特高压交直流混联系统暂态过电压研究

特高压交直流混联系统暂态过电压研究

寇大鹏1齐建伟1孟旭1郭建华2赵宇亭1李

（1.国网山西省电力有限公司检修分公司山西太原030032；

2.国网辽宁省电力有限公司检修分公司辽宁沈阳110000）

摘要：纵观我国电力流格局，根据能源资源分布特点，我国实施了西电东送和北电南送的跨区电力配置战略。随着电网大范围资源优化配置作用的不断增强，中国跨区电力流及跨区电力交易逐步扩大。在未来相当长的一段时间内，我国的电力流依然会呈现西电东送和北电南送的整体格局，随着特高压交直流输电技术的迅速发展，使得未来大型电源基地电力的远距离、大规模外送成为可能。本文在此基础上主要研究了特高压交直流混联系统暂态过电压的有关内容，仅供参考。

关键词：特高压；交直流混联；暂态过电压

1特高压系统中的过电压

电力系统的过电压是指由于内部故障、开关操作或遭受雷击，而造成瞬时或持续时间较长的高于电网额定允许电压并可能导致电气装置损坏的电压升高。我国特高压系统具有线路距离长、输送容量大；各地电网差异性大；部分特高压线路可能经过高海拔或重污秽地区等特点。这些都使得过电压问题成为特高压系统设计中的重要问题之一。表3－1为国外特高压系统的过电压水平情况。目前我国尚无特高压过电压的标准，为了便于研究，经过反复计算和比较，并吸取其他国家的经验，初步建议下列的绝缘水平，作为进一步研究的参考和依据。

2特高压交直流混联系统正常运行仿真

分别取混连系统中直流系统正极、负极、整流侧和逆变侧的直流电压、直流电流以及交流电压、输送功率等相关参量，并取特高压交流系统1000kV交流母线电压、电流波形和传输功率波形等相关参量，进行仿真分析，以验证模型的准确性和有效性。直流电压、电流均用标幺值表示，直流电压基准值为800kV，直流电流基准值为3.125kA。

2.1特高压直流系统正常运行波形

首先，从电压、电流波形图可以看出直流系统在0.7s时进入稳态，直流电压和电流保持在1.0pu，并且波形非常平稳，运行时间为2s。整流侧触发角在系统进入稳态后保持在12°，符合实际工程要求。结合相关图形还可以看出逆变侧同整流侧电压、电流波形基本一致，均在稳态时保持在1.0pu，并且几乎无波动，证明直流系统运行良好，符合工程实际。稳态时熄弧角维持在22°左右，略高于一般工程要求（17°），由于逆变侧熄弧角的大小与换相失败密切相关，熄弧角越小越容易导致换相失败，从而不利于直流系统的稳定运行，而适当提高熄弧角可以提高换相失败免疫能力，减少换相失败发生的概率，有利于系统的稳定运行。其次，再结合负极整流侧直流电压图、负极整流侧直流电流图、负极整流侧触发角图、负极逆变侧直流电压图、负极逆变侧直流电流图以及负极逆变侧媳弧角图可以看出，负极各参量波形与正极波形一致，由于采用标幺值表示，负极电压实际为负值，但在这里仍显示为正值。然后给出直流系统两侧交流母线电压波形，以及逆变侧传输功率波形，交流母线电压基准值为525kV。结合图形可以看出整流侧和逆变侧交流母线电压均为额定值，波形平稳，说明滤波效果很好。逆变侧输送有功功率为4850MW，接近5000MW，考虑线路等设备损耗，符合工程实际。

2.2特高交流系统正常运行波形

特高压交流系统的运行特性可以用送端和受端的电压、电流以及功率等来表征，通过分析其波形特性，可以验证该系统的准确性和有效性。波形中各参量均用有名值来表示，单位分别为V、A、W、VAR。送端1000kV交流母线电压图、送端1000kV交流母线电流图、送端传输功率P＆Q图可以看出，正常运行时送端1000kV交流母线电压单相幅憚约为795kV，略低于正常值816.5kV，输送有功功率为4997MW，接近5000MW额定功率。再结合受端1000kV交流母线电压图、受端1000kV交流母线电流图、受端传输功率P＆Q图可知，正常运行时受端1000kV交流母线单相电压幅值为809.1kV，高于送端电压幅值，略低于额定值816.5kV，在工程当可以接受。受端接收有功功率为4913MW，符合要求。综上，通过分析特高压交直流混联系统正常运行波形可知，本项目所设计混联系统符合实际系统运行特性，各参量均工作在额定值附近，符合工程要求，可以用于后续各种工况下的过电压仿真研究。

