覃 波，李興源，胡 楠，李 寬

（四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065）

0 引言

我國是一個(gè)能源分布極不均衡的國家，西北主要以煤礦為主，而西南的水力資源豐富，這種分布的不平衡決定了我國能源資源必然要進(jìn)行大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的輸送［1-4］。所以未來的一段時(shí)間里我國的西南和西北地區(qū)將出現(xiàn)一些大型甚至巨型電站，可將這些巨型電站統(tǒng)稱為大電源。與傳統(tǒng)常規(guī)電源相比，這些大電源因具有外送容量大、傳輸距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)而逐漸引起人們的關(guān)注。未來的幾十年里，國家電網(wǎng)也將建成以交流1000 kV為骨干網(wǎng)架的交流特高壓電網(wǎng)以滿足這種大電源系統(tǒng)的外送。

已有大量的文獻(xiàn)對大電源的相關(guān)問題進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［5］對大電源接入系統(tǒng)的方式以及接入系統(tǒng)應(yīng)遵循的相關(guān)原則進(jìn)行了詳細(xì)的研究；文獻(xiàn)［6］對750 kV系統(tǒng)以及大電源接入對昌吉實(shí)際電網(wǎng)的影響進(jìn)行了研究，并對電網(wǎng)的適應(yīng)能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)［7］根據(jù)對稱短路電流計(jì)算公式，對大電源不對稱接入方式引起的短路電流升高的影響進(jìn)行了分析，并提出了有效限制短路電流的大電源接入點(diǎn)選擇原則。

對于特高壓大電源外送系統(tǒng)，如何保證其送電能力是需關(guān)注的另一個(gè)重要問題。特高壓大電源外送系統(tǒng)自然傳輸功率大［8-10］，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)N-1故障時(shí)，在極端情況下系統(tǒng)會(huì)發(fā)生區(qū)間低頻振蕩甚至導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)失穩(wěn)的情況，這將嚴(yán)重制約特高壓外送系統(tǒng)的送電能力［11-14］，同時(shí)也會(huì)影響系統(tǒng)的抗干擾能力。本文從特高壓大電源外送系統(tǒng)輸電能力的制約因素出發(fā)，主要從電網(wǎng)一次側(cè)進(jìn)行考慮，重點(diǎn)分析了傳輸功率和電氣距離這2個(gè)敏感因素對大電源特高壓外送系統(tǒng)的影響。

本文首先以考慮了送端特性的單機(jī)系統(tǒng)模型為例［15-17］，對具備一定送電功率的系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)進(jìn)行理論分析推導(dǎo)，得到外送系統(tǒng)接入電網(wǎng)時(shí)產(chǎn)生的區(qū)間低頻振蕩的主要影響因素，推導(dǎo)結(jié)論揭示了系統(tǒng)阻尼隨相對轉(zhuǎn)子角以及線路的阻抗等因素變化的一般規(guī)律；同時(shí)分別對實(shí)際的錫盟特高壓外送大電源系統(tǒng)以及超高壓錦界—府谷外送系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明大電源外送系統(tǒng)與一般的電源外送系統(tǒng)類似，系統(tǒng)的阻尼特性都會(huì)隨著系統(tǒng)相對轉(zhuǎn)子角差以及系統(tǒng)電氣距離的增加而減弱；最后，定量改變兩系統(tǒng)的傳輸功率，對系統(tǒng)的正常運(yùn)行和非正常運(yùn)行情況進(jìn)行仿真比較分析，得到了影響大電源外送系統(tǒng)阻尼特性的敏感因素，并在此基礎(chǔ)上通過仿真分析給出了大電源外送系統(tǒng)建設(shè)的意見。這些結(jié)論也為實(shí)際的大電源工程提供了一定的理論基礎(chǔ)，具有較好的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

1 單機(jī)系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)的推導(dǎo)

以考慮送端以及線路特性的單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)為例對直接外送系統(tǒng)的等效阻尼特性進(jìn)行推導(dǎo)。圖1給出了單機(jī)系統(tǒng)的等價(jià)模型。圖中，U、δ分別為機(jī)端電壓幅值和相角；XT為變壓器電抗；XL為負(fù)荷電抗；UL、θ分別為負(fù)荷側(cè)電壓幅值、相角。

