特高壓交直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐用大型調(diào)相機(jī)運(yùn)行需求分析

曾波　吳昆霖

摘要：為了更好地提升特高壓交直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)大容量雙向調(diào)節(jié)能力以及無(wú)功支撐，該文針對(duì)大容量調(diào)相機(jī)的相關(guān)特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，與此同時(shí)，還將具有相同容量級(jí)別的發(fā)電機(jī)組設(shè)備進(jìn)行了對(duì)比，并提出了相應(yīng)的問(wèn)題以及建議。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；大型調(diào)相機(jī)；動(dòng)態(tài)無(wú)功

中圖分類(lèi)號(hào)：TM721.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—6487（2018）02—0049—02

1動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)對(duì)特高壓直流輸電的重要意義

換流器只要是在直流輸電工程中，無(wú)論是何種運(yùn)行方式（逆變運(yùn)行及整流運(yùn)行）都會(huì)消耗很大的無(wú)功功率。通常而言，在直流樹(shù)洞功率中，輸送條件不一樣，所消耗的無(wú)功功率也會(huì)有所差別，但是二者均會(huì)對(duì)無(wú)功功率造成大量的消耗，相比較而言，逆變站消耗得更多一些。為了更好的對(duì)換流器的安全運(yùn)行進(jìn)行保障，首先應(yīng)該讓無(wú)功功率的足夠供給得到確保。如果無(wú)功功率的正常供給不能得到保障，不論是過(guò)少還是過(guò)多，都會(huì)對(duì)交流電壓的穩(wěn)定性造成影響。情況嚴(yán)重的話，還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)直流系統(tǒng)以及交流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行受到威脅。所以在特高壓直流輸電中，響應(yīng)快速、靈活可控的動(dòng)態(tài)無(wú)功調(diào)節(jié)手段的重要性就不言而喻了。

大容量調(diào)相機(jī)作為一種重要的無(wú)功發(fā)生裝置，主要作用是對(duì)直流輸送極限功率進(jìn)行提升，同時(shí)將受端交流電網(wǎng)的短路比進(jìn)行提升。二者相結(jié)合，有利于讓電網(wǎng)的靈活性以及強(qiáng)度在一定程度上得到提高。若是由于種種因素造成故障或者是電壓下降不穩(wěn)定的情況，那么此時(shí)大容量調(diào)相機(jī)可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的具體情況，采取措施維護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定，從而爭(zhēng)取更多的時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行診斷或者切除。如果系統(tǒng)突然出現(xiàn)閉鎖或者甩有功負(fù)荷，那么應(yīng)該針對(duì)性的采取措施，將大量過(guò)剩的無(wú)功進(jìn)行吸收，以達(dá)到對(duì)電壓系統(tǒng)的升高進(jìn)行抑制的目的。若是直流系統(tǒng)在正常運(yùn)行的過(guò)程中，需要對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，那么可以在進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)或者遲相狀態(tài)為交流電網(wǎng)提供連續(xù)可調(diào)動(dòng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功支持。

2特高壓主流輸電工程系統(tǒng)運(yùn)行要求

通過(guò)將電網(wǎng)對(duì)動(dòng)態(tài)無(wú)用支持的特殊需求進(jìn)行的分析以及電網(wǎng)部門(mén)的綜合考慮，特別是身處變電站以及換流站的工作人員的專業(yè)性等。安全可靠性以及暫動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)維檢修等性能，是特高壓直流輸電工程新型大容量調(diào)相機(jī)組所必備的，其目的是為了讓特高壓直流輸電工程的穩(wěn)定性與安全性得到保障。在以上性能中，最為重要的是暫動(dòng)態(tài)性能，該項(xiàng)指標(biāo)與新型大容量調(diào)相機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)之間都有著非常密切的聯(lián)系。

在新型的大容量調(diào)相機(jī)組中，為了使電網(wǎng)對(duì)無(wú)功支持能力要求得到滿足，采取了一系列改進(jìn)措施，例如減少超瞬態(tài)電抗、增大短路比等。但是在對(duì)以上要求進(jìn)行滿足的同時(shí)，也存在著不足之處，例如削弱了對(duì)系統(tǒng)短路電流水平的抑制作用。該作用削弱產(chǎn)生的最為直觀的不利影響，在直流饋入的受端交流系統(tǒng)中體現(xiàn)的尤為明顯。在一般情況下，該系統(tǒng)為強(qiáng)系統(tǒng)，不僅發(fā)電廠的數(shù)量很多，且分布非常集中，同時(shí)還由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密、單機(jī)容量大、負(fù)荷集中等因素，使得短路電流水平對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成了重大的阻礙。

