層接入1000 kV交流電網(wǎng)時(shí)相同。令500 kV電網(wǎng)中與1 000 kV電網(wǎng)的zi、zj及zij相 對(duì) 應(yīng) 的等值阻抗分別為 z′i、z′j和z′ij，可得在特高壓直流單層接入500 kV交流電網(wǎng)情況下?lián)Q流母線i和j的自阻抗和互阻抗為：

一般情況下，1000 kV網(wǎng)絡(luò)電氣聯(lián)系強(qiáng)于500kV網(wǎng)絡(luò)，1000 kV換流母線的短路容量比500kV換流母線的短路容量大，且其等值阻抗小，有：

其中，等值阻抗比例系數(shù) k1、k2、k3均大于 1［10］。

（1）當(dāng)時(shí)，即兩回直流間的電氣距離非常小，兩回直流接入同一落點(diǎn)。根據(jù)式（6），兩回特高壓直流單層接入1000 kV電網(wǎng)時(shí)換流母線的自阻抗和互阻抗近似為：

根據(jù)式（7），兩回特高壓直流單層接入500 kV電網(wǎng)時(shí)換流母線的自阻抗和互阻抗近似為：

設(shè)所有阻抗角一致，則由式（8）、（9）、（11）、（12）可得：

由式（3）、（13）可知，在兩回特高壓直流輸送功率不變的情況下，單層接入500kV電網(wǎng)時(shí)的MISCR′i小于單層接入1000 kV電網(wǎng)時(shí)的MISCRi。

（2）當(dāng)時(shí)，即兩回直流間的電氣距離無(wú)窮大，可以視為單饋入交直流系統(tǒng)。兩回特高壓直流單層接入1000 kV電網(wǎng)時(shí)換流母線的自阻抗和互阻抗近似為：

兩回特高壓直流單層接入500 kV電網(wǎng)時(shí)換流母線的自阻抗和互阻抗近似為：

由式（8）、（9）、（14）、（15）可得：

由結(jié)果可知，在兩回特高壓直流輸送功率不變的情況下，MISCR′i＜MISCRi。

（3）當(dāng)，即兩回特高壓直流接入不同落點(diǎn)時(shí)，設(shè)所有阻抗角一致，則由式（8）—（12）可得：

同樣的，在滿足k1k2＞k3且兩回特高壓直流輸送功率不變的情況下，MISCR′i＜MISCRi。

綜上所述，在一般情況下，當(dāng)兩回特高壓直流單層饋入時(shí)，相比接入500 kV交流電網(wǎng)，接入1000 kV交流電網(wǎng)時(shí)系統(tǒng)具有更大的MISCR和更強(qiáng)的電壓支撐能力。

1.2.2 兩回特高壓直流分層饋入模式下的MISCR

兩回特高壓直流分層接入1000 kV和500 kV交流電網(wǎng)，簡(jiǎn)化模型如圖4所示。圖4中，a1和a2為特高壓直流系統(tǒng)a的2個(gè)分支，b1和b2為特高壓直流系統(tǒng)b的2個(gè)分支。

圖4 兩回特高壓直流分層饋入簡(jiǎn)化模型Fig.4 Simplified model for hierarchical infeed of dual-loop UHVDC

假定1000 kV換流母線i和m后的系統(tǒng)等值阻抗值近似相等，500 kV換流母線j和n后的系統(tǒng)等值阻抗值近似相等，即（k＞1），且近似認(rèn)為各換流母線間的聯(lián)系阻抗值相同，即，則兩回特高壓直流分層饋入時(shí)換流母線節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的導(dǎo)納矩陣為：

利用MATLAB對(duì)求逆得到節(jié)點(diǎn)等值阻抗矩陣。在換流母線間聯(lián)系阻抗相對(duì)于系統(tǒng)等值阻抗較小的情況下，可以忽略中各元素的余項(xiàng)，得到均近似為 kzi／（2+2k）。根據(jù)式（3），在兩回特高壓直流分層饋入模式下，第i回直流系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的MISCR近似為：

