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工程与技术
上电力
2008年第1期
高压直流输电系统多落点及研究现状
凌晓波,刘蓓,王冲
(上海市电力公司调度通信中心,上海200122)
摘要:上海电网作为典型受端电网,高压直流输电系统受进回路数及其总容量将越来越多,不仅在系统稳态
方面存在电力实时平衡的安全阿题,在系统暂态方面也带来了多直流系统相互作用的复杂新向题。文章介绍
了上海电网高压直流输电系统的现状以及高压直流输电系统多落点的关键技术和研究现状。提出研究高压
直流系统的多落点问题,对上海电力系统的安全稳定运行尤为重要
关键词:多馈入直流输电系统(MIDC);HVDC模型
中图分类号;:TM726.1文献标识码:B
1引言
系统不适应等因素引起了“6?29”和“7?5”两次
双极停运事故,对交流系统造成了严重的冲击,暴
多条直流输电线路落点于同一交流电力系露出直流系统安全可靠运行的因素,还有待进
统,便形成所谓的多馈入直流输电系统(MIDC)。步研究分析和总结经验
与单馈入直流输电系统相比,具有较大的输送容
目前上海电网的直流落点2处,规刘中上海电
量和更为灵活的运行方式,但同时也带来一些特网的高压直流输电系统落点将增至约5处,预计直
殊问题。比如,在两个或多个换流站交流母线间流输电受进容量达20GW左右。上海电网作为典
的电气联系较强的情况下,交直流系统之间、直流型受端电网,多直流输电系统落点问题对电网稳定
与直流系统之间的相互作用很强,在不利情况运行关系十分密切,其安全稳定问题日益凸显。
下,可能会导致系统性能的下降,甚至威胁到电
力系统的安全稳定运行。
高压直流翰电系统多落点的关键技术
目前,上海对外的直流通道主要是葛南直流,
国外对小扰动下的多馈入交直流电力系统的
宜华直流也开始投运。在单馈入直流系统下,问题已有详细的研究报道,一般是建立在小干扰
2003年葛南直流于6月29日和7月5日出现了分析的基础上2。但是,大扰动下多馈入交直流
因南桥换流站侧区外故障引起控制系统扰动,发情况更为复杂,尚处于研究阶段,文献[3]、[4]概
生50Hz分量振荡,50Hz保护动作导致双极停括了大扰动下多馈入交直流电力系统研究中涉及
运的事故。葛南直流这两起双极停运事故,均发的关键技术如下:
生在双极1200MW运行工况下,对两端系统影
(1)暂态过程中交直流系统间、各直流系统
响较大。通过现场试验分析和研究,实施了以下间的相互作用更为复杂。在不利情况下,交流系
反事故措施:电流调节器比例系数由25%调整为统中某一故障或者某一换流站故障,可能导致多
209%:50Hz保护的动作时间暂由200ms改为个换流站同时发生换相失败。
500ms。实施以上反措后,华东电网多次出现交
(2)交流系统故障及切除后,作为对交流系
流系统扰动,葛南直流系统50Hz分量均很快衰统紧急支援的一种手段,直流输电系统的快速恢
减到零,没有再出现此类停运情况。
复将有助于缓解交流系统的功率不平衡。但有时
2003年9月份加拿大召开的国际直流输电过快的直流功率恢复却又可能造成后继的换相失
运行会议上,一些国家的直流输电系统运行专家败和交流系统的电压失稳。
指出类似故障在加拿大 Manitoba、美国山间等直
(3)为避免暂态过程中不同直流输电线路控
流工程也曾经出现过,原因为外部交流系统变化制之间产生不良的相互作用,并使系统具有良好
导致调节器参数不适应所致。葛南直流输电系统的动态性能,还要求直流输电系统的控制器具有
因交流系统变化导致葛南直流输电系统控制保护鲁棒性,对不同的故障地点和故障类型均应具有
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适应能力。此外,控制器的参数需经优化后方能和直流网络分别仿真。文献[7]中总结了该类方
使系统整体性能达到最佳
法的简单模型、响应模型和详细模型,其它文献也
(4)大扰动下直流调制输人信号的选取和控介绍了这方面的研究计算成果及其改进
制策略的制订十分关键,与单馈入直流输电系统
由于建立模型需要对直流系统的复杂控制回
相比,多馈入直流输电系统中可用于直流调制的路各环节进行简化、分解和综合,控制参数的设置
手段更为丰富,待选的调制信号和控制策略更相当复杂,给建模造成了较大的难度。明显的缺
多,但所需考虑的问题也更为复杂
陷主要表现在模型对直流换流器采用的仍为准稳
(5)直流输电系统的控制对象换流器响应速仿真模型,故难以准确描述换流站附近的不对称
度很快,各控制器间的相互作用较强,为使系统的短路所引起的HVDC动态行为以及逆变器交流
总体性能更好,有必要对各控制器进行协调,尤其侧不对称故障或换流变压器饱和可能引起的换相
是2个或多个逆变站间电气距离较近时更是如此。失败故障,文献[3]指出了换流器准稳模型的不足
高压直流输电系统多落点研究现状
之处。
目前,另一种建模方法是不再采用换流器准
目前,国内外对高压直流输电系统多落点的研稳模型接口方式,而是将交流网络和直流网络作
究日益关注。南方电网已开展了广东电网多处高为整体进行系统电磁暂态仿真,而换流器采用详
压直流落点的安全可靠性系列研究,提出了五回直细电磁暂态模型。南方电网直流输电系统多落点
流输电系统落点广东电网的安全稳定问题,并进行的一系列相关研究均采用该方法「8。
了深人研究。此外,各相关高校院所也开始进行相
数字仿真计算方法及工具
关研究。直流输电系统多落点的研究涉及高压交
多馈入直流输电系统在故障发生后的动态响
直流系统的建模以及仿真计算方法研究
应与交直流系统的结构和具体运行工况有关,通
3.1物理仿真和数字仿真
常必须采用大规模交直流电力系统分析程序进行
直流输电系统仿真按仿真模型可分为物理仿仿真计算才能确定,凭经验的估计和采用动模试
真和数字仿真。人们很早就采用直流系统数字仿验的方法来确定也是不现实的1。有关电力系统
真与物理仿真器动态模拟相结合研究直流输电系机电暂态仿真程序,目前国际上比较著名的有美
统,这种数模混合式仿真虽然可以实时仿真直流国PTI公司的PS/E、西门子公司的NE
输电系统的运行过程,也能给出与现场完全一致 TOMAC、ABB公司的 SIMPOW和加拿大
的物理现象,但由于数模混合式仿真中的直流系 POWERTECE公可的 DSAPOWERTOOLS等,
统物理模拟仿真器通常由数十个庞大的机柜组国内应用比较普遍的程序有中国电力科学研究院
成,占地面积大,造价昂贵,不利于推广应用。直的BPA和PS.ASP程序。仿真程序能否用于多馈
流输电系统数字仿真具有不受原模型系统规模和入直流输电系统的机电暂态仿真计算,主要在于
复杂性限制的优点
该程序有无用户自定义功能。若程序不具备用户
3.2HVDC数字仿真模型
自定义功能,即使程序本身带有缺省的直流输电
正如文献[4]、[6]所指出,研究高压直流输电系统功能模块,也往往难以满足多馈入直流输电
系统多落点问题的关键是对换相失败的深入研究,系统机电暂态仿真的要求。
建立能更真实地反映大扰动交直流控制间相互影
文献[9]指出,目前国内外通用的电力系统机
响和交直流系统相影响、能用于研究直流换相失电暂态过程仿真程序大多是以对