電氣工程

新一代大容量調(diào)相機在電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

王雅婷，張一馳，周勤勇，等

摘要：目的：我國能源資源與負荷呈逆向分布，通過多回特高壓直流進行大容量輸電。按照特高壓直流設(shè)計原則，正常工況下直流換流站與系統(tǒng)無功交換為零，直流本身不向系統(tǒng)提供動態(tài)無功，故障下特高壓直流送受端電壓穩(wěn)定問題突出。調(diào)相機作為旋轉(zhuǎn)設(shè)備，與SVC、STATCOM等基于電力電子技術(shù)的動態(tài)無功補償裝置相比，既為系統(tǒng)提供短路容量，又具有更好的無功出力特性，在提高系統(tǒng)穩(wěn)定性方面具備獨特優(yōu)勢。本文結(jié)合特高壓直流輸電工程對于調(diào)相機的技術(shù)需求，研究了調(diào)相機的模型及運行特性，通過仿真分析了調(diào)相機在直流送受端的應(yīng)用效果，論證了新一代調(diào)相機相比傳統(tǒng)調(diào)相機的技術(shù)優(yōu)勢，提出了調(diào)相機在特高壓直流工程中的應(yīng)用前景。方法：首先結(jié)合直流對于調(diào)相機的技術(shù)需求，研究了調(diào)相機模型，提出基于不同時間尺度的次暫態(tài)、暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)3種運行特性。然后，基于酒泉—湖南特高壓直流風火打捆送端，從增加系統(tǒng)短路比、降低新能源高壓脫網(wǎng)風險、抑制穩(wěn)態(tài)過電壓等角度研究了調(diào)相機在特高壓直流送端的應(yīng)用效果；基于華東多直流饋入受端電網(wǎng)，從提高直流多饋入短路比、降低多回直流同時換相失敗的風險、提升嚴重故障下的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定水平等角度研究了調(diào)相機在特高壓直流受端電網(wǎng)的應(yīng)用效果。最后，從設(shè)備角度提出新一代調(diào)相機在運行維護、無功響應(yīng)特性等方面相較于傳統(tǒng)調(diào)相機的技術(shù)優(yōu)勢，為調(diào)相機后續(xù)投入工程運行提供技術(shù)支撐。結(jié)果：（1）電力系統(tǒng)事故后運行曲線按照時間尺度可劃分為次暫態(tài)過程、暫態(tài)過程、穩(wěn)態(tài)過程。對應(yīng)于每段過程，調(diào)相機可分別

發(fā)揮次暫態(tài)特性、暫態(tài)特性、穩(wěn)態(tài)特性，為系統(tǒng)提供動態(tài)無功支撐。（2）2臺300 Mvar容量的調(diào)相機裝設(shè)于酒泉—湖南特高壓直流送端的酒泉換流站時，調(diào)相機發(fā)揮3方面作用。一方面調(diào)相機作為旋轉(zhuǎn)設(shè)備，增加酒泉換流站的短路容量和有效短路比，增強了交流電網(wǎng)對直流的支撐能力；另一方面在發(fā)生直流換相失敗等故障時，調(diào)相機發(fā)揮其次暫態(tài)特性，發(fā)出大量感性無功抑制故障后的暫態(tài)過電壓，降低了送端風電機組高壓脫網(wǎng)的風險；再一方面，在發(fā)生直流雙極閉鎖等故障時，調(diào)相機發(fā)揮穩(wěn)態(tài)特性，利用進相能力在故障后系統(tǒng)多余無功，抑制故障后的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)過電壓，改善電壓水平。（3）在華東長三角直流多饋入地區(qū)，考慮在5條特高壓直流的受端換流站各裝設(shè)2臺300 Mvar調(diào)相機，調(diào)相機發(fā)揮3方面作用。一方面，調(diào)相機作為旋轉(zhuǎn)設(shè)備，有效提升各直流多饋入短路比，增強了長三角地區(qū)交流電網(wǎng)的短路容量和支撐能力；另一方面，在系統(tǒng)發(fā)生交流故障導致直流換相失敗時，調(diào)相機發(fā)揮其次暫態(tài)特性，大幅減少多回直流同時換相失敗的機率，降低了特高壓直流發(fā)生送受端系統(tǒng)性連鎖故障的風險。再一方面，在系統(tǒng)發(fā)生嚴重交流故障導致電壓嚴重跌落的情況下，調(diào)相機發(fā)揮暫態(tài)特性，利用強勵能力短時發(fā)出額定容量2倍左右無功，為系統(tǒng)提供緊急無功電壓支撐。結(jié)論：（1）新一代大容量調(diào)相機能夠全面提升系統(tǒng)動態(tài)無功儲備，可解決受端電網(wǎng)因動態(tài)無功不足、弱送端電網(wǎng)短路容量支撐不足而導致的各種類型電壓穩(wěn)定問題，加強系統(tǒng)的電壓支撐和運行靈活性。（2）調(diào)相機加裝于華東地區(qū)等站點密集的受端電網(wǎng)時，對短路電流有一定貢獻，可能需采取相應(yīng)的短路電流控制措施。（3）新一代調(diào)相機通過優(yōu)化設(shè)計，性能得到了全面改善。單機容量增大至300 Mvar，無功支撐能力強，同時降低了單位造價；內(nèi)冷卻系統(tǒng)采用全密閉空冷形式，運行維護方便；新型調(diào)相機在故障瞬間的電壓支撐能力強，暫態(tài)響應(yīng)速度快，過載能力大，且具備較強的進相能力。新型調(diào)相機以其獨特的優(yōu)勢，未來將在特高壓交直流電網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。

來源出版物：電網(wǎng)技術(shù), 2017, 41(1)： 22-28

入選年份：2017