基于±800kV特高压直流沂南换流站调相机应用的研究

基于±800kV特高压直流沂南换流站调相机应用的研究

滕辉代海涛

（国网山东省电力公司检修公司济南250118）

摘要：随着特高压直流技术的飞速发展，以及全球能源互联网的扎实推进，外电入鲁政策送来的有功功率规模成倍增长。但作为受端的山东电网地区间的动态无功储备下降和电压支撑不足的矛盾愈发突出，如何确保受端电网电压稳定成为大电网安全的主要议题。在“大直流输电，强无功支撑”的理论要求下，本文主要对上海庙—临沂特高压直流输电工程中沂南换流站采用调相机进行无功补偿的应用进行相关研究。

关键词：特高压直流；沂南换流站；调相机

1.我国直流输电工程存在的问题和相关解决方案

1.1我国直流输电工程存在的问题

我国目前的直流输电工程已逐步形成±400kV、±500kV、±660kV、±800kV和±1100kV为主的五个电压等级，其在运、在建和核准的特高压线路达到3万公里、变电（换流）容量超过3.1亿千伏安（千瓦）。如此庞大的特髙压直流输电工程对高压直流输电的平稳运行以及交直流电网系统的共同稳定提出了更高的要求。经过长期的实践，我国运行中的直流输电工程存在如下缺点[2，3]：

（1）无功补偿方式不够灵活，以固定电容器组补偿为主。正常运行工况时，与换流器相联的交流侧电网需安装大量的无功功率补偿及滤波设备。固定式电容器组的投切速度响应较慢，发生甩负荷情况时，换流站容易发生无功过剩现象，造成母线过电压；

（2）受端电网的强度较弱。我国华北地区运行电网非常复杂，部分直流落点附近的交流系统电气距离较远，受端系统非常薄弱，这就容易诱发换相失败现象的发生，进而对交流电网产生冲击，造成电网振荡，严重时甚至导致系统解列。

特高压直流输电工程可进行大容量“点对点”式地输送有功功率。根据直流设计原则，直流工程本身不具备向系统提供动态无功的功能，且会在动态过程中从电网中吸收大量的无功功率来维持受端电压的稳定。这将会导致受端电网无功功率的严重不足。而计算和实测也表明，单一特高压直流工程若发生换相失败现象，逆变侧将会从系统吸收4000Mvar以上的无功功率，给区域电网带来巨大的无功功率冲击，导致电压失稳乃至崩溃。随着直流的大规模馈入，多回直流系统若同时发生换相失败，将会造成电网解列的恶性后果。因此，对直流输电系统进行动态且充足的无功补偿是非常重要的。

1.2相关解决方案

众所周知，电网中的电压稳定程度与其所配置的无功补偿程度有着十分紧密的关联。目前常用发电机、调相机、静止无功补偿器（SVC）和静止同步补偿器（STATCOM）进行无功功率的调节，这也是动态无功补偿装置的范畴和调节手段。其各种动态补偿装置的指标对比见表1-1。

表1-1动态补偿装置对比表

SVC（静止无功补偿器）与STATCOM（静止无功发生器）同属于并联型动态无功补偿装置，前者的阻抗特性通过控制晶闸管的通断来实现，进而提供需求量的无功功率；后者具备响应快、精度高等优点，可以提高电网电压的动态稳定性，可以认为是前者的升级和换代。

电网在稳态运行方式时，其系统的电压主要由发电机、电容器、电抗器进行调节。但当电网的运行状态受到较大扰动而处于暂态运行方式时，会导致换流站等枢纽站的母线电压产生较大幅度的波动。由于自身工作原理的限制，电压波动时的电容器、电抗器等传统静态无功补偿装置及方式不能够及时地向电网提供足量的无功功率以进行动态补偿，在特殊工况时还会发生电压失稳现象，使整个区域的电网安全稳定运行受到较大影响。因此，足量地配备无功补偿设备且满足动态无功功率补偿的需要，以保证母线电压稳定的能力显得十分重要。

2.调相机接入后的效果研究

特高压沂南换流站采用3×300Mvar的调相机接入方案，接入前后的效果比对如表2-1所示：

表2-1调相机接入前后效果比对

通过比对，可以发现：接入调相机后，沂南换流站的短路电流、短路容量和直流有效短路比均获得不同程度的提高，且接在沂南换流站500kV侧的优化效果较沂南换流站1000kV侧更为明显，提升了作为受端的山东电网对直流系统的支撑能力。此刻，在山东电网小负荷状态和上海庙—临沂特高压直流工程满功率运行时，以及特高压交流天津南—济南线路发生N-1故障时，系统也可保持稳定运行。

直流输电工程中换相失败主要由交流侧电压波动造成，接入调相机后，可以维持交流侧电网的母线电压，从根本上降低直流系统发生换相失败的风险，有助于上海庙—临沂特高压直流系统功率的快速恢复和电网系统的稳定运行。

3.结论

3×300Mvar调相机系统接入特高压沂南换流站后，提高了逆变侧的受端电网对上海庙—临沂特高压直流输电工程的支撑能力，提高了系统抗干扰和故障快速恢复能力，稳定了山东电网的电压水平，并大大降低了直流系统发生换相失败的概率，是一项一举多得的实效良措。

参考文献：

[1]赵畹君．高压直流输电工程技术[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]王俊.强迫换相技术对弱受端系统电压稳定影响的研究方法[D].北京：华北电力电学，2011.

[3]张桂斌，徐政.直流输电技术的新发展[J]，中国电力，2000，3（33）：32-35.

作者简介：

滕辉（1989-），男，山东招远，工程师，从事高压交直流运维检修等工作；

代海涛（1985-），男，山东平度，工程师，从事高压交直流运维检修等工作；