圖1 單機(jī)系統(tǒng)等價(jià)模型Fig.1 Equivalent model of single-machine system

由發(fā)電機(jī)機(jī)組定子繞組內(nèi)部電路可得定子電流和回路電壓方程分別為：

其中，Id、Iq和 Ud、Uq分別為定子電流和回路電壓的直軸、交軸分量；X′d為機(jī)組直軸暫態(tài)電抗；Xq為機(jī)組交軸同步電抗；E′q為機(jī)組交軸暫態(tài)電勢。

為了簡化計(jì)算，本文忽略線路損耗，可得到發(fā)電機(jī)機(jī)端的直軸電流和交軸電流為：

將式（3）代入式（2）可得到：

再將式（4）代入式（1）中，整理可得：

由式（4）和式（5）可分別得到回路電壓和定子電流的增量表達(dá)式為：

為了便于分析，發(fā)電機(jī)模型采用考慮了勵(lì)磁特性的三階簡化模型［18-19］：

其中，ω為機(jī)組轉(zhuǎn)子角速度；M為轉(zhuǎn)子慣性常數(shù)；KD為機(jī)組轉(zhuǎn)子阻尼系數(shù)；Pm為機(jī)組輸入的機(jī)械功率；Pe為機(jī)組輸出的電磁功率；Eq為機(jī)組交軸同步電勢；Efd為與勵(lì)磁電勢對應(yīng)的定子側(cè)直軸等效電勢；τ′d0為直軸暫態(tài)時(shí)間常數(shù)。

對式（8）進(jìn)行線性化處理，可得：

式（9）中的機(jī)組電磁功率Pe以及機(jī)組交軸電勢Eq可分別表示為：

同時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可以表示為：

其中，ΔEf為勵(lì)磁電勢增量；s為微分算子；Ke為勵(lì)磁系統(tǒng)的增益；τe為勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)；ΔU為機(jī)組機(jī)端電壓增量，機(jī)端電壓

分別對式（10）—（12）進(jìn)行線性化處理，可得：

同時(shí)將式（6）和式（7）中的相應(yīng)增量關(guān)系代入式（13）—（15）中有：

由式（16）可得，以 Δδ、Δω、ΔE′q、ΔEf為狀態(tài)變量的機(jī)組線性化狀態(tài)方程：

由式（17）可以得到與之對應(yīng)的Philips-Heffron模型如圖2所示，以及考慮勵(lì)磁系統(tǒng)反饋?zhàn)饔玫臋C(jī)組在振蕩模態(tài)角頻率ωa處的簡化阻尼轉(zhuǎn)矩增量如式（18）所示。

圖2 系統(tǒng)Philips-Heffron模型結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of Philips-Heffron model

在分析影響阻尼的因素時(shí)，由于參數(shù)較多，不利于分析主次影響因素，可以對表達(dá)式進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕妥冃翁幚?，同時(shí)將參數(shù)K1—K6的表達(dá)式代入式（18）后可得等效阻尼系數(shù)的表達(dá)式為：

由于發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁系統(tǒng)的參數(shù)已經(jīng)選定，不能輕易更改，所以本文主要從一次系統(tǒng)規(guī)劃的角度研究系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)的主要影響因素。

