第 39 卷 第 10 期
2019 年 10 月
电 力 自 动 化 设 备
Electric Power Automation Equipment
Vol.39 No.10
Oct. 2019
特高压直流馈入湖南电网的暂态电压稳定分析
邱 威
1
,贺静波
1
,于 钊
1
,徐遐龄
2
,杨 丹
3
,刘 娜
4
(1. 国家电力调度控制中心,北京 100031;2. 国家电网有限公司华中分部,湖北 武汉 430077;
3. 国网湖南省电力有限公司,湖南 长沙 410007;4. 国网北京市电力公司,北京 100031)
摘要:随着远距离跨区直流输电规模持续增长,受端电网暂态电压稳定问题日益突出。研究 ±800 kV 祁韶特
高压直流投运后的湖南电网负荷中心暂态电压稳定性。首先,构建一种暂态电压稳定指标,并以湖南电网为
算例验证该指标的有效性;然后,从实际电网运行需求出发,提出一种保证直流受端电网暂态电压稳定的运
行控制实用方法,并将该方法应用于制定湖南电网运行控制策略;最后,分析影响湖南电网接纳特高压直流
能力的主要因素。
关键词:特高压直流;暂态电压稳定;湖南电网;运行控制策略
中图分类号:TM 712 文献标志码:A DOI:10.16081/j.epae.201909003
0 引言
我国能源资源和能源消费在地域上呈逆向分
布,为满足清洁能源大规模送出、负荷中心电力可靠
供应等方面的迫切需求,国家电网大力发展远距离、
大容量特高压直流输电技术
[1⁃3]
。截至 2019 年 9 月,
国家电网已投运 11 回特高压直流工程,总额定输电
功率达 95.6 GW,对于实现全国能源资源优化配置
具有重要意义。
±800 kV 祁韶特高压直流输电工程(简称祁韶
直流)联接西北和华中两大区域电网,额定输电功率
8 000 MW,是我国首个大规模输送新能源的特高压
直流工程。祁韶直流落点湖南电网负荷中心,由于
缺乏火电机组动态无功支撑,负荷中心的暂态电压
稳定问题历来是威胁湖南电网安全稳定运行的主要
因素
[4⁃6]
。祁韶直流投运后,受端电网发生严重短路
故障会导致直流发生换相失败,逆变站从交流系统
吸收大量无功功率,从而进一步恶化负荷中心的暂
态电压稳定性
[7]
。
近年来,直流馈入受端电网的电压稳定问题逐
渐成为国内外电力工业界和学术界关注的热点。文
献[8⁃9]采用负荷裕度衡量直流馈入受端电网的电
压稳定性,文献[10⁃11]采用短路比指标刻画受端电
网对直流的电压支撑强度。然而负荷裕度和短路比
本质上是表征系统静态电压稳定性的指标,无法反
映交直流混联系统的暂态电压特性。在交直流混联
系统暂态电压稳定机理研究方面,文献[12]研究了
直流双极闭锁后潮流大量转移至交流通道引起的受
端电网暂态电压失稳机理,文献[13]基于电磁暂态
仿真分析了直流控制对受端系统暂态电压稳定性的
影响。在提高暂态电压稳定性措施方面,文献[14]
提出通过优化低压限流控制策略来降低逆变器无功
功率消耗从而提高受端系统暂态电压稳定性,文献
[15⁃16]提出在受端电网加装大容量调相机抬高故
障期间母线电压水平以加快电压恢复速度。
本文从电网实际运行的角度出发,以祁韶直流
馈入湖南电网为背景,构建一种可定量描述受端系
统暂态电压稳定水平的指标,提出一种保证直流受
端电网暂态电压稳定的运行控制实用方法,并以湖
南电网为算例验证了所提指标和运行控制方法的合
理性和有效性。
1 暂态电压稳定指标分析
1.1 暂态电压稳定指标
《电力系统安全稳定计算技术规范》规定系统暂
态电压稳定的判据如下:在电力系统受到扰动后的
暂态过程中,负荷母线电压能够在故障后 10 s 内恢
复到 0.8 p.u. 以上
[17]
。然而上述判据只能给出二元
性(稳定/不稳定)的评价结果,难以量化评估系统
暂态电压稳定水平。为此,本文结合实际工程需要,
在文献[18⁃19]的基础上提出一种表征系统暂态电
压稳定水平的量化指标,其定义如下:
T
i,j
=
∫
t
c
t
c
+ 10
R
i,j
(t )dt (1)
其中,
T
i,j
为发生故障 i 后母线 j 的暂态电压恢复指
标;t
c
为故障清除时刻;
R
i,j
( t )
的定义如式(2)所示。
R
i,j
(t )=
ì
í
î
ï
ï
||
U
i,j
(t )- 0.9 U
i,j
(t )≤0.9 p.u.
0 U
i,j
(t )>0.9 p.u.
(2)
其中,
U
i,j
( t )
为发生故障 i 后母线 j 在 t 时刻的电压幅
值。暂态电压恢复指标描述的是故障切除后的暂态
过程中母线电压低于 0.9 p.u. 的面积,可量化母线暂
态电压跌落的严重程度。
为避免计算规模过于庞大,可只计算关键母线
的暂态电压恢复指标。在 M 个预想故障下,母线 j 的
暂态电压恢复指标 T
j
定义为:
收稿日期:2019-01-23;修回日期:2019-06-21