直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中.pdf

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1、第 36 卷 第 8 期 电 网 技 术 Vol.36 No.8 2012 年 8 月 Power System Technology Aug.2012 文章编号:1000-3673(2012)08-0116-08 中图分类号:TM 712 文献标志码:A 学科代码:4704051 直流系统参与电网稳定控制应用现状及 在安全防御体系中的功能定位探讨 郭小江,马世英,卜广全,徐征雄(中国电力科学研究院,北京市 海淀区 100192)Present Application Situation of DC System Participating in Power System Stability

2、Control and Discussion on Position of Its Functions in Security Defense System GUO Xiaojiang,MA Shiying,BU Guangquan,XU Zhengxiong(China Electric Power Research Institute,Haidian District,Beijing 100192,China)ABSTRACT:According to the demand on security and stability control for AC/DC power grids,ad

3、ditional control functions of DC system such as power emergency control,power modulation,frequency modulation and reactive power modulation and present application situation of these functions were analyzed,and the explanations on the position of DC system participating in security and stability con

4、trol of power grid in new and old versions of Technical guide for electric power system security and stability control were compared;on this basis,combining with the features of power grids in China and their development trend,how to determine the position of various additional control functions of

5、DC system in the security three defense lines of power system was discussed and related suggestions were given.KEY WORDS:DC system;security and stability;DC modulation control;three defense lines 摘要:根据交直流电网安全稳定控制需求,分析了直流系统功率紧急控制、功率调制、频率调制、无功调制等附加控制功能及其应用现状,比较了新旧版本 电力系统安全稳定控制导则 对直流系统参与电网稳定控制定位的阐述;在此基

6、础上,结合我国电网特征及发展趋势,探讨了直流系统多种附加控制功能在电力系统安全 3 道防御体系中的定位,并给出了建议。关键词:直流系统;安全稳定;直流附加控制;三道防线 0 引言 作为高效、经济的大规模远距离送电手段,直流输电技术得到了广泛的应用,我国已成为世界上直流输电技术应用最广泛的国家;随着西电东送工程的实施,未来将有更多直流输电工程建成投 运1-2。已投运的直流系统大多具有多种调制功能,但在运行中基本处于闲置状态,这种现状客观上与直流系统所处的电网结构、运行条件以及应用需求相关。随着全国交直流互联电网的成形,直流系统逐渐成为影响电网安全稳定的关键因素之一,其参与大电网稳定控制的需求日益

7、明显。自 1976 年太平洋联络线直流工程安装功率调制器阻尼并联交流联络线功率振荡以来,直流调制功能已从调制一端交流系统发展到调制交直流并联/混联两端交流系统、多直流落点系统,从简单的有功功率调制发展到无功功率调制、频率调制等多种功能;直流调制控制器也从简单的比例型发展到PID、模糊逻辑稳定控制器及多变量自适应协调控制器3-4。直流调制对互联电网安全稳定的巨大作用越来越受到关注,各国学者在直流系统参与电网稳定控制领域开展了大量研究,并在实际电网中得以应用,实现了交直流系统相互协调配合。直流作为骨干网架的重要组成部分,进一步挖掘其控制潜能,实现更为复杂的交直流协调和多直流协调控制成为电网稳定控制

8、领域关注的热点4-9。在我国,直流系统参与电网稳定控制正处于大规模工程实用化起步阶段,然而现有安全稳定防御体系制定过程中并没有对其给予充分的考虑,相关文献和技术标准中对直流系统参与稳定控制发挥的作用、影响及其在电网安全防御体系中定位,缺乏清晰、完整的阐述。在此背景下,本文结合实际系统,分析直流系统通常具有的附加控制功能,整理了国内外直流系统参与电网稳定控制的工程应用实例;通过比较我国新旧版本电力系统安全稳定控制导则对直流系统参与电网稳定控制的阐述,结合我国电网发展趋势,探讨直流系统常见附第 36 卷 第 8 期 电 网 技 术 117 加控制功能在电力系统安全 3 道防线的功能定位。1 直流系