因大電源系統(tǒng)送電功率大且線路結(jié)構(gòu)單一，故X 和 δ-θ較大，而 D′d的直接影響因素為 H1、H2以及sin（δ-θ+θh）。 影響 H1、H2的主要一次參數(shù)為線路的電抗 X，而影響 sin（δ-θ+θh）大小的參數(shù)為送電功率以及線路的電抗X。對于大電源外送系統(tǒng)，δ-θ+θh的值在第 2 象限和第 3 象限的變化，sin（δ-θ+θh）的變化趨勢是單調(diào)遞減的。單一結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的線路阻抗與系統(tǒng)的電氣距離成正比關(guān)系，隨著電氣距離的增大，H1、H2會(huì)減小，δ-θ+θh會(huì)增大，故系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)會(huì)相應(yīng)減小甚至變?yōu)樨?fù)值，從而削弱系統(tǒng)阻尼甚至造成機(jī)組負(fù)阻尼；同時(shí)相對相位角的大小也與系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線傳輸功率緊密相關(guān)，隨著傳輸功率的增大，δ-θ+θh會(huì)增大，系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)同樣會(huì)減小甚至變?yōu)樨?fù)值。因此，在大電源外送系統(tǒng)的傳輸功率和傳輸距離范圍內(nèi)，系統(tǒng)的等效阻尼系數(shù)近似與系統(tǒng)電氣距離和送電功率成反比。

2 算例仿真

2.1 測試算例

內(nèi)蒙古錫盟特高壓外送系統(tǒng)和陜西錦界—府谷超高壓外送系統(tǒng)均為具備一定功率的直接電源外送系統(tǒng)，受端電網(wǎng)為堅(jiān)強(qiáng)的大電網(wǎng)，符合本文的假設(shè)條件。在PSASP仿真軟件中分別搭建錫盟特高壓外送系統(tǒng)和錦界—府谷超高壓外送系統(tǒng)的等值模型，在理論驗(yàn)證的基礎(chǔ)上探究低頻振蕩對大電源外送系統(tǒng)與常規(guī)電源外送系統(tǒng)影響的差異。

錫盟特高壓外送系統(tǒng)的電壓等級(jí)為1000 kV，送端網(wǎng)絡(luò)為四區(qū)域，共10臺(tái)發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)發(fā)電機(jī)都安裝有PSS；外送系統(tǒng)通過2條并聯(lián)的1000 kV特高壓線路向北京和濟(jì)南電網(wǎng)送電，其中北京電網(wǎng)和濟(jì)南電網(wǎng)分別用等值系統(tǒng)1和等值系統(tǒng)2來表示，線路上總的輸送功率約為7000 MW。錦界—府谷超高壓外送系統(tǒng)電壓等級(jí)為500 kV，送端的2個(gè)發(fā)電廠共5臺(tái)發(fā)電機(jī)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)都安裝有PSS；每臺(tái)發(fā)電機(jī)都通過3條500 kV的并聯(lián)線路由冀忻向冀石北送電，受端系統(tǒng)用等值機(jī)表示，線路總的傳輸功率約為2600 MW。兩系統(tǒng)的接線示意圖見圖3、4。

2.2 仿真驗(yàn)證分析

2.2.1 小干擾穩(wěn)定分析

對錫盟特高壓外送系統(tǒng)和錦界—府谷超高壓系統(tǒng)分別進(jìn)行小擾動(dòng)分析。對于錫盟特高壓外送系統(tǒng)，在查干母線至錫盟母線傳輸線路首端設(shè)置單相短路接地故障，故障起始時(shí)間為10 s時(shí)，持續(xù)0.1 s，圖5給出了錫盟母線至北京母線間的某條聯(lián)絡(luò)線上的傳輸有功功率振蕩情況（縱軸為標(biāo)幺值，后同）。

表1給出了錫盟特高壓系統(tǒng)的2個(gè)主要振蕩模式，分別為等值系統(tǒng)1與等值系統(tǒng)2之間的區(qū)域振蕩模式以及錫盟特高壓系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的地區(qū)振蕩模式。由于PSS的存在，系統(tǒng)的2個(gè)振蕩模式都具有較好的阻尼，本文主要考慮的是錫盟特高壓系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的區(qū)間振蕩模式。

對于錦界—府谷超高壓外送系統(tǒng)，在錦界51至?xí)x忻都51的一回線路上同樣設(shè)置單相短路接地故障，故障起始時(shí)間為10 s時(shí)，持續(xù)時(shí)間為0.1 s，圖6給出了晉忻都51至冀石北一回聯(lián)絡(luò)線路上的有功功率振蕩情況。錦界—府谷超高壓外送系統(tǒng)的送端系統(tǒng)與受端等值系統(tǒng)之間的區(qū)間振蕩模式頻率為0.927 Hz，振蕩阻尼很強(qiáng)，為 0.151。

