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图 1 2018年雁淮直流送受端出线方案
Fig. 1 Sending and receiving proposal of Yan-Huai UHVDC in 2018
计算数据采用2017年冬季平峰方式数据。主要模型分别为:发电机采用考虑阻尼绕组的次暂态电势变化的详细模型,并计及励磁、PSS和调速系统;直流模型采用准稳态模型;华中、华北负荷采用恒阻抗加马达的模型,华东负荷采用恒阻抗加恒功率的模型。仿真工具采用PSASP机电暂态仿真程序。
2 送端电网稳定特性分析
2.1 研究方式
根据直流近区风电汇集方式分为全接线方式和过渡期方式。全接线方式下风电汇集站(220 kV右玉、水头、向阳堡)通过6回联络线直接接入明海湖站,而过渡期方式下6回联络线未投产,右玉与向阳堡相连,通过环网接入朔州站,如图2所示。全接线方式下风电场与雁门关换流站电气距离更小,风电汇集能力更强。
雁门关—明海湖3回500 kV线路构成特高压直流第一级送电断面,单回40℃热稳极限3 200 MW;雁同—明海湖、五寨—明海湖各2回500 kV线路构成直流第二级送电断面,单回40 ℃热稳极限2 600 MW。受雁门关—明海湖3回线路N–1故障后剩余2回热稳限制,雁淮直流最大输送功率6 400 MW。
图 2 雁淮直流近区风电不同接线方式
Fig. 2 Different connection modes of wind power in the near area of Yan-Huai UHVDC
过渡期方式与全接线方式下,直流近区第一、二级断面线路N–1故障下系统无热稳定问题,N–2故障下系统无暂态稳定问题,满足安全运行要求。
2.2 直流运行工况
有效短路比(ESCR)指标广泛用于评价交流系统对直流系统的支撑强度。按照工程经验,ESCR<2时,为极弱交流系统;23时,为强交流系统[15]。过渡期方式、全接线方式下雁淮直流的有效短路比指标如表1所示,均为弱交流系统。
2.3 直流闭锁故障
直流双极闭锁故障后系统盈余功率6 400 MW,在长南线南送5 800 MW且送端无功电压支撑较弱运行工况下,若系统不采取稳控措施,功率转移将可能导致长南线功率越过静稳极限,触发快速解列装置动作,如图3所示。
图 3 雁淮直流双极闭锁后长南线有功功率(不采取安控)
Fig. 3 Active power of Chang-Nan line after bipolar close of Yan-Huai UHVDC
2.4 直流换相失败故障对风机影响
直流换相失败故障瞬间大量盈余无功功率会导致近区电压升高,可能触发风机过电压保护动作。暂态电压曲线如图4所示。
图 4 雁淮直流1次换相失败后风电厂机端电压曲线
Fig. 4 Voltage curve of wind generator after one-time computation failure of Yan-Huai UHVDC
为了更符合实际工况,通过模拟受端电网直流近区的交流线路500 kV淮安—三汊三永故障引发雁淮直流换相失败的方法,研究雁淮直流1次换相失败故障对直流近区风电场机端暂态电压的影响。以2种接线方式下电气距离差异较大的虎堡、铁山风电场为例,研究不同接线方式下电气距离对暂态过电压的影响,如表2所示。
由表2可知,全接线方式下风电场与雁门关换流站电气距离更近,风机暂态过电压均高于过渡期接线方式。统计直流近区多个风电场机端暂态电压值如图5所示,机端最高暂态电压(标么值)接近1.28,超过现有风机过电压保护动作定值(标么值1.15)。
图 5 雁淮直流换相失败故障后,直流近区风电场机端暂态最高电压
Fig. 5 Highest transient voltage of wind generator close to Yan-Huai UHVDC after commutation failure
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