张强;张新燕;王维庆;常喜强
【摘 要】针对新疆电网弱送端风火打捆特高压直流外送系统,利用DIgSILENT/PowerFactory建立包含哈郑直流输电系统的电网模型,研究不同网源无功分配比例对风火打捆直流外送系统静态电压稳定性和暂态电压稳定性的影响.仿真计算结果表明,稳态工况下,直流配套火电机组输出较大无功功率,有助于提高发生短路故障暂态电压稳定性;交流滤波器输出较大无功功率,有助于清除短路故障后的电压恢复.若交流网与送端换流站无功交换值由原来的1 200 MVar设为8 00 MVar,则有助于提高哈郑直流外送系统的静态以及暂态电压稳定性. 【期刊名称】《可再生能源》
【年(卷),期】2016(034)003
【总页数】6页(P375-380)
【关键词】风火打捆;直流外送;网源无功分配;电压稳定性
【作 者】张强;张新燕;王维庆;常喜强
【作者单位】新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;国网新疆电力调度控制中心,新疆乌鲁木齐830047
【正文语种】中 文
【中图分类】TM89
哈密地区具有丰富的风能资源和煤炭资源，其资源分布广、储量大，环保空间较大，电源建设成本相对较低，集中开发优势明显[1]。但是，新疆电网供电距离长、用电负荷分散、基础设施薄弱，这就决定了新疆电网难以消纳大规模集中开发的火电电力、难以适应风电的大规模发展[2]～[7]。新疆电网通过四回750 kV交流线路、一回±800 kV直流线路分别与西北电网和华中电网相连，有效地解决了这个“两难”问题[8]。
电网换相换流型高压直流输电（LCC-HVDC）主要特点是输送容量大、电压高，但直流输电系统在传输大量有功功率的同时，换流站也消耗大量的无功，约为传输有功功率的 40%
～60%[9]，[10]。 换流站消耗的无功功率有两种无功来源：①直流系统配套火电电源在内的新疆电网补偿的无功；②换流站配置的交流滤波器补偿的无功。目前，关于风火打捆直流外送的研究方向主要针对直流外送方式。但是，现阶段直流输电系统送端大都采用定功率控制模式[11]。因此，需要探索送端定功率控制模式下，网源无功分配比例对风火打捆交直流外送电压稳定性的影响。
本文基于DIgSILENT仿真软件，搭建了包含风电和特高压直流输电的新疆电网，研究了不同网源无功分配比例对风火打捆特高压直流外送系统静态电压稳定性的影响；风电场汇集母线短路故障情况下，研究了不同网源无功分配比例对换流站交流母线暂态电压稳定性的影响，从而为提高风火打捆直流外送电压稳定性提供帮助。
本文以哈密地区大规模风电经哈密-郑州特高压直流外送为研究对象，电网示意图如图1所示。
出走十五年风电场共有10个风电场，每个风电场的装机容量均为200 MW，共有2 000 MW风电通过哈密南750 kV变电站接入电网。直流配套火电电源总装机容量为9 280 MW，与换流站通过三回500 kV线路联络。
一棵树上的两种果实
双极直流输电系统中一个极的等值电路模型如图2所示。
图中，Udor为整流器理想空载直流电压；Udoi为逆变器理想空载直流电压；R为直流输电线路阻抗；dxr为整流侧换相电抗；dxi为逆变侧换相电抗；α和γ分别为整流端触发滞后角和逆变端熄弧角[12]。
由图2可得直流输电系统数学模型为
对于直流输电的控制方式，选用国际大电网会议（CIGRE）直流标准输电测试系统的控制系统的控制方式，如图 3 所示[13]～[15]。
对于图1，若哈密南变电站母线电压为U1，哈密变电站母线电压为U2，交流线路等效阻抗为R+jX，则潮流方程为
由式（2）可以看出，风电场输出有功功率的变化，会改变哈密变电站无功电压特性。对于较弱的新疆电网，应研究不同网源无功分配比例对换流站交流母线静态电压稳定性的影响。
哈密换流站交流系统最大无功功率为1 200 MVar，通过设置不同的无功交换值，风火打捆直流外送系统具有不同的网源无功分配比例。考虑风电0出力和风电100%出力两种出力方式，不同网源无功分配比例情况下，换流母线电压、换流变压器分接头档位、送端换流器触发角、交流滤波器投入组数、含直流配套火电交流系统提供的无功功率、直流配套火电发出无功功率静态稳定值如表1所示。
李椿萱由表1可知：无功交换值为0 MVar，600 MVar和800 MVar情况下，不会引起交流滤波器和换流变压器分接头的动作，此时PV曲线如图4所示。
无功交换值为200MVar，400MVar，1000MVar和1200MVar情况下，风电出力在0～100%变化时，l起交流滤波器和换流变压器分接头的动作。尤其是交流滤波器的投切操作，对较弱的交流网产生较大的影响，电压波动较大，如图5所示。
综合考虑表1,图4，5可以得出：应将包含直流配套火电的交流电网与直流换流站无功功率交换值设为800 MVar。
换流站消耗无功功率为[16]
式中：Udi0为换流器理想空载直流电压，kV；P为换流器直流侧功率，MW；Qdc为换流器无功消耗，MVar；φ为换流器的功率因数角，°；μ为换相角，°；Xc为每相的换相电抗，Ω；Id为直流运行电流，KA；α为整流器触发角，°；E11为换流变压器阀侧绕组空载电压有效值，kV；Ud为换流器直流电压，kV。
由式（4）可知，若换流站交流母线电压增大或减小，则换流站触发角也跟随同样的趋势增大或减小，换流站消耗无功功率也跟随同样的趋势增大或减小。换流站触发角的这种特性对于抵制电压波动具有一定的积极作用。
交流滤波器所输出的无功功率Qc与换流站交流母线电压的平方成正比，即：
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式中：Xc为电容器容抗。