通過對兩系統(tǒng)的小擾動(dòng)分析可知，兩系統(tǒng)中都存在區(qū)間振蕩模式，這表明大電源外送系統(tǒng)與普通電源外送系統(tǒng)在接入電網(wǎng)時(shí)也會(huì)引起低頻振蕩問題，但是由于發(fā)電機(jī)中的PSS的存在，兩系統(tǒng)都具有較好的阻尼特性。

2.2.2 傳輸功率（相對相角差）對系統(tǒng)阻尼特性的影響分析

圖3 錫盟特高壓外送大電源系統(tǒng)接線示意圖Fig.3 Wiring diagram of Ximeng large-scale UHV power supply system

圖4 錦界—府谷特高壓外送大電源系統(tǒng)接線示意圖Fig.4 Wiring diagram of Jinjie-Fugu large-scale UHV power supply system

圖5 錫盟特高壓外送大電源系統(tǒng)單條聯(lián)絡(luò)線有功功率振蕩情況Fig.5 Active power oscillation of a tie line of Ximeng large-scale UHV power supply system

表1 錫盟特高壓外送大電源系統(tǒng)主要振蕩模式Table 1 Main oscillation modes of Ximeng large-scale UHV power supply system

圖6 錦界—府谷特高壓外送大電源系統(tǒng)單條聯(lián)絡(luò)線有功功率振蕩情況Fig.6 Active power oscillation of a tie line of Jinjie-Fugu large-scale UHV power supply system

系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線傳輸功率的大小與系統(tǒng)的相對轉(zhuǎn)子角δ-θ+θh大小成比例關(guān)系。首先研究系統(tǒng)相對轉(zhuǎn)子角大小的改變對系統(tǒng)阻尼特性的影響，設(shè)定兩外送系統(tǒng)的電氣距離不變，只改變它們的送電功率大小與運(yùn)行狀況，圖7給出了系統(tǒng)正常運(yùn)行與N-1單線運(yùn)行狀況下錫盟特高壓外送系統(tǒng)的阻尼特性隨傳輸功率變化的情況，圖8給出了正常狀況、N-1運(yùn)行以及N-2運(yùn)行狀況下錦界—府谷超高壓外送系統(tǒng)的阻尼特性隨送電功率的變化情況。

圖7 錫盟特高壓外送大電源系統(tǒng)在正常運(yùn)行以及N-1運(yùn)行方式下系統(tǒng)傳輸功率與系統(tǒng)阻尼的關(guān)系Fig.7 Relation between transmission power and system damping of Ximeng large-scale UHV power supply system in normal and N-1 operating modes

從圖7、8中可以看出，不論是錫盟外送系統(tǒng)還是錦界—府谷外送系統(tǒng)，系統(tǒng)的阻尼特性都會(huì)隨著送電功率的增大而相應(yīng)減弱，且兩者基本呈線性關(guān)系。同時(shí)，兩系統(tǒng)在各運(yùn)行狀態(tài)下都滿足阻尼特性的這一變化規(guī)律，并且兩系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的阻尼比大于非正常運(yùn)行時(shí)的阻尼比。對于錫盟外送系統(tǒng)，若系統(tǒng)運(yùn)行在N-1方式下，系統(tǒng)傳送功率達(dá)到7000 MW時(shí)，系統(tǒng)的阻尼就已經(jīng)為負(fù)值，系統(tǒng)達(dá)到了功率傳輸極限，遠(yuǎn)小于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的功率傳輸極限；對于錦界—府谷外送系統(tǒng)，系統(tǒng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)的功率傳輸極限可以達(dá)到4500 MW，而系統(tǒng)運(yùn)行在N-1方式和N-2方式時(shí)，系統(tǒng)的傳輸極限相應(yīng)地降低到4 141 MW和3478 MW，較正常運(yùn)行情況要小得多。

