简述高压直流输电规划设计

简述高压直流输电规划设计

蒲洲

广州电力设计院有限公司广东广州510610

摘要：通过对传统高压直流输电工程设计流程的研究，简要论述选址选线、技术经济指标、交流电压稳定、短路比以及直流系统运行控制策略对高压直流输电工程设计和建设的影响。

关键词：高压直流输电；交流电压稳定；短路比；控制策略

引言

西电东送是我国重大能源发展战略，对解决东西部经济与能源不平衡的问题有着重大意义。西南地区水电外送是国家发展西电东送战略的主力军，而远距离大容量直流输电工程则成为技术发展趋势。本文以阐述高压直流输电（HVDC）的初步规划，介绍HVDC系统和配套交流的规划设计所需考虑的制约因素。

1工程概念

HVDC系统工程涵盖各种附加在与其联系的交流系统上的设备，并且包括对交流系统有影响的HVDC联络线设计和运行的各个方面；它包括HVDC终端设备，其中不仅包括对直流、直流线路或电缆有特定要求的交流系统中的设备，还要考虑对整个交流系统有影响的直流线路的各种性能。

2工程规划设计

（1）可行性研究

在可行性研究阶段，无论是在两个系统间建立一个新的直流系统还是增加原有直流系统的输送能力，或者是在一个交流系统内部建立直流系统，在交流系统内选择直流换流站的站址时，通过研究可以得到换流站有功和无功对系统的影响，包括对线路负荷的影响和交流母线电压的影响，而交流系统的短路电流水平和电压等级很大程度上决定了接入的直流系统的最大额定值和紧急情况下整个系统反应的敏感性，因此，除了要研究稳定情况，还要研究暂态扰动，包括交流故障、在直流功率恢复时和恢复后的系统稳定性等。

（2）初步设计

在直流系统的初步设计阶段，就要进行更详细地研究，要利用各种分析手段对系统进行数字模拟仿真，为编写标书和工程建设打好基础。

在一个直流工程的初步设计阶段，一般会设计多个初步方案来满足功率传输和整个系统的性能要求，而以下几个方面则是对各种方案进行评估所要重点考虑的技术和经济指标：

新的直流线路的可行性，包括交流线路的可行性，采用地下电缆或水下电缆甚至于将已有的交流线改成直流线运行的可行性。

换流站交流系统的短路水平。

?换流站之间的传输距离。

?现有和远景负荷区或发电区域建立中间带的可能性。

?本期和远景交流系统的结构

?在制度方面的应用包括在工程收尾阶段不同实体的权限和使用

?直流系统的性能特征，如不同频率系统间的连接，以及对直流联络线选择上的灵活性，而不象纯交流系统稳定性是主要考虑的因素。

?随着系统的发展，直流传输功率增加的可能性以及系统对远景负荷和发电机的适应性。

?在初步设计阶段，对于直流系统设计有一个优化的过程，需要在如何选择直流电压的等级，怎样使投资费用最省，这包括换流站的造价，线路造价，线损等等的综合因素中寻求最佳方案；同时还涉及到兼顾系统稳态和动态性能、换流站无功需求以及换流变的有载调压范围等。

3工程参数的确定

（1）交流电压稳定性影响

交流输电系统在每一种重负荷情况下的稳态电压特性决定了功率传输的大小，这一限定可能是由于一种变化的情况下的系统参数的改变而引起系统扰动造成的；而高压直流输电系统则可能更多地依赖于我们所采取的直流控制策略。因此，工程规划初期首先应考虑交流系统扰动所带来的影响，然后才能考虑加上直流系统后对整个系统的影响以及减轻电压不稳定的办法。

（2）高压直流输电控制策略的影响

对于某些高压直流输电控制策略的应用，在正常工况下的操作也会引起传输功率的变化和系统参数的变化，这种变化可能会因为投切电容器组或调节变压器分接头而引起系统失稳。此外，在紧急情况下，更多的策略应用都可能会使系统失稳。为了适应这些条件下的运行，适应在交流系统强度受到限制时更多地输送功率，又发展和应用了许多控制稳定运行的办法。

图1直流输电控制策略网络拓扑图

如图1所示，换流器控制系统使换流器作为逆变器而运行在各种稳定运行方式下，（系统也可以应用在整流侧），逆变侧的控制功能包括：

1.直流电压控制可以通过直流电压调节器提供快速、稳定的调节。

2.交流电压控制器通过直流电压调节器来改变直流电压，通过改变熄弧角γ来改变交流母线电压，控制角的控制范围和负荷水平的补偿也包括在内。

3.无功补偿控制通过熄弧角γ的调节函数而控制在它的范围内。

4.换流变有载调压控制系统运行使直流电压维持在一个规定的值。

在规划研究阶段，有必要从性能的角度使直流设备可以适应各种不同强度的系统，这需要在工程设计和建设等各个阶段根据实际情况不断仿真和实验才能确定合适的控制方案来满足工程运行的要求。

（3）低短路比的交流系统的影响

图2短路比对系统参数的影响

如图2对于弱的交流系统，除了定电压控制方式来提供快速、稳定的控制，还要有正确方式来进行有载调压控制和无功投切控制，进而保证直流输电系统稳定的运行。随着技术的发展，高压直流输电工程的各项控制策略的应用能很好满足低短路比的交流系统，为了尽可能增大直流传输功率，也可以考虑在短路比相对较大的地方选择直流功率传输点。

（4）紧急运行和功率限制

在规划研究阶段主要考虑系统发生紧急情况时，采取必要的措施来满足运行要求，继续或恢复送电，尽可能增大送电能力，通过直流调制增加系统稳定性能，在十分紧急的情况下采取安全切机、切负荷等措施。

当系统发生紧急情况，系统设计应当能够采取控制措施，使系统在发生可预见的紧急情况下能够跟随系统的需求，如果系统发生紧急情况使它的短路比变得很低，上述控制策略应采取相应调节措施以满足系统安全运行的需要，避免损失过多的输送功率；其他如由于无功消耗的减少而导致系统暂时过电压目前可通过顺序跳闸、氧化锌避雷器和静止无功补偿控制系统等技术来限制过电压；当然，采用其它一些办法，如直流功率倒送，也可以提高系统的稳态和暂态稳定。

4结论

规划设计阶段是确定适应和交流系统相连的直流系统的各项参数，以及直流系统的功能要求，这不仅包括确定在各个交流系统的可选点的直流接入，以及引起交流系统在正常情况和紧急情况下的系统采取控制策略和保护措施的描述，还包括系统的无功需求、换流站的交流电压控制、电压的范围、电压升高的允许值、甩负荷而允许的过电压值等，这些基本规划的研究是形成工程建设环节中整个直流系统技术规范书编制和技术实施的依据。

参考文献：

[1]赵畹君．高压直流输电工程技术（第二版）[M]．北京：电力工业出版社，2011．

[2]袁懋振．±800kV直流输电技术研究[M]．北京:中国电力出版社,2006．

作者介绍：蒲洲（1988.06-）；男；汉；大学本科；工程师；电力系统二次设计；广州电力设计院有限公司。