基于多馈入直流评估指标的江苏电网安全稳定性研究（电力）

 基于多馈入直流评估指标的江苏电网安全稳定性研究（电力）

          黄俊辉¹，王海潜¹，汪惟源²，谢珍建¹，张文嘉¹，孙文涛¹

  （1．江苏省电力公司经济技术研究院，江苏南京  210008;2江苏省电力公司，江苏南京  210008）摘要：针对多馈入直流的接人对江苏电网安全稳定性会产生较大影响的问题，建立基于多馈人等效短路比、多馈入影响因数和换相失败系数对多馈人直流接入电网的安全稳定性评估方法，并应用于江苏电网安全稳定性仿真分析计算中。多馈入影响因数指标计算结果表明，江苏电网属于强交流系统，其安全稳定性较高，满足安全稳定运行要求。其中锦苏直流位于受端中心，容量较大，严重故障下容易发生换相失败。通过在锦苏直流近区电网安装动态无功补偿装置能够改善直流换相失败问题。

关键词：多馈入直流：短路比：换相失败；安全稳定

中图分类号：TM244.2  DOI: 10.11930/j．issn．1004-9649.2016.05.030.05

0引言

    目前江苏电网已接入锦屏一苏州+800 kV直流、三峡一政平+500 kV直流，此外还将建设

+800 kV锡盟一泰州等多条直流，届时江苏电网将形成复杂的交直流混联电网。直流输电传输容量大．故障后潮流转移明显，多条直流间相互影响风险较大，影响江苏电网安全稳定运行。因此研究多馈人直流接入电网的安全稳定性，优化电网规划方案，提高电网安全稳定性十分必要。

    随着电网规模的发展以及超高压、特高压直流输电技术的广泛应用，直流落点间的电气距离将越来越近，直流输电系统的稳定运行也越来越依赖所馈入地区交流电网的电压稳定水平。在通常条件下，直流输电系统换流站所联接的交流系统电气强度越强（即短路容量越大），则直流系统在稳态和暂态运行过程中所经受的电压波动程度也越小，其稳定性也越佳。

    在多馈入直流系统安全稳定评估方面已有部分研究成果。但较少涉及多馈入直流相关指

标与直流馈入电网安全稳定性的关系，未能应用于实际电网进行分析研究。

    本文基于多馈入等效短路比( multi-infeedeffective short circuit ratio，MIESCR)、多馈入影响因数( multi-infeed  interaction  factor，MIIF)和换相失败系数(commutation failure immunity index, CFII)对多馈入直流接入电网的安全稳定性进行评估。

1  多馈入直流的主要评估指标

1.1  多馈入等效短路比

    评估交直流系统相互影响的常用指标是短路比(SCR)和等效短路比(ESCR)，定义为

    当ESCR>5时，为强交流系统；当3<ESCR<5时，为中等强度交流系统；当ESCR<3时，为弱交流系统。为使系统运行有一定的灵活性，一般等效短路比应在2～2.5之间。

    对多馈入直流系统，多直流馈入的等效短路比MIESCR可表示为当MIESCR >3时．为强交流系统：当2<MIESCR <3时，  为中等强度交流系统：  当MIESCR<2时，为弱交流系统。多直流馈人系统的临界等效短路比是1.5，即当MIESCR小于1.5时可能会出现电压稳定问题。

1.2多馈入影响系数

    为表征多个直流换流站交流母线间的电压相互影响程度，引出多馈入影响系数( MIIF)指标，对于如图1所示的多馈入直流输电系统，其MIIF可由式(4)得到。

1.3换相失败系数(CFII)

    当直流换流站交流侧发生故障，进而引起电压跌落，将有可能导致换相失败．当电压跌落到一定水平，必定有可能发生换相失败。为了定量描述多馈入直流接入系统发生换相失败的可能性．引入换相失败系数( CFII)指标，通过不同的短路阻抗来模拟不同的电压跌落水平。单馈人直流系统中，换相失败系数定义为

    可以看出，直流系统输电容量越小，CFII指标越大，换相失败风险越小。在实际应用中可表示为

    可以看出，CFII与ESCR具有有较强的相关性，当ESCR越大，CFII越大，即交流系统越强．直流系统抵御换相失败的能力越强。

2江苏规划电网的实际算例分析

2.1  算例说明

    根据特高压及江苏电网的“十三五”发展规划，江苏电网将在现有政平直流、锦屏直流基础上新增锡盟一泰州直流，其中初步的方案是考虑+800 kV直流输送8 000 MW容量，分别等容量换流到1 000 kV、500 kV电压等级。并且考虑锡盟一泰州特高压直流和华东1 000 kV交流特高压环网同期建成，形成如图2所示电网结构。