3特高压交直流混联系统过电压

针对交直流混联系统的可能存在的过电压情况，本文将分别针对两种工况下混联系统的过电压情况进行仿真，获得交流系统和直流系统各重要参数波形。直流系统各电压电流参数采用标么值，交流系统各参数采用有名值及有效值进行表征。对各参数波形进行分析，并得出结论。

3.1特高压直流系统逆变侧单台换流变二次侧两相接地短路

上面给出了混联系统的一部分波形，可以看出换流变阀侧发生两相接地故障带来的影响是比较大的，在直流系统和交流系统均由较大的过电压产生。通过对图1到图3的电压波形分析，直流系统0.7s发生换流变压器两相接地短路故障，整流侧和逆变侧直流电压急剧下降，并出现负的过电压，0.75s时故障排除，从图可以看出，短路故障发生后逆变侧交流母线出现很高的过电压，交流电压幅值最高达到1420kV。故障排除后，电压波形振荡衰减，最后达到额定值。故障排除后，直流正极和负极电压恢复，在恢复过程中出现过电压，过电压值在1.16pu左右。由此可见直流系统侧发生故障会导致与直流系统直接相连的交流侧出现过电压。在交流系统中，双回交流线路也出现过电压，在一回线路不同位置的过电压程度又不同。在靠近直流系统的线路首端过电压情况最为严重，电压单相幅值达到1200kV，而在距离直流系统较远的线路中点和首端过电压情况有所减弱，这与交流系统自身阻抗与调节特性有关。综上，直流系统由于换流变阀侧两相接地短路故障导致换相失败，无功补偿装置因来不及切除导致补偿过剩，因而产生过电压，并且导致与之并联的特高压交流系统也产生较高的过电压。

3.2特高压交流系统一回线路发生单相接地及重合闸

交流系统中采用双回路线路形式，在仿真时间为0.7s时一回线路发生A相接地短路，故障后线路保护动作，0.74s时切断线路Ａ相两端断路器以切除故障，这时单相重合闸启动，故障类型为瞬时故障，在0.75s时故障被排除，在保护动作后0.7s即仿真时间1.44s时单相重合闸，由于故障己排除，所以重合闸成功。交流系统中发生上述故障以及动作时对交直流系统内重要参数的波形数据进行分析。结合对各交直流电压参数波形的分析可知，在0.7s交流单相接地故障发生后故障相即A相电压明显降低，非故障相电压升高，出现过电压，电压值略高于额定值。断路器跳开时Ａ相出现过电压最大为1.07pu，在重合闸时A相出现最大过电压幅值为1.14pu。从直流系统逆变侧母线电压波形可以看出，交流母线无太大变化。逆变侧正极直流电压在故障发生时首先发生波动，然后在一定范围内平稳运行，产生一定程度的过电压，过电压的有效值最高达到1.05pu。在特高压交流系统断路器断开期间，直流系统处在较低的电压水平约为0.98pu。从该故障的仿真中可以得出，交流系统线路但相故障的一次重合闸对直流系统的正常运行影响很小。

4结束语

特高压交直流系统的过电压研宄涉及内容广泛，仍然存在很多具有研究价值的重要问题。本文的研究内容以现有特高压交直流系统的数据为基础，对特高压交直流联合系统中常见的过电压问题开展了基础研宄，但不够深入，还有很多问题有待进一步研究。

参考文献：

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[3]赵倩宇，王守相，秦晓辉，张彦涛，姜懿郎.基于稳态特性的特高压半波长与直流混联系统电压无功控制[J].电力系统自动化，2017，41（22）：26-32+47.

[4]李思宇.交直流混联系统黑启动策略研究[D].华北电力大学，2015.