對(duì)比特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)與單層接入1000 kV交流電網(wǎng)這2種模式，在特高壓直流落點(diǎn)不變的情況下，根據(jù)式（17）和（18）可得單層接入1 000 kV交流電網(wǎng)時(shí)系統(tǒng)的MISCR近似為：

由式（20）和（21）可知，當(dāng)換流母線間聯(lián)系阻抗相對(duì)于系統(tǒng)等值阻抗較小時(shí)，兩回特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)比單層接入1000 kV交流電網(wǎng)具有更大的MISCR，分層饋入模式下受端系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)具有更強(qiáng)的電壓支撐能力。

2 多回特高壓直流分層饋入模式下的交流電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓

2.1 單回特高壓直流饋入時(shí)的交流電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓

在交直流混聯(lián)系統(tǒng)中，當(dāng)輸電設(shè)備投切以及直流饋入功率或系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，會(huì)引起交流電網(wǎng)電壓變化，如果受端系統(tǒng)較弱，交流電網(wǎng)的電壓變化會(huì)更加明顯。一般情況下，交流電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)電壓偏離額定值越大，電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)的電壓越界風(fēng)險(xiǎn)也越高。

單回直流饋入的穩(wěn)態(tài)電壓分析模型如圖5所示。對(duì)于圖5中的系統(tǒng)，有：

其中，Ss為換流母線s注入交流系統(tǒng)的單相功率；Ps和Qs分別為相應(yīng)的單相有功和無(wú)功功率；Us為換流母線相電壓；Is為換流母線注入交流系統(tǒng)的相電流；φs為功率因數(shù)角。此時(shí)對(duì)應(yīng)的交流系統(tǒng)電壓變化為：

圖5 單饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓分析模型Fig.5 Steady-state voltage analysis model of single-infeed DC system

電壓變化Udrop可分解為沿Is方向的IsRl以及垂直于Is方向的jIsXl2個(gè)分量（Rl和Xl分別為Zl的實(shí)部與虛部），則交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓Ue可表示為：

其中，δ為 Is超前 Ue的相角。 由式（22）和式（25）得：

直流系統(tǒng)換流站運(yùn)行需要大量無(wú)功功率，正常情況下約為直流傳輸功率的40%～60%［16-17］。此處假定Qs的大小為0.5Ps，設(shè)Us為基準(zhǔn)電壓且大小為1，代入式（26）后化簡(jiǎn)可得：

結(jié)合式（1）中的短路比定義可知，當(dāng)換流母線電壓固定為1時(shí)，有：

將式（28）代入式（27）得：

由式（29）可知，在單回直流饋入模式下，若假定換流母線相電壓Us為額定值不變，有：（1）當(dāng)KSCR＞2.5 時(shí)，KSCR越大，Ue越大；當(dāng) KSCR＜2.5 時(shí)，KSCR越大，Ue越小。事實(shí)上，當(dāng)饋入的直流功率Ps增加時(shí)，無(wú)功消耗的增長(zhǎng)會(huì)使得交流電壓及直流電壓出現(xiàn)不同程度的下降，即Us會(huì)降低［18］。上述分析從側(cè)面表明，在單回直流饋入模式下，隨著直流注入功率的增大，當(dāng)KSCR＞2.5，即受端系統(tǒng)為強(qiáng)系統(tǒng)時(shí)，Ue的下降程度小于 Us；當(dāng) KSCR＜2.5，即受端系統(tǒng)為弱系統(tǒng)時(shí)，Ue的下降程度大于Us。

2.2 兩回直流分層饋入時(shí)交流系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓

當(dāng)兩回特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)時(shí)，其穩(wěn)態(tài)電壓分析模型如圖6所示，為說(shuō)明方便，圖6中在考慮其他直流系統(tǒng)影響的條件下對(duì)單回特高壓直流系統(tǒng)進(jìn)行分析。

