環(huán)網(wǎng)解列及短路電流抑制技術(shù)

高宇 袁小華 張藝鐘

摘要：在當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)展的過程中，高低壓電磁換網(wǎng)結(jié)構(gòu)有效提高了電網(wǎng)的輸電能力?；陔娋W(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)合環(huán)運(yùn)行問題也逐漸凸顯出來。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不斷完善的背景下，電磁環(huán)網(wǎng)也得到了高度重視，使電網(wǎng)在不同層和區(qū)運(yùn)行，有效降低短路電流，對(duì)潮流加以控制，提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性?；诖?，文章將環(huán)網(wǎng)解列與短路電流抑制技術(shù)作為主要研究?jī)?nèi)容展開重點(diǎn)闡述，希望有所幫助。

關(guān)鍵詞：環(huán)網(wǎng)解列;短路電流;抑制技術(shù)

電力工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)基礎(chǔ)地位，伴隨人們用電量的增加，電網(wǎng)系統(tǒng)與發(fā)電廠所面臨負(fù)荷也顯著增加。在電網(wǎng)改造和運(yùn)行復(fù)雜的情況下，聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的電壓電網(wǎng)能夠并列運(yùn)行，進(jìn)而產(chǎn)生高低壓電磁環(huán)網(wǎng)運(yùn)行，可有效提高電網(wǎng)斷面的輸電能力，但高壓線路斷開后很容易出現(xiàn)功率轉(zhuǎn)移的情況，直接增加低壓線路傳輸水平，事故發(fā)生范圍會(huì)加劇。為此，必須在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行期間盡量減少電磁換網(wǎng)發(fā)生率，才能夠不斷提高電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由此可見，深入研究環(huán)網(wǎng)解列及短路電流抑制技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、柔性環(huán)網(wǎng)控制器控制方法

借助MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)柔性環(huán)網(wǎng)控制器加以設(shè)計(jì)，主要包含系統(tǒng)級(jí)控制、換流閥級(jí)控制與換流站級(jí)控制三層。換流站控制系統(tǒng)的分級(jí)控制框架如圖一所示：

柔性環(huán)網(wǎng)控制器的系統(tǒng)級(jí)控制目的就是借助電網(wǎng)運(yùn)行的方法和負(fù)荷曲線形成不同的參考指令。在此控制系統(tǒng)中，可結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行的多種形式與目標(biāo)確定最佳控制策略，使得控制系統(tǒng)潮流得以優(yōu)化。

因換流閥所能夠承受的過電流能力不大，在系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障亦或是有擾動(dòng)的情況下就會(huì)形成較大過電流，進(jìn)而損毀開關(guān)器件與其他設(shè)備。為此，應(yīng)將電流限幅環(huán)節(jié)設(shè)置于外環(huán)功率控制器的出口位置，對(duì)電流指令值加以約束，對(duì)換流器過流加以抵御。一般情況下，限流方式很多，應(yīng)結(jié)合系統(tǒng)的具體狀況與應(yīng)用環(huán)境加以確定[1]。

若交流系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱的故障，柔性環(huán)網(wǎng)控制器就會(huì)在僅選擇正序電流控制器的狀態(tài)下出現(xiàn)諸多弊端：

第一，故障狀態(tài)下，交流電流畸變情況相對(duì)嚴(yán)重，直接提高了故障相電流幅值，同時(shí)正序分量也不斷增加。若控制不及時(shí)，會(huì)產(chǎn)生保護(hù)動(dòng)作，對(duì)器件造成損壞;

第二，直流線路有接地中點(diǎn)，進(jìn)而形成零序回路，而交流側(cè)的零序電流就會(huì)向直流側(cè)流入，致使直流中性點(diǎn)的電位出現(xiàn)波動(dòng)。另外，負(fù)序分量還會(huì)導(dǎo)致功率振蕩，導(dǎo)致直流母線電壓二倍頻的波動(dòng)幅值增加;

第三，電流的負(fù)序分量與零序分量都會(huì)對(duì)柔性環(huán)網(wǎng)控制器運(yùn)行的特性產(chǎn)生直接影響。而零序電流分量會(huì)向另一端的換流站流入，在直流母線電壓出現(xiàn)波動(dòng)的情況下，另一端換流站的運(yùn)行條件就會(huì)受到直接影響。

為對(duì)以上問題加以解決，需采用三個(gè)序分量構(gòu)建復(fù)合電流控制器。對(duì)負(fù)序與零序電流分量進(jìn)行消除處理，在電網(wǎng)系統(tǒng)不平衡的情況下，保證換流器的輸出交流電流更平衡，在不平衡電流不改變的條件下能夠與電網(wǎng)運(yùn)行要求相適應(yīng)。所以說，應(yīng)當(dāng)將負(fù)序與零序電流控制電流參考數(shù)值設(shè)置成零，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。

