浅谈特高压直流输电对系统安全稳定的影响

浅谈特高压直流输电对系统安全稳定的影响

王晓晴

（国网江苏省电力公司检修分公司江苏南京211100）

摘要：特高压直流输电系统能够将大容量的电进行远距离的输送，对我国能源流动有着至关重要的作用。随着我国科学技术的进步，特高压直流输电的技术和设备也在不断更新发展。为解决输送过程中的诸多安全问题，本文就特高压直流输电对系统安全稳定的影响进行探究，首先对特高压直流输电对系统的影响因素进行分析，然后分析特高压直流输电对系统影响的实例，从而促进特高压直流输电技术水平的提升。

关键词：特高压；直流输电；互联系统

引言：特高压直流输电系统不仅具有大容量和远距离的输电能力，而且调节灵活、功能损耗低，因此受到社会的广泛关注。我国现阶段已经有大批特高压直流输电工程处于投产运行的状态，为社会的正常运行作出巨大的贡献。特高压直流输电系统的应用虽然带来诸多正面的影响，但是为电力系统的安全稳定也带来新的挑战。在此背景下，探究特高压直流输电对系统安全稳定的影响是很有必要的。

一、特高压直流输电对系统安全稳定的影响

（一）对静态电压稳定性的影响

特高压直流输电在输电过程中会经过直流系统换流站，在换流站会消耗较大的无功功率，这些被消耗的无功功率大约占有功功率的40%到60%。由于特高压直流输电对无功功率有较大的需求量，因此一旦系统运行不稳定，就会使电力系统中无功功率的平衡性遭到破坏，从而使整个系统的安全稳定受到威胁。另外，特高压直流输电的电容量较大，一旦遇到限额运行的情况，就会使交流输电线发生过载现象，这就会导致交流电网电压值的稳定受到影响。在这种情况下，如果交流电网中的无功功率无法保持平衡，就会严重影响到系统的安全稳定。

（二）对电网输电能力的影响

可用输电能力是由北美电力可靠性委员会提出的一想电力指标，主要用于衡量电网在安全运行的基础上可以输送的最大电量。特高压直流输电在传输电力的过程中会同时将其中的大容量功率进行传输，如果遇到限额运行的情况时，特高压直流输电系统中的大量功率就会在交流输电线中发生转移，不停地变换输电通道。在这一过程中，直流输电线很有可能发生过载现象，使直流输电线达到标准限定的最大输电额度，这就会使交流电网的电压值变得不稳定。假如直流系统发生限额运行的情况下出现输电线路停止运行的现象，就会使交流电网中直流输电线过载和负荷的问题更加严重，很可能导致大量的有功功率无法及时传送出去，从而导致电网发生大范围的停电情况。在这种情况下，除非交流电网对短缺的功率进行补充，否则只能切除部分才能保证电网的安全稳定。

二、对互联系统安全稳定产生影响的实例分析

（一）特高压直流单极闭锁

以金沙江一期为例，当发生特高压直流单极闭锁的故障时，系统并没有受到该故障的明显影响，因此仍然呈现出较稳定的状态，这表示特高压直流单极闭锁的故障发生的情况下，系统对该故障的承受力明显强于其他故障发生，因此不需要采用必要的手段来维护系统的稳定。当发生特高压直流单极闭锁的故障时，交流通道中的直流功率会发生转移，因此不会因为故障而产生直流线路超载的现象，变压器的数值也不会发生明显的变化。特高压直流单极闭锁故障后的交流通道的电压可以稳定在正常水平。金沙江一期和锦屏在特高压直流输电的情况下任意两回发生特高压直流单极闭锁的故障时，在切除送端机组的情况下，系统都能够保持稳定状态。

