文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.048
0 引言
特高壓直流輸電（Ultra-High Voltage Direct Current, UHVDC）系統可以提高輸電能力，實現大功率的中、遠距離輸電，以及實現遠距離的電力系統互聯，建成聯合電力系統，提供緊急功率支援從而提高電網穩定性，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安全穩定[1-3]、引起系統潮流轉移和重新分布、低次諧波[4]、次同步振蕩等。因此UHVDC系統故障的動態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，還與直流系統的控制方式和運行方式有關。對系統而言，換流站無功的過剩或者不足都會導致交流系統電壓的上下波動。直流系統穩態運行時無功功率平衡由換流器的運行狀態和交流側的無功補償決定。若交流系統較弱，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，影響直流系統的安全穩定運行[7]。UHVDC系統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影響直流系統的故障恢復[9]。
隨著我國交直流混合電網“強直弱交”特征的逐漸顯現，現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無功補償設備。通常，可以在連接弱交流系統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），能夠提供動態無功補償，穩定交流系統電壓，抑制交流濾波器組投切時換流母線的暫態電壓波動，尤其是在逆變側進行無功補償可以降低換相失敗的概率，在直流輸電系統故障時提供無功動態電壓支撐。
1 交流系統的強度
交流系統強弱對直流輸電系統換相失敗有一定影響。工程上常用短路比SCR作為交流系統強度的衡量標準，即交流系統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，系統抵御外界擾動的能力越強。
在單饋入直流輸電系統中，短路比可表示為
式中，QCN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。BCpu為交流濾波器與補償電容的等值電納標幺值。
若ESCR<3，則系統較弱。短路比越小，交流系統越弱，越容易發生換相失敗。
由上式可知，系統配備一定容量的無功補償設備，可以增大系統的有效短路比。
UHVDC換流器運行時要消耗大量無功，由換流母線上并聯的交流濾波器與無功補償電容器提供。當系統無功裕度較小，或需要考慮動態電壓穩定等時，需采用動態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尤其是連接于弱交流系統的直流輸電系統進行無功補償，增大系統有效短路比，可以降低系統對暫態反應的靈敏度，等效擴大系統安全運行范圍，維持電壓穩定，從而降低換相失敗概率。
2 仿真系統模型
仿真交流系統使用梧州SVC時云-廣UHVDC系統在故障下的動態響應。
（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”規劃電網優化研究》報告優化調整的網架為基礎，采用《南方電網“十一五”加裝串聯補償及無功優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；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對西電東送穩定水平的提高較小；加裝SVC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，根據典型故障穩定計算、西電東送極限計算以及變電站近區無功平衡計算結果，從系統專業來看，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。
參考文獻
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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供電局，貴州 畢節 551700）