9、统附加控制功能 1.1 控制功能 直流附加控制是利用电力系统中某些运行状态或参数的变化,对直流功率、直流电流、直流电压、换流器吸收的无功功率进行自动调整,达到改善系统运行性能的目的。常用的附加控制功能有:功率紧急控制、功率调制、频率调制、无功调制 等3-5,10。与之对应,直流系统可根据控制需求,选取交流系统某个母线的频率、电压或功角,某回交流输电线路或整个输电断面的电流、有功功率或无功功率,或预先设定的事件触发或其他元件的信号作为控制输入,实现交直流协调控制、多直流协调控制、直流与发电机组协调控制等目的。1.2 直流功率紧急控制 直流系统具有功率快速可控的能力,可以根据稳定分析结果,由事件或

10、某种信号触发,根据策略表或预案迅速改变直流系统的输电功率,包括紧急直流功率提升或回降。在实施过程中,功率紧急提升,需要考虑直流系统的短时和持续过负荷能力限制;功率紧急回降,需要考虑直流系统最小运行功率的限制。在直流异步联网系统中,利用直流功率紧急控制可以联合送、受端交流系统,共同抵御故障扰动带来的有功不平衡问题。例如,送端大型机组因故障停运,利用直流功率紧急回降,可将送端系统有功功率缺额在送、受两端分摊,提高送端电网耐受故障冲击的能力;与之相对,当受端因故障引起较大规模功率缺额时,可利用直流功率紧急提升为受端提供功率支援。在交直流并联/混合送电系统中,若一回直流系统或并联交流送电通道因故障退出

11、,2区域电网的功率交换能力将显著降低,与此同时大规模潮流自动转移至其他交流通道将危及系统的稳定性;利用健全的直流系统功率紧急控制,部分或全部补偿断面输电能力的损失,改善系统潮流分布,缓解潮流转移引起联络线两端系统功角摆开、母线电压下降、线路重载等稳定问题,保障电网安全稳定运行。此外,对于受端电压支撑较弱的电网,严重故障扰动可能会导致电压恢复缓慢甚至失稳,若直流功率及时回降一定幅度,减少逆变器无功消耗,释放一部分滤波器容量以支援交流系统,则可提高受端系统电压稳定水平和故障后系统恢复能力。1.3 直流功率调制 故障扰动通常会引起交流系统潮流分布发生变化,将交流线路或输电断面的潮流异常变化(如功率突

12、变或振荡等)作为输入信号,调节直流系统的传输功率,快速抑制交流线路的功率波动,阻尼系统振荡。与直流功率紧急控制不同,直流功率调制是一种完全的闭环自动控制行为,其控制目标和效果取决于控制对象的选择和控制器的设计,既可以用于系统暂态稳定控制,也可用于系统动态稳定控制。因此在工程应用中,通常按其输出调制信号的幅度和控制目的分为大方式调制和小方式调制。其中,大方式调制依据交流电气量变化波动情况,较大幅度调节直流输送功率,增加系统减速面积,改善暂态稳定水平,实际应用时需要考虑直流系统的过载能力;小方式调制依据交流电气量变化波动情况,小幅度调节直流输送功率,增加系统稳态运行点的阻尼力矩。由于故障扰动对不同

13、区域电网或交流线路潮流的影响程度不同,直流功率调制需要考虑控制对象选取的问题。在实际控制中,根据交直流混合输电系统网架结构特点、故障扰动后系统潮流转移振荡波动特征和控制目的等多种因素,优化选取被控对象,信号选择将直接影响调制器参数整定以及调制效果。此外,由于控制信号取自距离较远的交流线路,因此需要考虑信号传输通道的问题。1.4 直流频率调制 直流频率调制是将交流系统频率作为控制器的输入信号,调整直流系统输电功率3-5,10。当系统受扰动引起频率波动时,利用直流频率调制改变直流输电功率,抑制系统频率波动。输入的频率信号既可以是送端或受端单侧交流系统的频率,也可以是送、受端两侧交流系统的频率差;其

14、中,采用单端系统频率作为控制输入信号,则在典型频率调制控制器内,设定死区将另一端交流系统频率输入信号隔离而不起作用,这种控制方式适合于一端交流弱、另一端交流系统强的情况;若采用两端交流系统频率偏差作为控制输入信号,适合于两端交流系统短路容量相近的情况。一般情况下,单侧频率调制方式只需采集换流站近区交流母线频率作为控制信号输入,不需要在双侧建立通信联系;当采用直流双侧频率调制时,需要在整流侧到逆变侧之间建立附加控制信号的联系,通常可利用直流系统自身的通信通道。因而,与功率调制相比,频率调制118 郭小江等:直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨 Vol.36 No.8