2.2  指标计算及分析

    江苏电网直流落点交流母线的短路电流水平及SCR、ESCR和MIESCR计算如表1所示。

    从表1的结果可见：(1)仅计算SCR,不同直流各自差距较大，例如政平直流SCR达到16.2．

即没有考虑相互之间的影响，结果不具备参考性．MIESCR考虑多直流馈人因素，计算结果可信度高，可以用来评价电网强度。(2)江苏500 kV、1 000 kV规划电网的短路容量较高，正常运行方式下，江苏电网内各条直流的MIESCR指标均大于3，江苏电网属于强交流系统，在直流发生换相失败时，可为直流系统运行提供较强的有功、无功支持，保证直流系统恢复正常运行。(3)江苏电网内3条直流系统，其中政平直流MIESCR最大，其交流系统最强，锦苏直流MIESCR最小．交流系统相对较弱。(4)相关文献推荐的MIESCR值应大于2.5，考虑到锦苏直流的MIESCR值略大于3，再加上没有考虑华东的其他如上海、浙江的大直流的影响，因此可能计算的结果偏乐观。    

江苏电网多馈入直流电压跌落相互影响分析结果如表2所示。由表2可见：(1)通过MIIF指标可以分析换流站之间对电压跌落的作用。结合最小电压降落计算的电压阈值，可以得出多个换流站同时或相继发生换相失败的可能性。(2)泰州直流(500 kV)侧电压跌落对政平母线的影响最小，为0.18，主要是由于2个直流分别位于苏北、苏南．相互之间的电气联系较弱，此外政平直流容量最小．不易受到影响。政平直流电压跌落对锦苏直流的影响最大，为0.53，2个直流均位于苏南电网，电气距离近，且锦苏直流容量较大。(3)表2巾最后一列为MIIF指标的和，即各直流电压跌落对某一直流母线产生影响的累加，可以看出，政平直流最小，抵御故障能力最强；锦苏直流最大，抵御故障能力最弱。因此，

在电网规划中需要对锦苏直流制定相应加强措施，预防故障后电压跌落引发的直流闭锁。

    江苏电网多馈入直流系统发生换相失败的初步评估如表3所示，、从表3中可以看出：(1)考虑到多直流馈入的相互影响，计算得到各直流系统的换相失败系数CFII。其中政平直流、泰州直流高低侧CFII均较大，故障后产生换相失败的概率较低。锦苏直流CFII值仅为0.32，故障后产生换相失败的概率较大，易引发安全稳定问题。(2)由于电气距离原因，总体上苏南2个直流（锦苏、政平）间的相互影响要大，而泰州直流换流到特高压1 000 kV母线上的直流系统对苏南的影响更大。(3)泰州特高压直流站由于换流到不同电压等级的交流母线，彼此间的相互影响由于电气距离原因不大，几乎和苏南的直流系统相当。

2.3措施及建议

    根据2.2节计算分析结果可知，江苏规划电网整体较强，能够满足多馈入直流接人需求，规划期内多条直流均能够安全稳定运行，其中锦苏直流3项指标水平均相对较差。主要由于锦苏直流容量大．且处于受端中心，严重故障情况下容易引发电压较大跌落，进而导致直流换相失败。冈此．提高锦苏直流落点附近电网电压恢复水平是改善锦苏直流系统安全性的关键要素，建议在直流落点附近安装动态无功补偿装置。

    以锦苏直流落点附近500 kV变电站安装动态无功补偿装置为例进行仿真分析，安装前后锦苏直流换流站阀电流曲线如图3所示。

    由图3可知，未安装动态无功补偿装置，严重故障情况下，锦苏直流0.2 s后发生2次换相失败．在直流近区母线安装300 MV-A动态无功补偿装置后，未发生换相失败。

3结语

    本文将3个多馈人影响因数指标应用于江苏规划电网多馈入直流系统的安全稳定性计算分析．找出了江苏多馈入直流系统的薄弱环节．并提出了相关解决措施及建议。

    (1)计算分析结果表明，将多馈入影响因数、多馈人等效短路比和换相失败系数应用于江苏规划电网多馈入直流系统的安全稳定性分析是可行的，江苏规划电网整体较强．各项指标满足安全运行要求，能够满足多馈入直流的接入。

    (2)通过对江苏多馈入直流系统三项指标的分析可知，锦苏直流三项指标水平均相对较差．是多馈入直流电网的薄弱环节。

    (3)由于锦苏直流容量大，且处于受端中心，严重故障情况下容易引发电压较大跌落．进而导致直流换相失败，需要在直流落点附近安装动态无功补偿装置提高动态稳定性。仿真分析结果表明，在锦苏直流附近500 kV母线安装动态无功补偿装置后，能够减少严重故障下锦苏直流换相失败次数，提高电网安全稳定运行水平。