張艷麗

摘要：調(diào)相機(jī)是同步旋轉(zhuǎn)設(shè)備對(duì)直流造成系統(tǒng)狀態(tài)電壓波動(dòng)進(jìn)行抑制的一個(gè)重要設(shè)備。當(dāng)前我國(guó)很多特高壓直流項(xiàng)目當(dāng)中都加裝了調(diào)相機(jī)。本文首先對(duì)大規(guī)模新能源直流外送系統(tǒng)狀態(tài)過(guò)電壓的影響因素進(jìn)行分析，而后以分析的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建相應(yīng)的仿真系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算與高低壓等級(jí)調(diào)相機(jī)配置方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng); 安全穩(wěn)定; 暫態(tài)分析; 新能源直流外送系統(tǒng); 暫態(tài)過(guò)電壓;

引言

隨著當(dāng)前我國(guó)碳達(dá)峰、碳中和政策的逐步落實(shí)，風(fēng)電和光伏發(fā)電處于高速發(fā)展的時(shí)代，獲得了很大的成就。另外我國(guó)資源稟賦以及人均資源匱乏等因素的影響也決定著我國(guó)在能源建設(shè)和發(fā)展的過(guò)程中需要加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，逐步開(kāi)發(fā)大型電力能源生產(chǎn)基地。在高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，可以使電網(wǎng)的大規(guī)模輸電能力大幅度提高，保證電網(wǎng)的遠(yuǎn)距離傳輸，使我國(guó)具有大量能源的北部和西部地區(qū)的清潔能源可以快速輸送給東部，實(shí)現(xiàn)東西部能源的協(xié)調(diào)。

1 加強(qiáng)直流外送系統(tǒng)調(diào)相機(jī)配置的原因

特高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，因?yàn)樗碗姸溯^為薄弱，如果出現(xiàn)直流系統(tǒng)電流受損或者直流鎖閉等故障，造成暫態(tài)過(guò)程特高壓直流的無(wú)功大范圍波動(dòng)而影響整個(gè)送電端的電網(wǎng)電壓，這會(huì)影響我國(guó)能源電網(wǎng)的系統(tǒng)建設(shè)，造成直流輸送新能源的能力不足。如果情況嚴(yán)重，還有可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性受影響。

動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可以有效保證電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，幫助特高壓直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。新一代調(diào)相機(jī)載系統(tǒng)故障瞬時(shí)電壓支撐方面具有較強(qiáng)的能力，而且展開(kāi)響應(yīng)速度非?？?。

2 送端系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)電壓影響因素

在直流送端系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)直流鎖閉、直流換相失敗、直流抑制啟動(dòng)等諸多問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)造成系統(tǒng)出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓等現(xiàn)象。

2.1 直流控制環(huán)節(jié)

如果直流換相失敗故障出現(xiàn)后，送端交流系統(tǒng)當(dāng)中的電壓會(huì)出現(xiàn)先降后升等現(xiàn)象。在此過(guò)程中需要注意積分時(shí)間常數(shù)、直流電壓下降時(shí)間常數(shù)、最小限制電流等相關(guān)參數(shù)，逐步對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化和控制，以便減少狀態(tài)過(guò)電壓的影響。在大規(guī)模新能源直流外送的條件下，單純進(jìn)行直流控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化無(wú)法對(duì)送電端暫態(tài)過(guò)電壓進(jìn)行徹底性的控制，還需要引入調(diào)相機(jī)。

2.2 調(diào)相機(jī)的無(wú)功補(bǔ)償

調(diào)相機(jī)在接入后可能會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，比如說(shuō)短路電流超標(biāo)等，需要通過(guò)加裝串抗等方式逐步解決出現(xiàn)的其他異常問(wèn)題。本文所述大規(guī)模新能源直流外送系統(tǒng)加裝調(diào)相機(jī)并且進(jìn)行一系列改造后，可以使系統(tǒng)的短路容量大幅度提高，幫助抑制送端系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)電壓，另外在運(yùn)行過(guò)程中調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，能夠幫助新能源直流外送系統(tǒng)的有效工作，使其頻率更為穩(wěn)定。

2.3 新能源發(fā)電系統(tǒng)

在新能源發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，送端交流設(shè)備的暫態(tài)過(guò)電壓水平往往和整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率控制方法相關(guān)。在此次新能源發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，以光伏為例，在通過(guò)控制定電壓的方法運(yùn)行，逆變器會(huì)依照系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中電壓的變化情況對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)整，或發(fā)出或吸收。如果直流系統(tǒng)出現(xiàn)雙極鎖閉故障的環(huán)境下，逆變器響應(yīng)系統(tǒng)會(huì)快速變化電壓，以便對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行控制，避免整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓瞬時(shí)過(guò)高等情況。在直流出現(xiàn)換相失敗等問(wèn)題后，整個(gè)送端系統(tǒng)的電壓處于先降后升的狀態(tài)，因?yàn)殡妷荷仙臅r(shí)候光伏逆變器會(huì)出現(xiàn)滯后輸出等情況，會(huì)造成光伏并網(wǎng)電站暫態(tài)電壓過(guò)高等情況。

