电网分析与研究Ｇ ｒｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｔｕｄｙ ２０１７第４５卷第１２期Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１２ 抵御直流连续换相失败的同步调相机配置研究 刘建勋 ，陆榛 ，付俊波 ，王新宝 （１．国网福建省电力有限公司调度控制中心，福建福州，３５０００７； ２．南京南瑞继保电气有限公司，江苏南京，２１０００２） 摘要：直流连续换相失败是制约其发展的重要原因，在换流站加装同步调相机能提高换流站的暂态电压支撑 能力，有效抵御连续换相失败。从调相机的暂态模型出发，分析了同步调相机的暂态电压支撑能力与稳态出力 之间的关系，利用模拟算例验证了配置高起始响应的励磁系统的调相机在电网故障下对暂态电压支撑有明显效 果，验证了电网运行中的静态无功和动态无功的合理配比对抵御连续换相失败有着重要的影响；最后通过仿真 求出实际算例中各同步调相机的最佳稳态出力，使得系统在故障下电压恢复最佳，有效防止了直流闭锁发生。 关键词：高压直流；换相失败；同步调相机；无功补偿 中图分类号：ＴＭ７２１．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—７５９８（２０１７）１２—０００１—０４ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｃ０ｎｆｉｇｕｒａｔｉ０ｎ ｆｏｒ Ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ Ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ＨＶＤ Ｃ ＬＩＵ Ｊｉａｎｘｕｎ ，ＬＵ Ｚｈｅｎ ，ＦＵ Ｊｕｎｂｏ ，ＷＡＮＧ Ｘｉｎｂａｏ （１．Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｆｕｊｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０００７，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｎａｎｊｉｎｇ Ｎａｒｉ－ｒｅｌａｙｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＨＶＤＣ ｉｓ ｌｉｍｉｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｂｌｅｍ．Ｈｏｗｅｖｅｒ ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｓｉｓｔｅｄ ｂｙ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ．Ｆｉｒｓｔ ｏｆ ａｌｌ，ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｅａｄｙ—ｓｔａｔｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｉｎｉｔｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｆｏｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｈａｇｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｖｅｒｉｉｆｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｆａｕｌｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ．Ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｔｏ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｈａｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ０１３ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ．Ａｔ ｌａｓｔ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｓｔｅａｄｙ ｓｔａｔｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｅａｃｈ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｂｅｔｔｅｒ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ＨＶＤＣ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＨＶＤＣ；ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ；ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ；ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ 制，最为突出的问题是换相失败 。当直流发生换 Ｏ 引言 大功率直流输电凭借其在远距离大容量输电、 有功功率快速控制等方面的优势在世界范围内得 到了广泛应用 。但由于其采用不能自关断的晶 闸管作为换流器件，需要强度较高的交流系统提供 换相电压，这使得特高压直流输电的发展受到了限 基金项目：福建省电力公司管理咨询项目（ＳＧＴＹＨＴ／１６一ｗＴ一２２７） Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ ｂｙ Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｆｕｊｉａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ Ｐｒｏｊｅｃｔ（ＳＧＴＹＨＴ／１６一ｗＴ一２２７） 相失败后，直流电压迅速降低，直流电流快速增大， 而直流输送功率大幅度减小，逆变侧的弱交流系统 可能会发生过电压以及缩短换流阀寿命等不良后 果。若直流发生连续的换相失败，则会触动保护动 作闭锁直流，对交流系统产生剧烈冲击，严重情况下 会导致电网失步解列 。 因此，探索抵御特高压直流输电系统换相失败 的有效措施已成为当前直流输电领域中的研究热 点。提供系统动态无功支撑能力，在系统中增加无 功补偿设备 ，可以有效抵御直流连续换相失败。 Ｓｍａｒｔ Ｐｏｗｅｒ智慧电力 ０２２ ２０１７第４５卷第１２期Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１２ Ｇｒｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｔｕｄｙ 电网分析与研究 静止无功补偿器（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＶＣ）、静 止同步补偿器（Ｓｔａｔｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ， ＳＴＡＴＣＯＭ）以及同步调相机是目前最为常用的无功 补偿装置 ”。相比另外２种补偿方式，同步调相机 动态电压支撑能力最好，拥有最佳无功功率动态补 偿效果，并且短时过载能力较好，相同情况下改善 电网的稳定水平效果最好。文献［１２］对同步调相机 和ＳＶＣ的动态特性进行了对比，得出结论为在发生 交流侧两相／三相接地短路故障时，相比于ＳＶＣ，同 步调相机拥有更强的电压支撑能力，即系统电压能 够更加快速地恢复。文献［１３］以提高湖南电网的暂 态稳定性为目标，首先展开同步调相机对系统稳定 ＝（ 一１） ， （～ 一。 ）， （１） 警Ｅ ｐ＝ （ （ －Ｘ＇ａ）ｉ￣＋Ｅｆｑ）， 以及代数方程 ｊ１Ｅ ＝Ｖ０ｑ＋Ｒａ ＋ ， ＝ （２） 一 ｄ＋ 一 ｇ ｑ， 式中：ｄ为转子角； 为转子角速度； 为角速度的 基准值；Ｔｊ为转子惯性时间常数；尸ｅ为电磁功率；Ｄ 为阻尼系数；Ｅ’ 是暂态电动势；Ｔ’ 为直轴暂态开 性影响的综合评估，然后利用仿真验证调相机对系 统的动态电压支撑能力起到有效提高作用。文献 ［１４】从关键断面可输送最大功率和暂态稳定两个方 面，对ＳＴＡＴＣＯＭ，ＳＶＣ以及同步调相机进行优缺点 对比，得出结论为同步调相机的动态无功补偿容量 大，效果最优。 综上所述，现有研究通过理论分析和仿真验证 路时间常数； 和五分别为直轴和交轴的同步电 抗； ’ 为直轴暂态电抗； 为定子电阻 和 分别 为直轴和交轴的电压分量；ｉ 和 分别为直轴和交 轴的电流分量；Ｅｒａ为励磁电压。 １－２励磁系统及暂态无功输出特性 当前实际系统中，大多数发电机和同步调相机 都配置了高起始响应（Ｈｉｇｈ Ｉｎｉｔａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ，ＨＩＲ）的 得出同步调相机能够为电网提供有效无功支撑，且 其暂态支撑能力效果优于ＳＴＡＴＣＯＭ和ＳＶＣ。但对 于合理地配置同步调相机稳态无功出力，使得动态 电压支撑能力最大的研究尚存在不足，因此本文立 足于此展开相关方面的研究。首先对同步调相机 的数学模型及暂态出力特性进行分析，然后利用模 励磁系统。