15、可以避免增建信号传输通道的问题。与直流功率调制类似,根据控制功能和目的,直流频率调制也分为大方式频率调制和小方式频率调制。此外,在实际工程中,直流系统通常还配置有频率限制附加控制功能4,10。这种控制方式适合应用于如送端孤岛转动惯量小的直流外送系统中。频率限制器的控制输入端设置有频率死区(死区大小可根据需要调整),隔离小幅频率波动,当送端频率波动幅度较大时,控制器起作用对直流输电功率进行调整,提高系统频率稳定性。1.5 直流无功调制 直流系统无功消耗通常占输送有功功率的40%60%,而无功功率与换流器控制角度密切相关。通过监测受端交直流系统交换的无功功率或交流母线电压,作为输入信号调节直流换流

16、器触发角,进而改变换流器吸收无功功率控制系统电压或无功交换,达到改善交流系统电压稳定性的目的4。直流无功调制也称为熄弧角调制或换相裕度调制,考虑到直流受端交流系统面临的电压稳定问题突出,直流无功调制通常只装设在逆变端。在多直流馈入系统中,由于直流系统数量多、规模大,利用直流无功调制可以起到很好的控制效果11。1.6 直流其他附加控制 直流系统参与电网稳定控制的方式并不局限于上述情况。直流系统还能以其他信号作为输入,实现多种控制目标,如以功角或功角差为输入信号的低频振荡阻尼调制、以频率差为输入信号的次同步振荡阻尼控制等。2 直流系统参与电网稳定控制的典型实例 2.1 典型工程概况 为说明直流系统

17、参与电网稳定控制的应用现状,表 1 给出了直流附加控制应用的典型工程概 况3-5,12-21。表 1 直流附加控制应用的典型直流工程 Fig.1 The typical cases of power emergency control applied in DC projects 控制方式 直流工程 国家 电压/kV 容量/MW 说明 新西兰直流 新西兰 250 600 实现新西兰南北岛电网功率相互支援 伊尔河背靠背直流 加拿大 80 1602 实现送受端系统相互支援 功率紧急控制 三峡常州直流 中国 500 3 000 受德宝直流故障驱动,预防潮流转移 FennoSkan 直流 芬兰/瑞典

18、400 500 提高交流系统低频振荡阻尼比 北海道本州直流 日本 250 300 抑制北海道频率波动,消减系统旋转备用容量 里汉得德里 印度 500 1 500 提高孤岛运行方式下送端频率稳定水平 纳尔逊河直流&加拿大 450/500 1 620/2 000 提高送端系统频率稳定水平 频率调制 CU 直流 美国 400 1 000 提高送端系统频率稳定水平 太平洋联络线 美国 400 1 440 抑制并联交流联络线功率低频振荡 里汉得德里 印度 500 1 500 抑制并联交流联络线功率低频振荡 贵州广东直流&中国 500 3 000 抑制交流通道低频振荡 功率调制 天生桥广东直流 中国 50

19、0 1 800 抑制交流通道低频振荡 伊泰普直流 巴西 600 3 1502 受端 SCR 小,解决电压振荡问题 太平洋联络线 美国 400 1 440 提高受端系统电压振荡的阻尼 无功调制 葛洲坝南桥直流 中国 500 1 200 调节无功交换规模,保持换流母线电压水平 斯奎尔比特直流 美国 250 500 加装辅助次同步阻尼控制器,抑制次同步振荡 其他 高岭背靠背直流 中国 125 7502 加装辅助次同步阻尼控制器,抑制次同步振荡 2.2 美国太平洋联络线直流输电系统调制功能 20 世纪 6070 年代,美国西部的太平洋联络线双回 500 kV 交流输电线路投产后,连续于 1968年、1

20、969 年、1970 年在重负荷情况下产生负阻尼低频振荡问题。1970 年新建与原有交流线路呈并联网架结构的400 kV/1 440 MW 直流联网工程后,利用直流功率小方式调制,以并联交流联络线的功率变化作为输入信号,调制幅值为 3%,抑制了低频振荡,将并联交流线路的输送容量由 2 000 MW 提升至 2 500 MW4,13-16。此外,该工程还在逆变站装设了无功调制功能,以逆变站交流母线电压幅值为输入,当交流电压摇摆超过参考值时,通过增加熄弧角、增大直流系统消耗的无功功率,达到降低交流电压上升的目的,增加了交流系统电压波动阻尼。在实际控制中,为防止换相失败发生,并使附加控制器与极控制级

