0  引言

    特高壓直流輸電（Ultra-High Voltage Direct Current, UHVDC）系統(tǒng)可以提高輸電能力,，實現(xiàn)大功率的中、遠距離輸電,，以及實現(xiàn)遠距離的電力系統(tǒng)互聯(lián),，建成聯(lián)合電力系統(tǒng)，提供緊急功率支援從而提高電網穩(wěn)定性,，在我國得到了越來越廣泛的應用,。與此同時，特高壓直流輸電也帶來了一些問題,，例如換相失敗引起輸送功率中斷威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定^[1-3],、引起系統(tǒng)潮流轉移和重新分布、低次諧波^[4],、次同步振蕩等,。因此UHVDC系統(tǒng)故障的動態(tài)恢復特性是重要的研究問題。實際運行經驗表明,，UHVDC換流站所在交流電網的強弱程度及UHVDC的控制保護特性對UHVDC故障恢復特性有顯著影響^[5-6],。

    常規(guī)高壓直流輸電換流站無論是整流站還是逆變站，換流器都需要從系統(tǒng)吸收無功,，消耗的無功不僅取決于其輸送的有功功率,，還與直流系統(tǒng)的控制方式和運行方式有關。對系統(tǒng)而言,，換流站無功的過?；蛘卟蛔愣紩е陆涣飨到y(tǒng)電壓的上下波動。直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時無功功率平衡由換流器的運行狀態(tài)和交流側的無功補償決定,。若交流系統(tǒng)較弱,，直流輸送功率的調整變化、換流站濾波器組的投切等都會導致較大的電壓波動,，影響直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行^[7],。UHVDC系統(tǒng)故障時無功不平衡直接影響換流器的正常換相^[8]，而換流母線上的無功補償裝置提供的無功會通過交流系統(tǒng)影響直流系統(tǒng)的故障恢復^[9],。

    隨著我國交直流混合電網“強直弱交”特征的逐漸顯現(xiàn),，現(xiàn)有無功補償設備存在補償能力有限及運行不靈活等缺點，因此需要更多的動態(tài)無功補償設備,。通常,，可以在連接弱交流系統(tǒng)的換流站或附近的樞紐變電站安裝靜止無功補償器（Static Var Compensator，SVC）,，能夠提供動態(tài)無功補償,，穩(wěn)定交流系統(tǒng)電壓，抑制交流濾波器組投切時換流母線的暫態(tài)電壓波動，尤其是在逆變側進行無功補償可以降低換相失敗的概率,，在直流輸電系統(tǒng)故障時提供無功動態(tài)電壓支撐,。

1  交流系統(tǒng)的強度

    交流系統(tǒng)強弱對直流輸電系統(tǒng)換相失敗有一定影響。工程上常用短路比SCR作為交流系統(tǒng)強度的衡量標準,，即交流系統(tǒng)在直流落點處的短路容量與直流額定輸送功率的比值,。短路比越大，系統(tǒng)抵御外界擾動的能力越強,。

    在單饋入直流輸電系統(tǒng)中,，短路比可表示為

    式中，Q_CN為換流站交流母線電壓為額定值時,，由交流濾波器和無功補償設備產生的無功功率,。B_Cpu為交流濾波器與補償電容的等值電納標幺值。

    若ESCR<3,，則系統(tǒng)較弱,。短路比越小，交流系統(tǒng)越弱,，越容易發(fā)生換相失敗,。

    由上式可知，系統(tǒng)配備一定容量的無功補償設備,，可以增大系統(tǒng)的有效短路比,。

    UHVDC換流器運行時要消耗大量無功，由換流母線上并聯(lián)的交流濾波器與無功補償電容器提供,。當系統(tǒng)無功裕度較小,，或需要考慮動態(tài)電壓穩(wěn)定等時，需采用動態(tài)無功補償如靜止無功補償器等,。采用無功補償設備對直流系統(tǒng)尤其是連接于弱交流系統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)進行無功補償,，增大系統(tǒng)有效短路比，可以降低系統(tǒng)對暫態(tài)反應的靈敏度,，等效擴大系統(tǒng)安全運行范圍,，維持電壓穩(wěn)定，從而降低換相失敗概率,。

2  仿真系統(tǒng)模型

    仿真交流系統(tǒng)使用梧州SVC時云-廣UHVDC系統(tǒng)在故障下的動態(tài)響應,。

    （1）仿真軟件：BPA。

    （2）研究水平年及運行方式：2010年豐水期大負荷方式,。

    （3）計算網架：以《南方電網“十一五”規(guī)劃電網優(yōu)化研究》報告優(yōu)化調整的網架為基礎,，采用《南方電網“十一五”加裝串聯(lián)補償及無功優(yōu)化補償工程可行性研究》工作的初步推薦方案，即：桂賢50％串補,、柳賀40％串補,、玉茂50％串補、墨紅50％串補、文大60％串補,。