该类型的励磁系统可以在０．１ Ｓ之内将 励磁电压抬升到顶值励磁电压与额定电压之差的 ９５％，一般来说，现代励磁系统均具有短时强励能 力，能够在１～２ ｍｉｎ内保持２．５～３．５倍的额定励磁电 压。在连续换相失败的分析当中，其时间尺度一般 小于１ Ｓ，因此，我们可以认为该过程中励磁系统有 能力维持强励状态。 一拟算例验证对配置高起始响应的励磁系统的调相 机在电网故障下支撑暂态电压的效果，以及研究同 步调相机出力大小对电压恢复效果的影响；最后求 出实际算例中各同步调相机的最佳稳态出力配置， 使得动态电压支撑能力最大，有效地抵御特高压直 流连续换相失败，避免了直流闭锁。 般情况下，交流系统发生接地故障后，机端 电压下降，为了维持稳定，需要增加机组的无功出 力，因此机组的内电势水平需要提升，励磁绕组增 加激磁。而故障后定子电流增大，增强了对励磁绕 组的去磁作用。一旦去磁和激磁形成新平衡，调相 机的内电势Ｅ’。则为一个新稳态值。观察式（１）调 相机的模型，发现Ｅ 到 ’ 是一个一阶惯性环节， 因此系统故障发生后随机端电压的跌落调相机励 磁系统能够很快增加励磁电压，发出更多无功功 率。且初始稳态运行点越高，提升到顶值的电压的 时间越短。而电容器的无功输出特性随电压跌落 呈平方减少的关系。 因此，在同步调相机和电容器无功补偿并存的 １ 同步调相机的数学模型及暂态出 力特性 １．１ 同步调相机的动态数学模型 同步调相机本质为空载运行的同步发电机，其 功能是为系统提供无功功率，对功率因素进行改 善，因此与同步电动机一样，通过调节同步调相机 励磁电流实现对无功功率的。过励运行时，同 步调相机发出感性无功，系统电压提高；欠励运行 系统中，同步调相机稳态出力越高，有助于在系统受 扰后，短时间内快速提升励磁电势，为交流系统供给 更多的无功功率。但是稳态出力的提高使得暂态过 程中的备用减少，减少了在暂态过程中无功补偿能 力，不利于电压的稳定。因此，电网运行中的静态无 功和动态无功的合理配比对抵御连续换相失败，防 时，同步调相机发出容性无功，系统电压降低ｎ 。同 步调相机与传统同步发电机的数学模型基本类似。 微分方程： 智慧电力Ｓｍａｒｔ Ｐｏｗｅｒ ０２３ 电网分析与研究 Ｇｒｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｔｕｄｙ 止直流闭锁有着重要的影响，需要对同步调相机 的配置进行研究分析，选择最为合理的涮相机运 行状态。 ２ 调相机稳态出力对暂态电压支撑 的影响 ２．１ 模拟算例 通过上节理论分析，本节首先利用模拟算例， 图２暂态电压恢复示意图 Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ 验证具有强励功能的调相机可对暂态电压提供有 效支撑，并通过该箅例说明调相机的稳态ｍ力配置 对暂态电压支撑能力的影响。 算例参数配置如下：在冈１所示的系统巾，交 流侧系统用戴维南等效电路描述，换流站内无功补 偿包括电容器和同步调相机，静态无功和动态无功 补偿无功功率总值一定。ｔ＝０ Ｓ时，换流站处发生二＝ 相短路，０．１ ｓ后故障切除，调相机为２台３００ ＭＶＡ 容量，定功率定熄弧角控制模式下换流站的无功特 性可近似等效为 （Ｕ）＝５５—３５Ｕ（其中：Ｂ（ ）为电纳， Ｕ为母线处电压），调相机参数为７１’ ６．８７ ｓ， ’ ０．１８６，Ｘ，＝１．３９９， ＝１．３６８， ＝６ Ｓ，线路阻抗为 ０．Ｏ０２＋ｊ０．０１ ８ ５ ｌ 调 【 Ｉ 图３无强励时换流站电压・恢复情况 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅ￣ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｔｒｏｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ 从罔３可以看出，故障切除后，电压无法在０３ ｓ 内恢复至安全值（０．９ Ｐ ）附近；调相机稳态 力不 同时，对暂态过程巾的电压支撑效果是不同的。稳 态出力越高，其暂态过程中的电压水平越高。 ２．４ 同步调相机励磁系统有强励能力仿真分析 对安装在系统里配置了ＨＩＲ的励磁系统的同 步调相机进行电压支撑能力仿真，对于同步调相机 图１ 模拟算例示意图 Ｆｉｇ １ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｄｉａｇ ｒａｍ 工作在不同的稳态出力运行方式下，故障切除后的 电 『＿ 恢复情况如 ４所示。 ２＿２暂态电压 从换相失败发生的机理来说，预防换相失败的 Ｏ ９ ｊ 发生需使交流网络故障期间换相电压保持在触发换 相失败的临界电压以上。通常情况下，暂态电压的 曲线可以用图２表示。￡。Ｈ，ｔ￣Ｊ故障发生后，电压发生 （）８三 ０ ７ ０．６ Ｏ Ｏ 跌落。