圖8 錦界—府谷特高壓大電源外送系統(tǒng)在正常運(yùn)行、N-1以及N-2運(yùn)行方式下系統(tǒng)傳輸功率與系統(tǒng)阻尼的關(guān)系Fig.8 Relation between transmission power and system damping of Jinjie-Fugu large-scale UHV power supply system in normal，N-1 and N-2 operating modes

2.2.3 電氣距離對系統(tǒng)阻尼特性的影響分析

從推導(dǎo)得到的等效阻尼系數(shù)表達(dá)式中可以看出，系統(tǒng)的阻尼特性同樣也與系統(tǒng)的電氣距離有關(guān)。本節(jié)通過改變兩系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的線路阻抗參數(shù)的大小來驗(yàn)證此推論的正確性。

分別設(shè)定兩系統(tǒng)的傳輸功率為7 000 MW和2663 MW，然后僅改變系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線的阻抗以及系統(tǒng)的運(yùn)行方式來觀察系統(tǒng)阻尼特性的變化。圖9、10分別給出了兩系統(tǒng)不同運(yùn)行狀況下系統(tǒng)的阻尼特性隨系統(tǒng)電氣距離的變化情況。

圖9 錫盟特高壓外送大電源系統(tǒng)在正常運(yùn)行以及N-1運(yùn)行方式下系統(tǒng)電氣距離與系統(tǒng)阻尼的關(guān)系Fig.9 Relation between electrical distance and system damping of Ximeng large-scale UHV power supply system in normal and N-1 operating modes

圖10 錦界—府谷特高壓外送大電源系統(tǒng)在正常運(yùn)行、N-1以及N-2運(yùn)行方式下系統(tǒng)電氣距離與系統(tǒng)阻尼的關(guān)系Fig.10 Relation between electrical distance and system damping of Jinjie-Fugu large-scale UHV power supply system in normal，N-1 and N-2 operating modes

從圖9、10可以看出，兩系統(tǒng)的阻尼比均會(huì)隨著系統(tǒng)電氣距離的增大而相應(yīng)減弱，而且阻尼比和電氣距離之間也大致呈線性關(guān)系，并且兩系統(tǒng)在不同運(yùn)行狀態(tài)下都符合這一變化規(guī)律。從圖9、10還可以看出，系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下能夠承受的最大電氣距離較系統(tǒng)在N-1或者N-2運(yùn)行狀態(tài)下要大得多。對于錫盟外送系統(tǒng)，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)能夠承受的最大電氣距離為520 km，而N-1運(yùn)行方式下則只有360 km；對于錦界—府谷系統(tǒng)，系統(tǒng)正常運(yùn)行、N-1和N-2運(yùn)行方式下所能承受的最大電氣距離分別為550、482和321 km。由此可驗(yàn)證系統(tǒng)線路電氣距離的變化對系統(tǒng)阻尼特性影響的推論的正確性。

綜合電氣距離和送電功率的變化與系統(tǒng)阻尼特性的關(guān)系可知，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，但是隨著N-1甚至N-2斷線故障的出現(xiàn)，使得系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線減少，這相當(dāng)于增大了系統(tǒng)線路阻抗，則電氣距離增大，而從圖9、10中可知，電氣距離的增大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)阻尼變?nèi)酢＿@也解釋了在N-1或者N-2運(yùn)行狀態(tài)下系統(tǒng)傳輸功率以及系統(tǒng)所能夠承受的最大電氣距離較系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)要小的原因。

2.2.4 大電源特性分析

下面分別對兩系統(tǒng)正常運(yùn)行和非正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的送電功率進(jìn)行定量改變，然后觀察兩系統(tǒng)阻尼比的變化量，并進(jìn)行比較分析。表2、3分別給出了兩系統(tǒng)正常運(yùn)行和非正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的阻尼比隨系統(tǒng)傳輸功率定量改變的變化情況。