21、控制器不产生控制紊乱,熄弧角调节只能自额定最小值起做增值调节,不允许降至额定值以下。因此熄弧角调制仅在交流电压上升时起作用,而当交流电压下降时,保持在额定最小熄弧角限制值内。由于该直流同时具有功率调制和熄弧角调制功能,在运行中存在功率调制和熄弧角调制的联合第 36 卷 第 8 期 电 网 技 术 119 调制方式。在联合调制方式中,熄弧角调制与上面提到的一样,但功率调制仅可以从稳态值下调功率,即功率调制能力的上限由+160 MW 变为零。2.3 伊泰普直流输电系统调制功能 在我国800 kV 特高压直流投运之前,巴西伊泰普直流是世界上电压等级最高、输电容量最大的直流工程,由 2 个独立的600

22、 kV/3 150 MW 双极直流系统并联构成,馈入巴西东南部圣保罗负荷中心附近的 345 kV/500 kV 交流电网,受端系统支撑能力较弱,最小短路比为 2.2,换流母线 Sao Roque近区系统存在电压和无功振荡问题4,13。在该区域内,除核电机组外其他发电机组设备陈旧,大多为旋转励磁机,励磁调节器动作慢,当地无法解决无功振荡问题。为改善受端系统电压稳定水平,伊泰普首次采用无功调制改善受端系统电压稳定水平。伊泰普直流系统逆变侧通常运行在定电压控制模式,熄弧角在最小换相裕度范围(min=17)。前文介绍过,直流系统逆变站的无功消耗与熄弧角密切相关,增加熄弧角将增大直流系统的无功消耗,进而

23、影响 Sao Roque 的交流电压,实现对交流电压的调制。在该工程应用中,熄弧角调制仅作用在半个振荡周期,即调制量作用后熄弧角不能低于min,降低逆变器发生换相失败的可能性。2.4 FennoSkan 直流输电工程调制功能 FennoSkan 直流输电工程起始于芬兰的Rauma,落点于瑞典的 Danebo,该工程为 400 kV/500 MW 的单极直流系统(未来可能扩建为双极),采用 200 km 的海底电缆和 33 km 架空线路跨越 2国之间的波的尼亚湾实现了联网。在该直流工程建成之前,芬兰和瑞典在 2 国北部已实现了交流联网,因此直流工程投运后,2 国形成了交直流混联的网架格局。由于

24、 2 国的交流联系相对薄弱、且电气距离较长,系统存在频率为0.33 Hz 的低频振荡问题,因此在直流工程设计之初就着手考虑了利用直流调制功能抑制交流系统低频振荡、提高交流联络线输电能力的控制方案。在实施过程中,考虑了 3 种调制方式,并进行了优化比选:第 1 种,采用送端换流站就地频率偏差作为调制信号,该方式不需要任何远方通信设备,易于在控制中加入,但其最大的缺点是当发电机退出运行引起系统频率下降时,会导致直流功率反方向调节。第 2 种,采用直流两端换流站 Rauma 和 Danebo的频率差作为调节信号,这种方式不会导致直流功率调制反方向调节,不需要新增任何远方通信设备,信号可以利用直流系统

25、通信通道,可以提高系统在 0.33 Hz 模式下的阻尼比,但会对直流一侧的区域内部振荡模式提供负阻尼。第 3 种,将 2 国北部的交流联络线功率振荡作为调制信号,该方式需要增设长距离的信号传输设备,增加了投资,与其他 2 种方式相比可靠性较低。通过比较,上述 3 种调制方式对 0.33 Hz 的系统振荡均有等同的作用,然而,这些方式各有优缺点。在工程实施中,最终选择了换流站两端频率差作为调制信号输入的双侧频率调制方式4,13-14,18。2.5 里汉得德里直流输电工程调制功能 印度的500 kV/1 500 MW 里汉得德里直流输电工程将印度东北部煤电送至 814 km 外的新德里负荷中心,该

