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浅析直流输电的巨大作用
摘要:根据国家电网公司的规划,交直流系统之间的复杂交互作用使得电网相关研究更加复杂,交互影响特性亟待深入分析。在分析电网发展概况的基础上,以ciger标准模型为基础,建立单直流和两直流系统模型,研究交直流系统强度对故障时换流母线电压稳定性的影响,将单条直流和多直流不同运行方式下交直流系统的稳定性进行对比,总结相应的结论,为特高压直流输电工程接入电网的稳定运行提供参考意见。
关键词:特高压直流 交直流输电系统 交互影响 稳定性
由于我国能源资源和负荷发展分布的不均衡,传统的交流输电系统因为其自身的限制,难以完成这一要求。高压直流输电hvdc(high voltage direct current)由于其输电距离不受同步运行的稳定性限制、输送容量大、损耗小、功率调节迅速灵活、非同步联络能力强等优点,在远距离输电和大型互联电网中起着越来越重要的作用;因此,直流输电在我国的能源战略中发挥着巨大作用。
hvdc系统往往与交流输电系统相互连接,从而形成交直流互联输电系统。交直流系统之间的相互作用,尤其是与弱交流系统连接时,会带来谐波谐振,次同步振荡、电压不稳定、暂态不稳定、动态过电压和换相失败等一系列问题。
1电网发展概况
根据国家电网公司的规划,从“十二五”开始,将陆续有大容量的电力能源通过高压直流输电方式送达,保障电力需求。+800 kv特高压直流输电工程开工建设,单条直流及多条直流同时接人交流电网的局面即将形成,交直流系统之间的复杂交互作用使得电网相关研究更加复杂,交互影响特性亟待深入分析。
2交直流系统强度
(1)交直流系统的交互作用及相关问题在很大程度上决定于交流系统相对于直流系统输电容量的强弱程度;对于交流系统来讲,短路容量是描述电网电压强度的1个量值。短路容量值大,表明所考察的短路点至系统电源之间的阻抗小,系统电源对故障点的电压支撑强,系统强度大。在评估交直流系统强弱时,通常用短路比scr (short circuit ratio)作为量化指标,这种方法简单且有效,已被广泛应用。
(2)短路比scr给出了交流系统的固有相对强度,应用该指标可以评估设备投入时对系统运行影响的大小。短路比scr定义为直流换流母线的短路容量与额定直流功率的比值。
3交直流系统交互影响分析
3.1交直流系统强度对稳定性的影响
(1)本文以pscad/emtdc电磁暂态仿真分析工具为软件平台,采用cigre hvdc直流输电标准测试系统为模型,直流输电系统接入交流电网的情况,分析交直流之间的交互影响。
(2)受端系统换流母线三相短路故障下,不同短路比的换流母线暂态过电压值对比, scr较小时,系统的稳定性较弱,当系统发生短路故障时,容易导致换流母线电压振荡,产生过大的暂态过电压;scr较大时,系统的稳定性较强,当系统发生短路故障时,系统能很快地从故障中恢复,产生的暂态过电压也相对较小。
3.2单条直流与多直流运行对比
(1)随着+800 kv特高压直流输电工程的相继开工建设,多条直流同时接入交流电网的局面即将形成。与单条直流接人电网情况不同,多直流同时接人不仅仅需要考虑直流系统与交流电网的交互影响,同时还需要关注直流系统之间的交互影响,这使得交互影响的范围扩大,影响更加复杂。
(2)同样采用cigre hvdc直流输电标准测试系统模型为基础,建立两条直流系统接人同一交流系统的模型,模拟直流接人交流电网的情况,分析交直流之间的交互影响。
(3)为对比单条直流和多直流同时运行两种运行方式,运行方式为断开两直流系统之间的互联阻抗,让直流系统单独运行;运行方式为保持两直流系统模型及参数不变,形成多直流运行。
(4)表明直流系统为极弱系统时,已无法达到正常运行状态。而当极弱直流系统与强直流系统通过互联阻抗相连形成多直流同时运行时,直流系统则能够保持在额定状态稳定运行,极弱交直流系统与强交直流系统相联形成多直流运行,能有效提高极弱系统换流母线的电压稳定性,改善受端系统稳定。
4结语
+800 kv特高压直流输电工程相继开工建设,单条直流及多条直流同时接人交流电网的局面即将形成,复杂的交直流交互影响特性亟待深入分析。得出以下结论。
(1)短路比scr能够有效地表征交直流系统的强弱。scr较小时,系统的稳定性较弱,系统故障容易导致换流母线电压振荡,产生较大的暂态过电压;scr较大时,系统的稳定性较强,系统的故障恢复速度较快,故障时产生的暂态过电压也相对较小。
(2)极弱交直流系统不能稳定地运行在额定工作点,将极弱系统与强交直流系统相联形成多直流运行,能有效提高极弱系统换流母线的电压稳定性,有效改善受端系统稳定。
由以上结论,本文建议当只有1条直流接入交流电网形成单直流系统输电时,应保证交直流系统强度短路比scr大于3,避免由于
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