（二）特高压直流双极闭锁

以向家坝-南汇特高压直流发生直流双极闭锁的故障为例，当特高压直流双极闭锁的现象发生时，华东电网的电力瞬间发生巨大的损失。为了保障系统的运行稳定，必须进行电站机组切除或者功率转移。在特高压直流发生双极闭锁的故障后，系统首先陷入不稳定的振荡状态，随之逐渐变得平衡。在这一过程中，南汇的换流站电压值呈下降的趋势，一部分电力通过交流特高压通道被传送到华东地区，这导致直流输电线产生过载现象，功率的损耗也随之增加，使各个交流特高压站的电压下降。从各个断面来看，金沙江一期的电力分三回500KV交流电路转送到四川电网，导致川渝断面、渝鄂断面、华东受入断面、上海受入断面的电力有了不同程度的增加。从电力运营的概念上来说，系统有功电力的增加是由发电机引起的，但是从实际情况来看，发电机的运行并没有发生明显的变化，因此不能断电是发电机造成系统有功电力的增加[1]。

（三）交流三相故障

交流三相故障发生在换流站附近，分别以两种形式体现，一种是逆变站附近的交流三相故障，另一种是整流站附近的交流三相故障。逆变站镀金的交流三相故障已上海白鹤换流站为例，南汇、南桥和白鹤换流站同时发生故障时，只要切除故障就能使这三个换流站的运行恢复正常，直流功率也会恢复到正常情况。当其中有一个换流站发生三相短路的故障时，就会导致三个换流站同时发生换相失败，只要切除故障就能使这三个换流站的运行恢复正常，直流功率也会恢复到正常情况。总的来说，当交流三项故障发生时，只要切除故障就能保障换流站的运行恢复正常，直流功率也会恢复到正常情况。整流站镀金的交流三相故障发生时，换流站之间的电气距离较劲，因此对系统的稳定性没有明显的影响，同样切除故障就可以时直流功率恢复正常。

（四）跳双回线故障

当跳双回线发生故障时要根据换流站的具体情况进行具体分析。例如在溪洛渡左-凤仪换流站发生跳双回线故障时，需要将溪洛渡左的机组切除1到2台；当好溪洛渡右-罗场换流站发生跳双回线故障时，需要将溪洛渡右的机组切除1到2台，在这两种情况下，只有切除机组才能使系统保持稳定状态。档案金沙江送端的其他交流线路发生跳双回线故障时，系统的稳定性不会受到明显的影响，因此不需要采用任何防护措施。在逆变站附近的交流线路发生跳双回线故障时，也要根据换流站的具体情况进行具体分析。例如苏南换流站-车坊、石牌-斗山换流站发生跳双回线故障时，需要对直流输送功率进行降低，并且切除二期的部分机组，只有这样才能保障系统的安全稳定，除了这两种情况以外，其他交流线路在发生跳双回线的故障时都不会对系统造成明显的影响，因此不需要采取相应的防护措施[2]。

（五）单极长期停运

以金沙江一期为例，当金沙江一期发生单极长期停运的情况时，会对交流电网的传送能力带来较大的挑战，这主要是因为交流电网传送的潮流过大。当单机长期停运，电网的主变电站和特高压变电站会进行无功功率的补充，以此来保证交流电网的承受能力足以担负起大容量的转送潮流，从而维护系统的稳定和安全。

结论：综上所述，针对特高压直流输电对系统安全稳定的影响的探究是非常必要的。本文主要对特高压直流输电过程中可能产生的故障进行模拟。研究可得，在特高压直流输电的过程中，影响系统安全稳定的因素主要有特高压直流单极闭锁、双极闭锁、交流回线故障、跳双回线故障、单极长期停运，当系统受到这些影响时,要根据具体情况采取措施排除故障。希望本文可以为研究特高压直流输电对系统安全稳定的影响的相关人员提供参考。

参考文献：

[1]杜旭.多端馈入直流系统协调控制及换相失败研究[D].华北电力大学（北京）,2016.

[2]荣俊香.云广特高直流输电系统换相失败研究[D].昆明理工大学,2015.