调相机快速反应稳定电网电压应用分析

调相机快速反应稳定电网电压应用分析

蒋至军

四川通能电力科技有限公司 四川成都 610031

摘要：当前我国特高压直流输电发展迅猛，直流换流站作为其中重要一环，存在无功动态相应慢，故障情况下无功支撑不足的特点，影响直流系统安全运行。调相机作为换流站的强无功支撑，为换流站运行提供了安全和稳定保证。本文结合一次典型的某换流站短路故障，分析调相机快速响应，稳定电网电压的作用。

关键词：电网电压；调相机；无功功率；强励

前言：随着高电压等级直流大容量输电系统投入运行，正常工况下直流换流站与系统无功交换为零，直流本身不向系统提供动态无功。因此，在系统发生故障的动态过程中，直流需从系统吸收大量的无功，特高压直流送端多建设在风电、光伏等大规模新能源集中开发的边远地区，网架薄弱、短路容量不足问题突出，同时送端直流故障易引起系统暂态电压升高，严重情况下导致新能源大面积脱网。针对送、受端动态无功储备和电压支撑不足的突出问题，必须匹配大规模动态无功，即“大直流输电、强无功支撑”。调相机作为旋转设备，与 SVC、STATCOM 等基于电力电子技术的动态无功补偿装置相比，既为系统提供短路容量，又具有更好的无功出力和对系统电压迅速响应的特性，利用强励提高系统稳定性等方面具备独特优势。

1. 调相机系统概述

调相机主要由本体、励磁系统、升压变、SFC启动系统、冷却系统、油系统、控制保护系统组成。

某换流站配备2台单机容量为300 Mvar调相机，调相机变压器组并列于换流站交流系统330kV系统；励磁系统采用自并励励磁方式，调节速度快，调节容量大。

2. 调相机运行特性

电力系统事故后运行曲线按照时间尺度可划分为次暂态过程、暂态过程、稳态过程，如对应于每段过程，调相机可分别发挥次暂态特性、暂态特性、稳态特性，为系统提供动态无功支撑。

2.1调相机的次暂态特性

调相机具备次暂态特性，在故障瞬间内电势保持不变，可瞬时发出/吸收大量无功。调相机加装于直流受端时，可瞬时发出大量无功，支撑电网电压，提高电网安全稳定水平。调相机加装于直流送端时，可瞬时吸收大量无功，抑制暂态过电压，尤其对于新能源外送的直流送端，可抑制新能源大规模脱网，提高直流系统新能源输送比例。

2.2调相机的暂态特性。

调相机具备暂态特性，即强励特性，短时(1 s)能够发出额定容量 2 倍以上无功。调相机加装于直流受端，当系统发生严重故障导致电压大幅跌落时，调相机进入强励状态，为系统提供紧急无功电压支撑，有助于系统电压迅速恢复，防止电压崩溃。

2.3调相机的稳态特性。

调相机具备稳态特性，300 Mvar调相机具备300 Mvar迟相和150~200 Mvar进相的持续运行能力。调相机加装于直流送端时，可利用深度进相能力在故障后吸收系统多余无功，抑制送端系统稳态过电压。调相机加装于直流受端时，在交流系统故障清除后可能存在系统电压无法恢复至稳态电压运行范围内的情况，调相机进入迟相运行，改善系统稳态电压水平。

本文就调相机升压变组330kV外部系统HGIS发生A、B相管母对地短路故障时，分析调相机对外部故障的相应动作是否正确；验证调相机稳定系统电压的作用。

3. 调相机典型案列分析

3.1故障情况概述

2022年07月15日18:24:58调相机升压变组330kV外部系统HGIS发生A、B相管母对地短路故障,330kV系统保护动作，该短路故障属于调相机系统外部故障，调相机励磁系统和保护系统都有相应的动作。

3.2调相机DCS后台监控报文及保护动作信息

3.3调相机励磁调节器强励动作曲线

1号调相机励磁调节器

2号调相机励磁调节器

3.4故障和切除后调相机相关数据统计

短路故障瞬间数据

短路故障切除数据

注：调相机总出力=∑（机组动作后的最大无功值-机组动作前的无功值）

3.5调相机动作过程阐述

换流站330kV HGIS发生A、B相管母对地短路故障，并列于330kV系统的调相机变压器组区外近端故障，330kV系统电压及调相机端电压剧烈下降，调相机机端定子电流剧增（10000A左右），无功缺额巨大，引发调相机励磁系统强励动作。由上述滤波曲线及列表中数据可见强励无功输出动作过程快速有效，确保了系统故障瞬间系统电压的稳定，为系统保护切除故障和故障切除后系统电压的恢复奠定了基础。

故障切除后强励迅速停止输出，巨大的无功瞬间释放，体现了调相机快速响应的实际应用效果，为后续AVC自动投入铺平道路。

结语

换流站的调相机对故障适应性强、响应速度快，对于稳定电网是有效的。

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