经过一定时间后，故障切除，电压进入恢复阶 段。在直流换相失败问题的分析中，以 表示触发 换相失败的临界电压。当前的直流系统巾，换相失 败的保护配置基本为连续发生三次换相失败则闭锁 直流系统。闪此，要防止连续换相失败导致直流闭 锁，应保证换相电压在直流线路发生第３次换相前 即ｔｌ时刻之前恢复至 以上，本文 －－０．９ ｐ．ｕ．。 ２．３ 同步调相机励磁系统无强励能力仿真分析 ０．０ Ｏ】 ２亨 ０ ６≤ 稆 —０．８ １ ０ ｔｉ，ＶｎＩｔｓ ０．２ ３ 图４有强励时换流站电压恢复情况 Ｆｉｇ．４ Ｃｏｎｖｅ￣ｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅ￣ｗｉｔｈ ｓｔｒｏｎｇ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ 从冈４中可以看ｆＩＩ，故障切除后，伴随着调相 机励磁系统的强励作用，电压在０．３ ｓ内逐渐恢复至 对安装在系统里励磁系统无强励能力的同步 调相机进行电压支撑能力仿真，对于同步调相机工 安全值（０．９ ｐ．ｕ．）附近，能有效抵御换相失败。且调 相机稳态…力不同时，电压恢复情况也不尽相同。 作在不同的稳态出力运行方式下，得到故障切除后 的电压情况如图３所示。 Ｏ２４ 为清楚地分析故障后０．３ ｓ的电压状７兄，将该时刻调 Ｓｍａｒ｛Ｐｏｗｅｒ 智慧电力 ２０１７第４５卷第１２期Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１２ Ｇｒｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｔｕｄｙ 电网分析与研究 相机处于不同稳定出力运行方式下的电压响应值 绘制成图５。 冈５中横坐标为调相机稳态出力占额定容量 的临界电压均取０．９ Ｐ．ｕ．。 ３．１ 金华站内调相机效果分析 以２０１８夏季高峰运行方式下为例，分析金华 的比例，纵坐标为故障切除后０．３ ｓ后的电压响应。 若触发换相失败的临界电压为０．９ Ｐ－ｕ．，则只有调相 站处加装调相机后在严重故障下的直流换相失败 抵御能力，并求取最佳稳态出力。故障设定为：离 金华换流站较近的浙双龙一浙兰溪线路１在第５ 周波时在双龙侧发生三相永久性接地短路，第１０ 周波时跳该条线路双龙侧开关，第ｌ０．５周波跳对侧 开关，第１ ｌ周波跳浙双龙一浙兰溪线路２。故障导 致兰溪电厂全厂停运时，金华换流站的附近区域失 机稳态出力在红框范围内（２４．４１％～９６．７６％）时，电 压才能恢复至０．９ ｐ．ｕ．以上，能够有效得抵御换相失 败。而且，调相机稳态出力安排在其额定值的 ６１．８％时，电压恢复得最快。 ０ ９２ ０ ９１ ・－４ ０．９０ ０ ８９ ／．、＼＼ Ｕ ６ Ｕ若 １ Ｕ 去重要的暂态电压支撑。 本算例中第３１个周波电压是否恢复到０．９ ｐ－ｕ． 决定了宾金直流是否会发生第三次换相失败，当连 续发生三次换相失败后，直流将发生双极闭锁。金 华换流站在稳态时电容器和同步调相机共提供 ５ １８３ Ｍｖａｒ无功功率，相关数据记录见表ｌ。图６ 表示金华站调相机稳态出力大小与电压恢复之间 的关系。 表１ 金华站站内调相机效果统计表 Ｔａｂｌｅ １ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｉｎ Ｊｉｎｈｕａ ｓｔａｔｉｏｎ Ｏ．８８ Ｏ ８７ ／。 安全 域 Ｕ．２ Ｕ ４ 调卡Ｉｌ机稳态ｆＩｊ）Ｊｆｐ－ｕ 图５调相机出力与电压恢复关系图 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ａｎｄ ｖｏｔｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ 通过该模拟算例，可以得ｍ以下结论： （１）同步调相机配置了ＨＩＲ的励磁系统后，在 相同故障下对系统的电压支撑能力更强，效果更 佳，通过合理配置调相机稳态出力能有效抵御换相 失败。 （２）总得来说，调相机的稳态出力越大，其暂态 过程中的总体电压水平相对越高，主要是因为电容器 的无功输出特ｌ生随电压跌落呈平方减少的关系，而调 相机的内电势并不会随机端电压的跌落快速减少。 （３）调相机的稳态出力越大，预留的暂态备用 容量相对越少。在本算例中，内电势对于维持端电 压的正面作用小于备用容量减少所带来的负面影 响，因此调相机稳态时满发并非最优方案。 ３实际算例分析 浙江省内有２处直流落点，分别为金华换流站 和绍兴换流站。以浙江电网为例，在金华换流站和 绍兴换流站各安装２台容量为３００ ＭＶＡ的调相机， 在稳态时电容器补偿的静态无功和同步调相机补 偿的动态无功总和为定值的情况下，通过修改稳态 时同步调相机ｆ１Ｊ力水平求得其最佳稳态出力，使得 故障后电压恢复效果最佳。