26、工程建成后与原有 400 kV 交流线路形成交直流并联外送系统。为提高电网稳定水平,该工程设置有功率调制和频率调制。其中功率调制用以在交直流并联运行方式下消除弱交流系统的低频振荡问题;频率调制信号则取自两端交流系统频率偏差之差,用以在直流孤岛运行方式下消除弱送端交流系统的频率稳定问题4,13-14,19。2.6 国内直流输电工程调制功能的应用现状 我国南方电网有 3 个主导的区域间低频振荡模式:云南贵州模式(0.550.60 Hz),云贵广东模式(0.400.45 Hz),海南主网模式(0.700.78 Hz)。其中 2 个振荡模式与南网交直流混联系统密切相关,为提高云南贵州振荡模式和云贵广东

27、振荡模式阻尼比,区域内的天生桥广东、贵州广东和共计 3 回直流系统采用直流功率调制,实现了交直流协调和多直流配合。在工程实施中,预先为不同直流系统明确被控对象,利用多个站点的PMU 测量相关线路和母线的电流、电压,计算得到线路功率信号,将其传输至对应的直流控制站,在此基础上利用直流功率调制抑制多个区域间的低频振荡,提高了电网安全稳定水平20-22。在我国“三华”交直流互联电网中,为解决德阳宝鸡500 kV/3 000 MW 直流闭锁引起的潮流转移问题,采用事件驱动的方式,触发三峡常州500 kV/3 000 MW 直流采取紧急功率控制,实现了多回直流的相互协调,改善了系统稳定水平。3 现有稳定

28、控制导则对直流系统定位的规定 3.1 电力系统三道防线 电力系统安全稳定导则DL7552001 定义120 郭小江等:直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨 Vol.36 No.8 了电力系统承受大扰动能力的安全稳定标准:第 1级标准,保持稳定运行和电网的正常供电;第 2 级标准,保持稳定运行,但允许损失部分负荷;第 3级标准,当系统不能保持稳定运行时,必须防止系统崩溃并尽量减少负荷损失。为达到上述标准,我国电力系统构建了安全防御体系,电力系统安全稳定控制技术导则(包含 2 个版本,一个是 2000年颁布的版本 DL/T 7232000,另一个是 2011 年颁布的版

29、本 GB/T 263992011)对 3 道防线进行了阐述22-23。其中,GB/T 263992011 对 3 道防线的定义是:第一道防线,在电力系统正常状态下通过预防性控制保持其充裕性和安全性(足够的稳定裕度),当发生短路故障时有电力系统固有的控制设备及继电保护装置快速、正确地切除电力系统的故障元件;第二道防线,针对预先考虑的故障形式和运行方式,按预订的控制策略,采用安全稳定控制系统(装置)实施切机、切负荷、局部解列等控制措施,防止系统失去稳定;第 3 道防线,由失步解列、频率及电压紧急控制装置构成,当电力系统发生失步振荡、频率异常、电压异常等事故时采取解列、切负荷、切机等控制措施,防止系

30、统崩溃。3.2 现有导则对直流参与电网稳定控制的规定 国内外工程应用实例表明,利用直流系统的多种调制方式和紧急控制,能够有效改善系统安全稳定水平,但直流系统参与电网稳定控制必然会对原有安全稳定控制措施配置和整体防御体系产生影响。由于直流系统各种附加控制方式的作用不尽相同,在明确其功能的基础上,需要对其在安全防御体系中的定位给予必要的规定,为电网安排合理、有效的稳定措施提供依据。为此,本文梳理了电力系统安全稳定控制技术导则中关于直流系统参与电网稳定控制的作用和定位的相关阐述。表 2 给出了 DL/T 7232000和 GB/T 263992011 2 个版本的论述对比情 况23-24。为简化行文

31、,表中给出的是导则相关叙述的基本大意,读者可根据需要参阅导则原文。在 DL/T7232000 版本导则中,规定了直流功率调制可用于改善系统阻尼特性的预防性控制,此时功率调制的目的是阻尼系统振荡;直流紧急调制可作为第二道防线的控制手段用于防止电网失稳,此处的直流紧急调制可以理解为直流功率紧急控制,以及利用直流调制大幅、快速调整直流功率的控制行为,如大方式直流功率调制和频率调制。表 2 电力系统安全稳定控制技术导则 关于直流系统参与电网稳定控制的阐述 Tab.2 The description of DC system participating in power system stability