圖6 特高壓直流分層饋入時(shí)的穩(wěn)態(tài)電壓分析模型Fig.6 Steady-state voltage analysis model of UHVDC system in hierarchical infeed mode

圖6中，節(jié)點(diǎn)1—4表示兩回特高壓直流分層饋入時(shí)在不同接入點(diǎn)的換流母線，其中節(jié)點(diǎn)1和3為1000 kV換流母線，節(jié)點(diǎn)2和4為500 kV換流母線。根據(jù)基爾霍夫電流定律，在換流母線1處注入交流電網(wǎng)的電流Is滿足：

其中，對(duì)于電流 I1k（k=2，3，4）有：

從換流母線1處看進(jìn)去的交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓Ue為：

將式（30）與式（31）代入式（32），得：

其中，U′e為不考慮其他直流系統(tǒng)影響時(shí)，單回特高壓直流饋入情況下的交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓，其大小可以由式（27）計(jì)算。

當(dāng)兩回特高壓直流單層饋入1000 kV交流系統(tǒng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓為：

其中，U″e(cuò)與U′e含義相同，二者的區(qū)別在于U′e計(jì)算公式中的有功功率 Ps為 U″e(cuò)中的 1／2。

對(duì)比兩回特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)與單層接入交流電網(wǎng)這2種模式。設(shè)ΔU為2種模式下的交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓差，令式（33）和（34）相減可得：

其中，ΔUhie為直流分層饋入引起的電壓變化量；ΔUmul為多回直流相互作用引起的電壓變化量。

令Ps為分層饋入模式下?lián)Q流母線注入交流系統(tǒng)的單相有功功率，以Ps為變量將進(jìn)行二階泰勒展開(kāi)得：

其中，Rn（Ps）為泰勒公式的余項(xiàng)。

在忽略U′e和U″e(cuò)相位差的基礎(chǔ)上，由式（35）和式（36）可得：

由式（37）可知，主要受直流注入功率以及饋入點(diǎn)的系統(tǒng)等值阻抗的影響；ΔUmul除了受饋入點(diǎn)系統(tǒng)等值阻抗的影響外，還與流過(guò)換流母線間等值聯(lián)系阻抗的電流相關(guān)。最終決定多回特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)和單層接入交流電網(wǎng)這2種模式對(duì)交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的影響，需要結(jié)合具體系統(tǒng)進(jìn)行分析。

3 多回特高壓直流分層饋入時(shí)的直流系統(tǒng)極限傳輸功率

3.1 直流極限傳輸功率概念

當(dāng)多回特高壓直流饋入交流系統(tǒng)時(shí)，假設(shè)所研究的第i回直流系統(tǒng)為定熄弧角控制，其他直流系統(tǒng)電流不發(fā)生變化，且保持穩(wěn)定運(yùn)行。第i回直流系統(tǒng)輸送的有功功率Pi一般會(huì)隨著換流母線注入交流系統(tǒng)電流Ii的增加而增大，在此過(guò)程中所增加的無(wú)功消耗使得交流電壓及直流電壓出現(xiàn)下降。當(dāng)Ii增大到某一數(shù)值時(shí)，繼續(xù)增大Ii帶來(lái)的功率增長(zhǎng)不足以抵消電壓下降造成的功率下降，從而使得Pi開(kāi)始降低，因此存在最大直流功率Pmax［19］。當(dāng)?shù)趇回直流系統(tǒng)輸送的有功功率Pi滿足下列條件時(shí)，Pi達(dá)到最大：