從表2可以看出，錫盟外送系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)阻尼較錦界—府谷外送系統(tǒng)要小，但是定量改變系統(tǒng)送電功率時(shí)，錫盟外送系統(tǒng)阻尼變化量較錦界—府谷外送系統(tǒng)的阻尼變化量要大得多。當(dāng)錫盟外送系統(tǒng)的功率降低或提高20%時(shí)，它的阻尼比則相應(yīng)增加了或者減少了57%左右，較之錦界—府谷系統(tǒng)的阻尼比的變化量24%要大得多，由此可知，大電源外送系統(tǒng)的輸送功率是影響系統(tǒng)阻尼變化的敏感因素。

表2 錫盟及錦界—府谷特高壓外送大電源系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)功率定量變化與系統(tǒng)阻尼的關(guān)系Table 2 Relation between quantitative transmission power change and system damping of Ximeng and Jinjie-Fugu large-scale UHV power supply systems in normal operating conditions

表3 錫盟及錦界—府谷特高壓外送系統(tǒng)非正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)功率定量變化與系統(tǒng)阻尼的關(guān)系Table 3 Relation between quantitative transmission power change and system damping of Ximeng and Jinjie-Fugu large-scale UHV power supply systems in abnormal operating conditions

從表2、3的數(shù)據(jù)分析可知，兩系統(tǒng)運(yùn)行于非正常的N-1或者N-2方式時(shí)，系統(tǒng)阻尼特性受系統(tǒng)送電功率的影響相比于系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)更敏感。同時(shí)比較錦界—府谷外送系統(tǒng)在N-1和N-2運(yùn)行方式下的系統(tǒng)阻尼比可知，系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)越弱，系統(tǒng)的阻尼特性受系統(tǒng)功率變化的影響越大。

結(jié)合前文對電氣距離與系統(tǒng)阻尼的影響分析以及表3中的數(shù)據(jù)可知，當(dāng)錫盟外送系統(tǒng)斷開1條聯(lián)絡(luò)線而單線運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于增大了系統(tǒng)的電氣距離即削弱了系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致系統(tǒng)的阻尼減弱，系統(tǒng)在這種情況下不能保持穩(wěn)定運(yùn)行，但是對于錦界—府谷外送系統(tǒng)，系統(tǒng)即使是在斷開2條聯(lián)絡(luò)線的情況下仍然能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行，并且具有不弱的阻尼特性。

通過以上的仿真分析可以得到滿足系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性條件下系統(tǒng)送電敏感因素對系統(tǒng)阻尼影響的穩(wěn)定區(qū)域，即圖7—9中虛線左側(cè)區(qū)域及圖10中2條虛線和縱軸所圍區(qū)域。

由圖7—10可以看出，在系統(tǒng)N-1運(yùn)行方式下，大電源外送系統(tǒng)輸送功率和電氣距離這2個(gè)敏感因素均已在滿足正常阻尼的安全區(qū)域外；而普通電源外送系統(tǒng)輸送功率和電氣距離完全可滿足系統(tǒng)的正常阻尼。因此，大電源外送系統(tǒng)相對普通電源外送系統(tǒng)，其輸送功率和電氣距離均已在正常運(yùn)行的安全區(qū)域以外，會(huì)使實(shí)際系統(tǒng)在N-1運(yùn)行方式下出現(xiàn)負(fù)阻尼振蕩的動(dòng)態(tài)失穩(wěn)情況。

2.2.5 大電源特性工程建議

通過以上的仿真分析可知，對于錫盟大電源外送系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)雙線正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的送電功率為7000 MW，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的阻尼特性。在受端電網(wǎng)需求不變乃至增大時(shí)，如將錫盟大電源外送系統(tǒng)的送電功率提高到規(guī)劃的自然送電功率8000 MW，系統(tǒng)雙線運(yùn)行的阻尼比為0.0416，仍能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)行特性。但是當(dāng)錫盟外送系統(tǒng)斷開1條聯(lián)絡(luò)線而以N-1方式運(yùn)行時(shí)，如欲保持系統(tǒng)單線運(yùn)行送電功率為8 000 MW，則必須增強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，由仿真分析可知，將電氣距離由原來的352 km降低到245 km可達(dá)到要求，但是對于已建成的系統(tǒng)該方法并不合適，可以通過增加1條聯(lián)絡(luò)線來達(dá)到增大系統(tǒng)的阻尼比的目標(biāo)，增加聯(lián)絡(luò)線的效果等同于降低系統(tǒng)的電氣距離，但是該方案經(jīng)濟(jì)性太差。對于已建成的錫盟大電源外送系統(tǒng)，采用FACTS裝置來達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼特性具有更好的可行性和經(jīng)濟(jì)性。