32、 control in“Technical guide for electric power system security and stability control”防御体系DL/T 7232000GB/T 263992011 预防性控制1)HVDC 功率调制可用于改善系统阻尼特性的预防控制。1)改变交直流功率分配可用于功角预防控制。2)直流功率调制可用于频率异常预防控制。3)改变交直流功率分配可用于电压异常预防控制。4)改变交直流功率分配可用于防止过负荷的预防控制。5)直流调制可用于改善系统阻尼特性的预防控制。第 1 道防线 第 2 道防线1)HVDC 紧急调制可用于防止电网失稳的暂态稳

33、定控制。1)直流系统功率调制可用于防止电网失稳的暂态稳定控制。2)直流系统附加阻尼控制可用于防止电网失稳的平息低频振荡控制。3)提升或回降直流功率控制可用于防止电网失稳的消除过负荷控制。4)直流调制可用于防止电网失稳的频率控制。第 3 道防线 在 GB/T 263992011 版本导则中,细化了直流系统参与电网稳定控制的功能,并明确指出稳定控制措施应优先采用切机、直流调制。首先,在预防性控制方面,规定了交直流功率分配、直流功率调制方式可用在预防性控制中;其中,交直流功率分配含义较广,可理解为直流系统适应交流系统运行要求的输电功率调整和优化;新版本导则规定直流功率调制可用于频率异常预防控制,但同

34、时又增加了直流调制可用于改善系统阻尼特性的预防性控制规定,与老版本导则相比增加了直流系统附加控制功能。在第 2 道防线中,新导则规定了直流调制、附加阻尼控制和功率紧急控制可作为第 2 道防线的控制手段用于防止电网失稳、消除其他元件过负荷、平息系统低频振荡;与老版本导则相比,增加了直流调制用于第 2 道防线的规定。总体上,新版本导则体现了扩展直流参与电网稳定控制的思路。4 直流系统在电网稳定控制中的定位探讨 直流系统具有多种附加控制功能,通过进一步梳理常见附加控制功能在安全防御体系中的定位,为电网运行提供参考。直流系统在所处的电网中,不可能同时发挥其各种附加控制功能,应根据电网第 36 卷 第

35、8 期 电 网 技 术 121 控制需求确定其主要用途,选取一种或数种附加控 制措施参与交直流电网稳定控制。若赋予一回直流多种附加控制功能或控制目标时,需要设定协调控制机制,但在某一时刻只可能由一种附加控制功能作为主导作用于直流系统。在制定直流系统参与电网稳定控制方案时,需要在明确控制需求的基础上考虑调制方式、调制信号、调制环节及参数等因素;此外,任何一种直流附加控制功能都将同时影响直流系统接入的送、受端系统,确定直流附加控制功能还需兼顾送、受两端电网的情况。图 1 给出了直流系统基本附加控制参与电网稳定控制的功能定位示意图,其中虽包含了多直流条件下可能存在的多直流协调控制,但本文暂不对其展开

36、论述,而重点介绍将各项附加控制措施纳入不同安全稳定防线的依据和考虑。此外,本文讨论的直流系统参与电网稳定控制主要针对直流调制、直流功率紧急控制等提高系统暂态稳定和动态稳定的附加控制功能,对于 GB/T 263992011 导则所描述的预防控制中“改变交直流功率分配”涉及的交直流系统潮流和运行方式优化调整问题也不在讨论范围。正常状态 直流功率 调制 警戒状态 紧急状态极端状态系统崩溃无功 控制 有功 控制 低频振荡 控制 继 电 保 护 其他控制主动切负荷主动切机其他紧急控制系统解列低频低压减载直流频率调制直流无功 调制 直流功率紧急控制直流频率限制控制恢复控制黑启动 协调控制中心预防性控制 第

37、 1 道防线 第 2 道防线第 3 道防线 图 1 直流系统基本附加控制功能参与电网稳定控制的功能定位 Fig.1 Additional control functions of DC system participating in power system stability control 直流无功调制受最小熄弧角控制限制,且为避免换相失败,调节范围有限。该调制方式适合作为受端交流系统电压无功控制的补充,改善换流站近区局部电网电压运行水平,是一种预防性的控制行为,并不能单独依靠该控制方式解决受端电网面临的电压稳定问题。直流功率紧急控制通常是根据预先设定的策略表,由事件触发对直流功率进行紧急