另外還需要注意送端交流系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，暫態(tài)過(guò)電壓的水平往往還和新能源發(fā)電單元相關(guān)，雙饋風(fēng)機(jī)當(dāng)中的定子往往會(huì)直接與電網(wǎng)間連接，轉(zhuǎn)子運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)三相背靠背換流器完成整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)交流勵(lì)磁。如果系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生電壓突變等情況，則風(fēng)機(jī)定子磁鏈無(wú)法完成對(duì)應(yīng)的突變，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流分量。在此過(guò)程中需要并網(wǎng)點(diǎn)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行吸收或者釋放。在系統(tǒng)過(guò)電壓瞬間，風(fēng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)同步機(jī)類似的特點(diǎn)。

3 案例分析

對(duì)某大規(guī)模新能源外直流外送場(chǎng)景進(jìn)行分析，構(gòu)建相應(yīng)的仿真系統(tǒng)。該場(chǎng)景當(dāng)中送端換流站和變電站在運(yùn)行過(guò)程中額定電壓達(dá)到800千伏，配套的水電系統(tǒng)為2.2×103兆瓦.在配套建設(shè)相關(guān)系統(tǒng)過(guò)程中對(duì)新能源電站的電能進(jìn)行逐級(jí)升壓，從35千伏逐步升至330千伏，而后最終達(dá)到750千伏，并且將這些電能輸送至于換流站近區(qū)的變電站A、B、C，依照新能源容量的20%進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)定。

在直流控制系統(tǒng)構(gòu)建的過(guò)程中，通過(guò)相關(guān)仿真軟件的da卡來(lái)分析具體的參數(shù)，如其功率控制換向、失敗預(yù)測(cè)、低壓限流控制等，在風(fēng)電系統(tǒng)當(dāng)中使用雙饋型風(fēng)電模型，均使用恒功率因數(shù)控制。在光伏控制系統(tǒng)當(dāng)中，通過(guò)定交流電壓控制模式進(jìn)行模擬控制。

3.1 換流站750 kV側(cè)集中接入

在換流站系統(tǒng)當(dāng)中，接入8臺(tái)調(diào)相機(jī)進(jìn)行送端系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)電壓的控制，選擇三個(gè)典型的新能源電站，接入不同數(shù)量的調(diào)相機(jī)，各站的暫態(tài)過(guò)電壓情況如下表所示，可以發(fā)現(xiàn)在換流機(jī)750千伏側(cè)在調(diào)相機(jī)數(shù)量接入增加后，暫態(tài)過(guò)電壓的情況得到有效緩解。但是在集中接入大量調(diào)相機(jī)之后，依然無(wú)法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在變電站a光伏廠3和變電站B光伏廠1當(dāng)中的并入點(diǎn)電壓依然有小規(guī)模的暫態(tài)過(guò)電壓現(xiàn)象。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)在調(diào)相機(jī)數(shù)量逐步增加的環(huán)境下，部分新能源電站在暫態(tài)過(guò)電壓方面得到了明顯的優(yōu)化，但是大量調(diào)相機(jī)接入后優(yōu)化的情況并不明顯，主要是因?yàn)榇罅空{(diào)相機(jī)接入后，各能源站并網(wǎng)點(diǎn)在短路電流水平方面也大幅度增加，影響了暫態(tài)過(guò)電壓的抑制效果。

3.2 110 kV分散接入

在進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整后，于750千伏測(cè)接入4臺(tái)調(diào)相機(jī)，分別在110千伏母線側(cè)接入不同數(shù)量的小型調(diào)相機(jī)，對(duì)換流母線和各新能源并網(wǎng)點(diǎn)的暫態(tài)過(guò)電壓情況進(jìn)行分析。通過(guò)合理布設(shè)后，可以保證各系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并且控制暫態(tài)過(guò)電壓。對(duì)該方案的成本和其他因素進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)相機(jī)與新能源站的電氣距離越近，則暫態(tài)過(guò)電壓的抑制效果越好。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)使用換流站750MV側(cè)集中配置大量300mear調(diào)相機(jī)的方案相比通過(guò)分散接入110千伏和330千伏測(cè)調(diào)相機(jī)的方案可以大幅度節(jié)省成本，而且優(yōu)化效果更為明顯。

參考文獻(xiàn)

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