綜合以上的分析，對于錫盟外送系統(tǒng)等大電源系統(tǒng)，系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，具有較強(qiáng)的阻尼特性，但是大電源系統(tǒng)的阻尼特性對系統(tǒng)送電功率以及電氣距離較敏感，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行在N-1方式下。

因此，實(shí)際的大電源系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)該首先充分考慮基站與接入電網(wǎng)的距離以及大電源系統(tǒng)總的送電功率的大小。對于距離接入電網(wǎng)較近的大電源系統(tǒng)，可以在保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行在N-1方式的情況下適當(dāng)增大傳輸功率，以充分發(fā)揮系統(tǒng)傳輸線路的利用效率；如果大電源系統(tǒng)距離接入電網(wǎng)較遠(yuǎn)，同時(shí)系統(tǒng)的傳輸功率也較大時(shí)，必須增強(qiáng)系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，以錫盟外送系統(tǒng)為例，可以通過增加1條聯(lián)絡(luò)線以保證系統(tǒng)在N-1狀態(tài)下仍具有較強(qiáng)的阻尼特性?？傮w而言，對于實(shí)際的大電源外送系統(tǒng)，在一次系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，為滿足受端負(fù)荷，應(yīng)盡量保證送電功率足夠支撐受端負(fù)荷的需求。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)在N-1運(yùn)行方式下必須要具有一定的阻尼，減少輸電距離和增加輸電線回?cái)?shù)成為設(shè)計(jì)規(guī)劃中需考慮的問題，對于大電源系統(tǒng)最好選擇距離接入電網(wǎng)較近的基站，這樣既可以保證大電源系統(tǒng)的送電功率，同時(shí)還能節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。在一次系統(tǒng)完全確定或不易更改的情況下，大電源系統(tǒng)仍出現(xiàn)阻尼不足而導(dǎo)致系統(tǒng)送電功率受限的現(xiàn)象時(shí)，建議增設(shè)FACTS等二次設(shè)備來進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)阻尼，從而達(dá)到提高系統(tǒng)的輸送能力的目的。

3 結(jié)論

我國能源的不均勻分布必將導(dǎo)致一些大型電源的出現(xiàn)，大電源系統(tǒng)接入電網(wǎng)與常規(guī)電源系統(tǒng)接入電網(wǎng)一樣也會(huì)產(chǎn)生低頻振蕩等問題。本文首先在考慮送受端特性的單機(jī)帶負(fù)荷系統(tǒng)上進(jìn)行系統(tǒng)等效阻尼系數(shù)的理論推導(dǎo)，并通過錫盟外送大電源系統(tǒng)與錦界—府谷外送系統(tǒng)仿真對比分析，揭示了大電源系統(tǒng)與一般的系統(tǒng)類似，系統(tǒng)的阻尼特性都會(huì)隨著系統(tǒng)送電功率以及系統(tǒng)電氣距離的增加而減弱，同時(shí)相比于一般電源外送系統(tǒng)，大電源接入系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)較弱，系統(tǒng)的阻尼特性對系統(tǒng)送電功率以及系統(tǒng)電氣距離的變化更加敏感，必須采取相應(yīng)的措施以保證系統(tǒng)即使在N-1運(yùn)行方式下也能具有較好的阻尼特性。

本文的研究是在實(shí)際系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真完成的，同時(shí)本文給出了一些關(guān)于大電源系統(tǒng)接入電網(wǎng)時(shí)應(yīng)注意的問題和相應(yīng)的解決措施，為實(shí)際大電源系統(tǒng)的應(yīng)用提供了理論依據(jù)，具有較好的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。