38、控制,类似于故障触发切机、切负荷等稳控措施。在实际系统中,利用直流功率紧急控制快速提升或降低直流输电功率,可以达到切机或切负荷的稳定控制效果,有效解决系统暂态稳定影响。因此应将其归类为第二道防线稳控措施,且与 GB/T 263992011 版本导则中所述一致(如表 2 所列新导则规定的第二道防线第 3 条)。前文介绍了直流功率调制和频率调制均有大方式调制和小方式调制之分。大方式调制的目的是提高交流联网线路的暂态稳定性,直流功率调节幅度可达直流系统额定传输功率的 10%50%,由于直流换流器的过载能力很小,采用大方式调制,直流换流装置应留有相应的容量裕度;小方式调制的目的是提高交流联网线路的动态

39、稳定性,抑制系统功率振荡,其直流功率调节幅度一般只有直流系统额定传输功率的 3%10%。在此基础上,下面分析直流功率调制和频率调制在电网安全防御体系中的定位。与直流功率紧急控制相比,直流功率调制和频率调制控制适应性较好,控制器对任何引起系统电122 郭小江等:直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨 Vol.36 No.8 气量变化的扰动,均会做出响应,对提高系统暂态稳定性以及加快振荡衰减速度效果显著。其中,直流功率小方式调制可实现预防性控制中的抑制系统低频振荡的作用,此时直流功率调制主要起阻尼作用,通常振荡逐渐进入稳态后,直流系统输电功率维持初始功率;此外,通过对功率

40、调制控制器设定不同的控制参数,实现直流功率大方式调制功能,使直流系统能够快速、大幅度的调整输电功率,进入稳态后能够长期维持一定幅度的功率变化,吸收/补偿交流线路的功率,达到切机或切负荷的稳控效果,此时将其定位于电网第 2 道安全稳定防线。同样,直流频率小方式调制应作为预防性控制措施,直流频率大方式调制作为第二道安全稳定控制措施。此外,由于直流频率限制器针对系统频率大幅波动情况,一般死区设定值为 0.5 Hz,且频率变化信号超过死区值数百 ms 的延时后,控制系统才会动作,因此应将其归类于第 2 道防线控制措施。5 直流系统附加控制在我国电网的应用前景 前文介绍了直流系统参与电网稳定控制的现状,

41、整体而言,欧美等发达国家应用案例多、且应用范围广;国内整体应用水平较低。近年,随着我国西电东送、特高压交直流电网的建设,交直流互联电网规模的扩大和直流输电工程的增多,电网客观上要求直流系统发挥更多的稳定控制作用,直流参与电网稳定控制的应用前景将非常广阔25-27。根据我国电力系统现状和规划,西南水电将形成多直流集中送出的交直流混合外送系统,需要利用直流调制和功率紧急控制解决并联交流通道功率低频振荡和故障过载问题28;青藏直流系统需要利用直流功率紧急控制解决西藏电网的“大机小网”频率稳定问题;华东多直流馈入系统需要利用直流熄弧角调制等措施改善受端系统电压稳定29;西北风火“打捆”直流外送系统需要

42、利用直流频率调制或功率调制抑制大规模风功率波动对送端系统频率稳定的影响;蒙古国等国外对我国直流孤岛送电系统需要利用直流频率调制、频率限制控制以及次同步振荡阻尼控制解决送端孤岛系统的稳定问题30等。直流系统参与电网稳定控制成为了保障电力系统安全稳定运行不可或缺的控制措施。6 结语 本文结合电网现状和发展趋势,梳理了直流系统常用附加控制功能及其在国内外典型应用实例;通过分析和比较我国 2 个版本电力系统安全稳定控制导则对直流系统参与电网稳定控制的规定,结合我国电网安全防御体系,探讨了直流系统常见附加控制功能在电网安全防御体系中的功能定位,将直流无功调制、直流功率小方式调制和直流频率小方式调制归类为

43、预防性控制措施,将直流紧急功率控制、直流功率大方式调制和直流频率大方式调制归类为第二道防线控制措施。研究结果可为直流系统参与电网稳定控制的策略制定和工程实施提供技术参考。参考文献 1 刘振亚特高压电网M 北京:中国经济出版社,2005:27-36 2 舒印彪我国特高压输电的发展与实施J中国电力,2005,38(11):1-8 Shu Yinbiao Development and execution of UHV power transmission in ChinaJElectric Power,2005,38(11):1-8(in Chinese)3 浙江大学发电教研组直流输电科研组直流输

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