    （4）穩(wěn)定計算方式

    在正常運行方式下，對來賓～梧州500 kV線路梧州側三相永久故障,、云廣直流單極閉鎖故障,、和平～楚雄線路和平側三相永久故障三種典型故障方式，分析不投SVC,、投不同容量SVC時,，故障后系統(tǒng)搖擺及電壓波動情況。

    在西電東送極限（包括兩廣極限,、云廣極限,、貴廣極限）方式下，計算加裝不同容量SVC對送電能力的影響,。

    （5）SVC運行情況：梧州SVC在大方式下正常運行時出力為0,，容性無功出力可在0～120 Mvar／0～180 Mvar／0～210 Mvar范圍內平滑調節(jié)；其控制策略為保持梧州變500 kV側電壓在一定水平,。

3  仿真結果及分析

    （1）云廣直流單極閉鎖故障情況分析

    圖1,、圖2、圖3是云廣直流單極閉鎖故障后,，梧州變電壓波動與SVC出力曲線圖,，圖4顯示出了是否投入SVC時的梧州變500 kV側電壓波動情況。

    由上述圖形的對比可見：

    云廣直流單極閉鎖故障情況下,，梧州變電壓下降較大,，故障后的振蕩過程中始終不能恢復到額定電壓水平；由于梧州SVC控制策略為保持梧州變500 kV側電壓在一定水平,，因此,，其無功備用全部輸出。

    SVC的緊急無功電源支撐能力可有效提高梧州變電壓恢復速度,，且SVC容量越大恢復速度越快,，可將故障后電壓降幅減小4～6 kV。

    （2）和平～楚雄線路三相永久故障情況分析

    圖5,、圖6,、圖7是和平～楚雄線路三相永久故障后，梧州變電壓波動與SVC出力曲線圖,，圖8顯示出了是否投入SVC時的梧州變500kV側電壓波動情況,。

    由上述圖形的對比可見：

    和平～楚雄線路三相永久故障情況下，直流向交流轉移潮流較大,，且波動較大,，導致梧州變(包括整個西電東送通道上)電壓波動較大，由于梧州SVC控制策略為保持梧州變500kV側電壓在一定水平，因此,，SVC裝置的無功輸出在0和最大值之間振蕩：電壓高時輸出為0,、電壓低時輸出最大無功。

    SVC的緊急無功電源支撐能力可有效提高梧州變電壓恢復速度,，且SVC容量越大恢復速度越快,，且可將故障后電壓降幅減小4～6 kV。

    （3）提高送電能力的分析

    對不投SVC,、投120,、180、210 Mvar SVC的不同情況下,，南方電網西電東送極限進行了校核計算,，結果見表1。

    計算結果表明,，在梧州加裝SVC對西電東送穩(wěn)定水平的提高較?。患友bSVC容量為120 Mvar時,，提高兩廣,、云廣、貴廣送電極限分別為70,、10,、10 MW；加裝SVC容量為180 Mvar時,，提高兩廣,、云廣、貴廣送電極限分別為90,、30,、20 MW；加裝SVC容量為210 Mvar時,，提高兩廣,、云廣、貴廣送電極限分別為100,、30,、30 MW。安裝容量越大,，西電東送穩(wěn)定水平的增加幅度越大,。

    根據南方電網西電東送極限計算結果：加裝SVC裝置后，送電能力可得到一定程度的提高,；且SVC裝置容量越大,，送電能力提高越大,；但隨著容量的增加，送電能力提高的幅度逐步減小,。

    綜上,，根據典型故障穩(wěn)定計算、西電東送極限計算以及變電站近區(qū)無功平衡計算結果,，從系統(tǒng)專業(yè)來看,，SVC裝置容量選為120、180,、210 Mvar均可行；且容量越大,，抑制電壓波動能力越強,、提高送電能力越大。因此考慮補償效果,，安裝210 Mvar SVC可以達到最好的治理效果,。

4  結論

    （1）直流閉鎖故障時，SVC可以快速抑制換流母線出現(xiàn)的過電壓,。

    （2）SVC容量越大,，抑制電壓波動能力越強、提高送電能力越大,。

    （3）隨著SVC容量的增加,，送電能力提高的幅度逐步減小。

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作者信息:

王映祥，陳  遠,，喻  尋

（貴州電網有限責任公司畢節(jié)供電局,，貴州 畢節(jié) 551700）