隨著Pi的增加，如果被饋入的交流系統(tǒng)支撐強(qiáng)度不夠，則有可能在饋入的直流功率達(dá)到最大之前，交流系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)潮流不收斂，從而無(wú)法繼續(xù)增加直流功率至最大值。本文中將剛開(kāi)始出現(xiàn)潮流不收斂時(shí)的直流輸送功率與最大直流功率這二者的較小值定義為直流極限傳輸功率Plim，滿足Plim≤Pmax。在多回特高壓直流分層饋入模式下，由于計(jì)算第i回直流系統(tǒng)的Plim需要求解的穩(wěn)態(tài)方程數(shù)目龐大且難以得到Plim的解析解，為此本文采用自組織臨界方法，通過(guò)逐步增加直流輸送功率的方式求取Plim。

3.2 直流極限傳輸功率計(jì)算方法

自組織臨界理論是復(fù)雜科學(xué)的重要組成部分，解釋了自然界中遠(yuǎn)離平衡態(tài)且彼此影響的耗散動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)自組織過(guò)程向臨界狀態(tài)發(fā)展的過(guò)程。這類系統(tǒng)中能量注入是持續(xù)且緩慢的，稱為慢過(guò)程；能量耗散相對(duì)而言極為迅速，稱為快過(guò)程。自組織臨界慢過(guò)程可以模擬電網(wǎng)狀態(tài)緩慢發(fā)展的過(guò)程，包括發(fā)電機(jī)出力和負(fù)荷量的緩慢增加以及各支路傳輸容量的逐漸變化等［20-21］。為求出直流系統(tǒng)的極限傳輸功率，同時(shí)得出直流系統(tǒng)電流與輸送功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，本文應(yīng)用自組織臨界慢過(guò)程分析方法，通過(guò)緩慢增加直流系統(tǒng)饋入電流的方式，對(duì)直流輸送功率隨電流增加而變化的整體趨勢(shì)進(jìn)行仿真。直流系統(tǒng)電流的增長(zhǎng)模型如下：

其中，I0為較小的直流系統(tǒng)電流初值；λi為直流系統(tǒng)電流增長(zhǎng)系數(shù)。每增加一定比例的直流系統(tǒng)電流，即進(jìn)行潮流仿真并計(jì)算直流饋入功率，直至直流饋入功率達(dá)到最大值或潮流不收斂。

4 算例分析

本文以中國(guó)某區(qū)域規(guī)劃電網(wǎng)為例進(jìn)行分析計(jì)算。該電網(wǎng)為包含特高壓的交直流混聯(lián)電網(wǎng)，有10個(gè)1000kV節(jié)點(diǎn)和10條1000 kV交流支路，并有2回特高壓直流饋入。將該電網(wǎng)進(jìn)行等值簡(jiǎn)化后其中包含220 kV及以上電壓等級(jí)的節(jié)點(diǎn)1604個(gè)、支路2812條，總負(fù)荷2.05×105MW。在MATLAB環(huán)境下，利用 PSAT（Power System Analysis Toolbox）軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，對(duì)多回特高壓直流分層饋入模式下交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行仿真分析。

4.1 特高壓直流不同饋入模式下的MISCR

根據(jù)上述MISCR計(jì)算方法，分別計(jì)算兩回特高壓直流在單層接入500 kV交流電網(wǎng)、單層接入1 000 kV交流電網(wǎng)以及分層接入500 kV和1000 kV交流電網(wǎng)這3種模式下的MISCR，結(jié)果如表1和表2所示，表中各參數(shù)均以標(biāo)幺值表示。

由表1可知在單層接入模式下，等值阻抗比例系數(shù)為 k1=0.65 ／0.48=1.35，k2=0.62 ／0.49=1.27，k3=0.073 ／0.051=1.43，顯然 k1k2=1.71＞1.43=k3，此時(shí)兩回特高壓直流單層接入1000 kV電網(wǎng)的MISCR分別為3.071和3.172，大于單層接入500 kV電網(wǎng)時(shí)的MISCR，這與理論分析相符。結(jié)合表1和表2還可以看出，按照MISCR由大到小的順序，相應(yīng)的兩回特高壓直流饋入模式依次為：分層接入500 kV和1 000 kV交流電網(wǎng)，單層接入1000 kV交流電網(wǎng)，以及單層接入500 kV交流電網(wǎng)。其中，在分層饋入模式下MISCR最大。根據(jù)IEEE提出的利用MISCR劃分交直流系統(tǒng)強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)MISCR大于2.5時(shí)多饋入交直流系統(tǒng)為強(qiáng)系統(tǒng)［6］。由表1和表2中的MISCR可知，當(dāng)兩回特高壓直流單層接入1000kV電網(wǎng)以及分層接入500 kV和1000 kV電網(wǎng)時(shí)，交流系統(tǒng)對(duì)饋入的直流系統(tǒng)具有較強(qiáng)的電壓支撐作用。