由式（5）可知，当换流母线电压降低时，交流滤波器所提供的无功功率也将减少，这种特性对于抵制电压波动具有消极作用。
若哈密南750 kV母线发生三相短路故障，持续时间0.01 s，仿真结果如图6所示。
由图6可以看出，风电场汇集站发生三相短路故障瞬间，换流母线电压降至350 kV，直流输电系统传输有功功率降至1 000 MW。由式（3）可知，直流输电系统传输有功功率降低，造成换流站消耗无功功率降低。剩余大量无功功率涌向交流网，对哈密750 kV变电站抵抗哈密南短路产生的影响起到积极作用；短路故障结束后换流母线电压瞬间升高至580 kV，经0.02 s达到稳态值。
发电机向电网注入无功功率及其与发电机内电势的导数为
由式（6），（7）可以看出，发电机初始无功出力越多，故障后内电势与机端电压差越大，发电机向电网注入无功功率的能力越强，且其变化调节速率更大。
风电场三相短路故障，不同网源无功比例情况下，直流配套火电和交流滤波器输出无功功率如图7所示。
由图7可以看出，发电机初始运行状态下输出无功功率越高，短路故障时可以提供更高的无功功率，短路故障清除后，输出的无功功率仍较高。这表明发生短路故障时，直流配套火电机组对换流母线电压稳定性具有积极作用；短路故障清除后，对换流母线电压稳定性具中国生物制品学杂志
有消极作用。若火电机组初始状态输出较大的无功功率，则交流滤波器承担换流站消耗无功比例较小，对短路故障的无功支持能力较弱，交流滤波器初始运行状态下输出无功功率越小，短路故障时仅能提供较少的无功功率，故障清除后，输出无功功率仍较少。这种特性表明发生短路故障时，交流滤波器对换流母线电压稳定性具有消极作用；短路故障清除后，对换流母线电压稳定性具有积极作用。
针对表1所示的不同无功交换值，取其典型值，针对风电场三相短路故障，比较不同网源无功分配比例对风火打捆直流外送动态电压稳定性的影响。短路发生瞬间，换流站剩余无功功率涌向交流主网，对于短路故障有较好的支撑作用。短路故障结束，无功功率回涌，造成电压瞬间增大。图8为风电场发生三相短路故障、清除三相短路故障两段不同时间范围内换流母线电压仿真曲线局部放大图。
二甲基乙醇胺由图8可以看出，发生三相短路故障后，换流母线电压迅速降低，交流系统与换流站无功交换值越大，则电压下降程度越低；三相短路故障清除后，换流母线电压迅速升高，无功交换值越小，电压升高程度越大。这种短路开始对电压起积极作用、短路清除起消极作用的特性，决定了网源无功分配比例在选择时应选择中间值。
本文以哈-郑风火打捆特高压直流外送网架结构为基础，研究了不同网源分配比例对换流母线电压稳定性的影响，得出如下结论：①由于新疆电网较弱，换流站交流滤波器的投切操作会引起换流母线电压较大的波动。若交流主网与直流系统无功交换值设定为合适的值，则可以避免风功率波动情况下换流站交流滤波器和变压器分接头的动作，提高换流母线静态电压稳定性。②若直流配套火电稳态情况下输出无功占换流站消耗无功的比例较大，对短路故障发生后有较高的无功支撑作用；若交流滤波器稳态情况下输出无功占换流站消耗无功的比例较大，则有助于短路故障清除后换流母线电压的恢复。③综合考虑网源无功分配比例对风火打捆直流外送系统静态电压稳定性和动态电压稳定性的影响，哈-郑直流交流主网与换流站交换无功若设为800 MVar，则有助于提高系统电压稳定性。
【相关文献】
[1]杨硕，王伟胜.改善风电汇集系统静态电压稳定性的无功电压协调控制策略 [J].电网技术，2014，38（5）：1250-1256.
[1]Yang Shuo，Wang Weisheng.Coordinative strategy of reactive power and voltage control for improving static voltage stability of wind power centralized system[J].Power Sy
stem Technology，2014，38（5）：1250-1256.
[2]Bresesti P，Kling W L，Hendriks R L，et al.HVDC connection of offshore wind farms to the transmission system[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2007，22（1）：37-43.
[3]梁涵卿，邬雄.特高压交流和高压直流输电系统运行损耗及经济性分析[J].高电压技术，2013，39（3）：630-635.
[3]Liang Hanqing，Wu Xiong.Operation losses and economic of UHVDC and HVDC transmission systems[J].High Voltage Engineering，2012，39（3）：630-635.
[4]刘振亚，张启平.通过特高压直流实现大型能源基地风、光、火电力大规模高效率安全外送研究[J].中国电机工程学报，2014，34（16）：2513-2522.
[4]Liu Zhenyan，Zhang Qiping.Efficient and security transmission of wind，photovoltaic and thermal power of large-scale energy resource bases through UHVDC projects[J].Proceedings of the CSEE，2014，34（16）：2513-2522.
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