因此在各類(lèi)設(shè)計(jì)進(jìn)行的過(guò)程中，必須對(duì)電流水平超標(biāo)、區(qū)域電網(wǎng)短路等可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行充分的考慮。為了讓新型大容量調(diào)相機(jī)所計(jì)入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性得到保障，必要的時(shí)候，可以采取相應(yīng)的措施對(duì)短路電流的問(wèn)題進(jìn)行改善，例如限流電抗器、高抗阻設(shè)備、故障電流限流器等。除此之外，還可以采用改變電網(wǎng)運(yùn)行方式以及變壓器經(jīng)小電抗接地等方法對(duì)短路電流的問(wèn)題進(jìn)行改善。需要進(jìn)行注意的是，在對(duì)高抗阻設(shè)備進(jìn)行考慮的時(shí)候，應(yīng)該明確高抗阻設(shè)備在與新型大容量調(diào)相機(jī)進(jìn)行連接時(shí)，主變壓器抗阻造成調(diào)相機(jī)對(duì)系統(tǒng)的無(wú)功輸出和暫動(dòng)態(tài)的相應(yīng)能力造成直接影響。

3技術(shù)運(yùn)行特點(diǎn)

為了進(jìn)一步的讓暫動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)要求得到更好的滿足，本次研究將新型大容量調(diào)相機(jī)與一般情況下的常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行了對(duì)比，具體數(shù)據(jù)如表2所示。二者在電磁參數(shù)、時(shí)間常數(shù)以及強(qiáng)勵(lì)指標(biāo)等諸多方面根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，其目的是為了更好的與交直流混聯(lián)電網(wǎng)相適應(yīng)。通過(guò)綜合分析以及對(duì)系統(tǒng)仿真方面的研究，有關(guān)部門(mén)對(duì)新型大容量調(diào)相機(jī)的主要指標(biāo)提出了建議，詳情見(jiàn)表1和表2。

通過(guò)觀察表1、表2可以發(fā)現(xiàn)，二者之間具有一致性，下面是參數(shù)關(guān)系展示：

通過(guò)對(duì)上面2個(gè)表格進(jìn)行分析可以知道，一般情況下典型汽輪發(fā)電機(jī)在理論上進(jìn)相深度可以達(dá)到200MVar，但是在實(shí)際的運(yùn)行中，還需要考慮冷卻效果以及端部發(fā)熱，在目前的汽輪發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，還不能達(dá)到理論要求，并且還沒(méi)有連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的記錄。將重要機(jī)型的功率運(yùn)行曲線進(jìn)行分析，根據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在零功率因素下，汽輪發(fā)電機(jī)的進(jìn)相運(yùn)行深度有一定限制，一般情況下均限制在-170～-190 MVar這個(gè)區(qū)間內(nèi)，具體情況可以通過(guò)表2可以明確。為了讓大容量調(diào)相機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行能力到保障，在進(jìn)行原型機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，端部位置的冷卻效果需要進(jìn)行詳細(xì)的校核，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)相應(yīng)的條件進(jìn)行創(chuàng)造，確保型式試驗(yàn)得到開(kāi)展。

電網(wǎng)部門(mén)對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)的強(qiáng)勵(lì)性能的相關(guān)方面提出了更高的要求，其目的是為了讓大容量調(diào)相機(jī)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功支持能力得到提升，通過(guò)表1可以看出強(qiáng)勵(lì)性能指標(biāo)為頂值電流的2.5倍、頂值電壓的3.5倍，可見(jiàn)其對(duì)強(qiáng)勵(lì)頂值電流以及項(xiàng)值電壓的持續(xù)時(shí)間以及倍數(shù)等都有了較大的提升，因此與之相應(yīng)的勵(lì)磁變壓器絕緣體和勵(lì)磁繞組匝間絕緣、轉(zhuǎn)子冷卻效果等方面的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)行相應(yīng)的提升。為了讓減小電機(jī)時(shí)間常數(shù)得到滿足，達(dá)到暫態(tài)性能提升的要求，在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還需要對(duì)其他方面進(jìn)行考慮，如增大或者減小轉(zhuǎn)子繞組等效電感等。需要注意的是，這與增強(qiáng)轉(zhuǎn)子熱容、提升轉(zhuǎn)子強(qiáng)勵(lì)性能之間存在矛盾。

4結(jié)束語(yǔ)

文章將特高壓直流輸電工程配套使用的大容量調(diào)相機(jī)性能特點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的分析，將其與常規(guī)級(jí)別的汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了性能指標(biāo)方面的差異性對(duì)比，同時(shí)還將特高壓直流輸電工程大容量調(diào)相機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程所需要注意的問(wèn)題進(jìn)行了說(shuō)明，希望對(duì)大容量調(diào)相機(jī)組的安全運(yùn)行以及設(shè)計(jì)制造有一定的幫助，也希望可以使其在交直流混聯(lián)電網(wǎng)中更好的發(fā)揮其作用。