表1 兩回特高壓直流單層接入交流電網(wǎng)時(shí)的多饋入短路比Table 1 MISCR analysis for dual-loop UHVDC in simple infeed mode

表2 兩回特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)時(shí)的多饋入短路比Table 2 MISCR analysis for dual-loop UHVDC in hierarchical infeed mode

4.2 特高壓直流不同饋入模式下的極限傳輸功率

從接近于0的初值開(kāi)始逐步增加某特高壓直流回路注入交流系統(tǒng)的電流，電流增長(zhǎng)系數(shù)λ=1.01，其余直流回路的注入功率保定額定值不變。在不同饋入模式下，特高壓直流傳輸功率隨電流變化的曲線如圖7所示，其中直流電流和直流饋入功率均為標(biāo)幺值。

圖7 特高壓直流不同饋入模式下的功率曲線Fig.7 Power curve of UHVDC for different infeed modes

在3種不同的饋入模式下，交流系統(tǒng)均于兩回特高壓直流未到達(dá)最大傳輸功率前出現(xiàn)潮流不收斂。由圖7可知，特高壓直流接入500 kV交流電網(wǎng)時(shí)，兩回直流的極限傳輸功率分別為其額定功率的1.23倍與1.25倍；接入1000 kV交流電網(wǎng)時(shí)，兩回直流的極限傳輸功率分別為其額定功率的1.51倍與1.65倍；分層接入500 kV和1 000 kV交流電網(wǎng)時(shí)，兩回直流的極限傳輸功率分別為其額定功率的1.74倍與1.98倍。上述結(jié)果表明在本算例中采用分層饋入模式有助于增大直流系統(tǒng)的極限傳輸功率，提高交流系統(tǒng)對(duì)特高壓直流的電壓支撐能力，增加交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量。

5 結(jié)論

本文重點(diǎn)分析了兩回特高壓直流在3種饋入模式下的MISCR、交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓以及直流極限傳輸功率，結(jié)論如下。

（1）在一定條件下，當(dāng)兩回特高壓直流饋入受端系統(tǒng)時(shí)，分層接入1000 kV和500 kV交流電網(wǎng)、單層接入1000 kV交流電網(wǎng)、單層接入500 kV交流電網(wǎng)這3種模式所對(duì)應(yīng)的MISCR的數(shù)值依次降低。分層饋入模式有助于促進(jìn)不同電壓等級(jí)電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)配合，提高交流系統(tǒng)對(duì)特高壓直流的電壓支撐能力，提升交直流混聯(lián)系統(tǒng)的安全性。

（2）在特高壓直流單層饋入模式下，當(dāng)受端系統(tǒng)較強(qiáng)時(shí)，隨著直流注入功率的增大，交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的降幅小于直流接入端電壓；當(dāng)受端系統(tǒng)較弱時(shí)，隨著直流注入功率的增大，交流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓的降幅大于直流接入端電壓。

（3）對(duì)兩回特高壓直流饋入系統(tǒng)，在不同饋入模式下直流系統(tǒng)的極限傳輸功率隨MISCR的增加而增大，二者呈正相關(guān)關(guān)系；采用分層饋入模式有助于增大直流系統(tǒng)的極限傳輸功率，提高交直流混聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量。

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