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2.3交流系统故障/连锁故障诱发直流系统持续换相失败进而闭锁
换相失败是直流系统固有特性,交流电网足够坚强条件下直流换相失败后可以迅速恢复,不会对电网安全稳定造成重大影响。但当交流系统严重故障特别是连锁故障时,可能诱发直流系统持续换相失败,进而导致直流闭锁,从而诱发2.2节中的故障。以特高压天中直流近区为例,交流线路发生三永N-2或三相短路单相开关拒动故障,故障清除前导致直流数次换相失败,故障清除后直流迅速恢复稳定运行。但在发生某些潜在的交流系统连锁故障时,将导致直流系统持续换相失败并闭锁。如500kV郑州换—汴西三永N-2故障,导致500kV官渡—汴西线路过载同跳,进一步导致500kV郑州换—郑北双回过载同跳的连锁故障,故障后哈郑直流持续换相失败并闭锁,近区500/220kV母线电压失稳,如图3所示。
图3 天中直流逆变侧有功功率变化曲线
2.4多直流馈入系统同时/相继换相失败风险及对送受端电网安全运行的影响
多直流馈入后,交流系统故障可能诱发多回直流同时/相继换相失败,短时间内在送端电网积累大量过剩能量,在受端电网发生大量功率缺额,分别诱发送/受端电网稳定问题。以西南电网为例,特高压复奉、锦苏、溪浙直流外送功率达21600MW,占四川电网发电负荷的42.5%;三大直流同时发生一次换相失败,电网最高频率达50.45Hz,如图4所示;三大直流同时发生闭锁,电网最高频率超过55Hz,频率崩溃。
图4 三大特高压直流一次换相失败西南电网频率曲线
2.5交直流系统严重故障后巨量安控措施难以实施
特高压交直流系统发生严重故障,为保持系统稳定需要大量切除受端电网负荷,措施量巨大,实施困难。特高压天中直流不同输送功率下发生双极闭锁故障,为保持电网稳定所需的切负荷量如表1所示。依据国务院《电力安全事故应急处置和调查处理条例》,天中直流输送6000MW以上功率时对应的切负荷措施虽然可以保证电网稳定,但仍将被判定为较大/一般事故,将承担相应的法律责任。
表1 特高压天中直流不同输送功率下配套安控
2.6交直流协调控制策略
直流系统具有多种附加控制功能,应根据电网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,需要设定协调机制,但在某一时刻只可能由一种附加控制功能作为主导。目前最为常用的直流系统控制主要包括:直流功率紧急控制、直流调制、直流无功控制等。
1)基于多回直流功率紧急支援的交直流协调控制。通过直流系统灵活控制,可以有效减少故障后所需切负荷量,提升电网运行经济效益。如特高压天中直流双极闭锁故障,依据表1将切负荷
5400MW;但通过紧急速降华中送华东多条直流功率4600MW即可以不切负荷并保持电网稳定。
2)基于直流功率调制的交直流协调控制。直流功率调制可以有效改善系统阻尼特性,控制信号选取基于两因素:控制输入信号能够准确、清晰地反映系统故障或运行方式调整后潮流变;控制输入信号能够及时反映线路功率变化,不存在较大延时。如部分故障冲击下引起四川电网对主网振荡,在特高压复奉、锦苏直流依据500kV洪沟—板桥线路有功功率信号作为输入采取有功功率调制后,显著提升电网阻尼特性,抑制振荡,如图5所示。
3、特高压接入后省级电网适应性评估方法
特高压交直流接入后,除第2节所述特高压层面电网特性以外,对500kV省级电网特性也影响较大,省级电网不仅要关心自身面临的问题,更要关注外部严重故障导致大功率转移过境本省所诱
图5 500kV黄岩—万县线路有功功率曲线
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