二、短路電流超標(biāo)解決策略

（一）電磁環(huán)網(wǎng)形成原因

伴隨電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，傳輸?shù)呢?fù)荷隨之提高，同一區(qū)域內(nèi)會(huì)形成高一級(jí)電壓輸電線路，因而使得電磁環(huán)網(wǎng)出現(xiàn)的速度明顯加快。

首先，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，電力需求量顯著增加，直接增大了電力負(fù)荷，導(dǎo)致部分電網(wǎng)系統(tǒng)難以與輸電容量需求相適應(yīng)。要想達(dá)到大容量輸電目標(biāo)，就要建設(shè)高電壓等級(jí)電力網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而形成電磁環(huán)網(wǎng);

其次，電力規(guī)劃初期，技術(shù)工作人員未深入了解電磁環(huán)網(wǎng)缺點(diǎn)，僅認(rèn)為可確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行并且提高電網(wǎng)容量。為此，在電網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)選擇使用電磁換網(wǎng);

最后，電網(wǎng)內(nèi)涵括諸多子系統(tǒng)，并開展分散化管理，導(dǎo)致電網(wǎng)建設(shè)方式有所不同。在形成大電網(wǎng)的情況下，不同電壓等級(jí)電網(wǎng)就會(huì)并列運(yùn)行，同樣會(huì)產(chǎn)生電磁環(huán)網(wǎng)。

（二）選擇安裝位置

若供電區(qū)域內(nèi)若干電磁環(huán)網(wǎng)交匯，且整體短路電流的水平超標(biāo)。通常來講，供電區(qū)域電磁環(huán)網(wǎng)的短路電流超標(biāo)，需要將500kV變電站母線轉(zhuǎn)變成220kV。與此同時(shí)，要對(duì)母線分裂處理，使得短路電流超標(biāo)的問題得到緩解，但是地區(qū)與檢修方式供電能力會(huì)明顯下降。采用背靠背直流輸電系統(tǒng)，能夠使所連接的交流系統(tǒng)短路水平加以限制，確保電網(wǎng)系統(tǒng)短路水平降低[2]。所以，擬選擇短路電流超標(biāo)母線分段的位置，將柔性環(huán)網(wǎng)控制器安裝其中，如圖二所示。借助控制器確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行正常，降低電網(wǎng)短路電流，使區(qū)域內(nèi)供電更可靠。

（三）選擇柔性環(huán)網(wǎng)控制器的容量

一般情況下，在接入柔性環(huán)網(wǎng)控制器后，應(yīng)參考電壓等級(jí)與換流閥的額定載流能力，對(duì)環(huán)網(wǎng)控制器容量的上限加以估算。若交流電壓等級(jí)是110KV，直流電壓等級(jí)是200KV，換流閥的額定載流能力是1.5KV，那么容量上限大致為300MW;若交流電壓等級(jí)是220KV，直流電壓等級(jí)是400KV，換流閥的額定載流能力是1.5KV，那么容量上限大致為600MW。

選擇使用換流變壓器的主要目的就是保證換流器實(shí)際輸出交流電壓與電網(wǎng)電壓相互匹配，一旦發(fā)生不對(duì)稱的故障，需隔離零序電流。通過對(duì)柔性環(huán)網(wǎng)控制器安裝位置與經(jīng)濟(jì)性因素的研究和分析，在電網(wǎng)的電壓與換流器輸出交流電壓相互匹配的情況下，即可不斷完善換流器拓?fù)渑c主線的設(shè)計(jì)，盡量避免使用換流變壓器，縮減用地量與建設(shè)費(fèi)用[3]。為此，在對(duì)連接方式與換流閥技術(shù)參數(shù)聯(lián)系進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，可合理制定柔性環(huán)網(wǎng)控制器方案。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，電網(wǎng)始終處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)，也會(huì)建設(shè)更多變電站與電網(wǎng)電路，進(jìn)而形成全新電磁環(huán)網(wǎng)。為此，對(duì)于電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與電網(wǎng)分區(qū)運(yùn)行的研究十分有必要，長(zhǎng)期性特征也十分明顯。在以上研究中，結(jié)合電磁環(huán)網(wǎng)探討了柔性環(huán)網(wǎng)控制器控制方法以及短路電流超標(biāo)解決策略，希望為電力網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行提供必要幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]王佳潤(rùn)，張鐵巖.關(guān)于環(huán)網(wǎng)解列及短路電流抑制技術(shù)研究綜述[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（23）：186.

[2]陳疆，雷晨昊，王筱，等.特大級(jí)差電網(wǎng)中超限短路電流治理關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[Z].國(guó)網(wǎng)新疆電力公司烏魯木齊供電公司，國(guó)網(wǎng)新疆電力公司，國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽徽電科技股份有限公司.2016.

[3]計(jì)偉.包頭地區(qū)電網(wǎng)短路電流限制措施探討及解決方案[D].華北電力大學(xué);華北電力大學(xué)（北京），2015.

作者簡(jiǎn)介：高宇，1996年5月，女，遼寧省朝陽(yáng)市，大學(xué)本科，研究方向：電力系統(tǒng)自動(dòng)化及智能電器。