此处的分析只关注浙江 省内的故障，省络及省内２２０ ｋＶ以下网络均忽 从表１和图６中分析得到，在严重故障下，金 华换流站的附近区域失去重要的暂态电压支撑，电 压在第３ｌ周波恢复到换相失败的临界点附近，调 相机的出力变化对第 次换相失败发生与否有明 显的影响。就目前仿真结果来看，调相机稳态出力 在５０ １４２ Ｍｖａｒ之间可以有效支撑金华换流站的电 压恢复至临界电压以上，有效抵御了宾金直流的第 ３次换相失败，避免了直流双极闭锁，而稳态出力为 １２５ Ｍｖａｒ可以使第３０周波的电压值最高，超过１２５ Ｍｖａｒ后电压恢复会有所变慢，主要原因是调相机出 略。在２０１８年夏季高峰运行方式下，触发换相失败 智慧电力Ｓｍａｒｔ Ｐｏｗｅｒ 力接近其额定容量后，其暂态的备用减少。 ０２５ 电网分析与研究 Ｇ ｒｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｔｕｄｙ ２０１７第４５卷第１２期Ｖｏ１ ４５ Ｎｏ．１２ 附近，涮相机的出力变化对第■次换相失败发生与 有明显的影响。就目前仿真的结果来看，调相机 稳态出力在０～２４５ Ｍｖａｒ之间可以有效支撑绍兴换 流站的电 恢复至临界电 以上，有效抵御了灵绍直 流的第 次换相失败，避免了直流双极闭锁，而稳态 力为ｌ５０ Ｍｖａｒ可以使第２６．５周波的电压值最高。 ６金华站 孙目机出力与电压恢复关系同 Ｆｉｇ．６ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈ ｒＯＲＯＵＳ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅ ｒｙ ｉｎ Ｊｉ ｒｌｈｕａ ｓｔａｔｉｏｎ ３＿２绍兴站站内调相机效果分析 以２０ｌ８夏季高峰运行方式下为例，分析绍兴 站站处加装调相机后在严重故障下的肖流换相欠 败抵御能力，并求取最佳稳态…力。故障设定为： 离绍兴站较近的浙乔司一浙涌潮线路１在第５周 ０ ５０ ｌＯＯ ｌ ５０ ２００ ２４５ ３００ 每臼调ＨＩ机ｊｆ｛）Ｊ／Ｍｖａｒ 图７绍兴站调相机出力与电压恢复关系图 Ｆｉｇ．７ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ Ｓｈａｏｘｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ 波Ｈ寸在乔司侧发生 相永久性接地短路，第ｌ０周 波时跳该条线路涌潮侧开关，第１０．５周波跳对侧开 ０ ０ ０ Ｏ Ｏ Ｏ ０ 关，第ｌｌ周波跳浙乔司一浙涌潮线路２。短路故障 ５ ４ ３ ２ ● ０州 啷 呲 咖 ９ 导致绍兴站附迈的唐绍电厂２号机非停，绍兴换流 站的附近 域暂态电压支撑能力降低。本箅例叶Ｉ 第２６．５周波电压是否恢复到０．９ ｐ 决定＿ｒ灵绍直 ４ 结论 Ｆ｝１丁换相成功与否很大程度上取决于换流母线 的电压水平，凶此提高换流站的暂态电压支撑能力 是抵御换相失败的重要手段 同步调相机的动态无 功补偿效果好，对系统电 支撑能力 岛有着重要 流是否会发生第 次换相失败，当连续发生三次换 相失败后，直流将发生双极闭锁。绍兴换流站在稳 态时电容器和同步调相机共提供５ ０３０ Ｍｖａｒ无功 功率，记录金华站内调相机不同稳态ｆ｝｛力时，宾金 直流和灵绍直流连续换相失败的次数，以及第２６．５ 作用，奉义对凋相机展开研究，并得到以下结论： （１）系统故障发 后随电压的跌落调相机的励 磁系统能够快速增７Ｊｌｌ励磁电爪，发ｆｆ１更多尢功功 率，且初始稳态运行点越高，提升到顶俩的电压的 时问越短 而电容器的无功输 随电压跌落呈平 方减少 周波时刻绍兴换流站电压值，见表２ ７表示绍 兴站调相机稳态 力大小与电压恢复之问的关系。 表２绍兴站站内调相机效果统计表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈ ｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｉｎ Ｓｈａｏｘｉｎｇ ｓｔａｔｉｏｎ （２）同步捌相机配置ｒ高起始响应（Ｈ ＴＲ）的励 磁系统后，在相同故障下对系统的电压支撑能力更 慢，效果更佳，通过合理配置调相机稳态ｍ力能有 效抵御换相失败。 （３）电网运行巾的静态无功和动态尢功的合理 配比足抵御连续换相，火败，防止直流闭锁的一个重 要方而 渊相机的稳态出力越大，提升至顶值的时 间越短，其暂态过程ｒｆ１的总体电压水平相对越高；但 渊卡Ｈ机的稳态ｆＩｌ力越大，动态无功备用容量越少，使 得电压恢复｝Ｈｘ，ｔ变慢 冈此需要寻找合弹的调相机 ｆ『Ｊ力配置，使得系统暂念电压支撑能力最强。 本文提 的同步调相机配置研究对抵御直流 连续换相失败，防止直流闭锁有着重要意义，有利 于电力系统的安全稳定运行。 Ｓｍａｒｔ Ｐｏｗｅｒ智慧电力 从表２和图７中，可以分析得到， 严重故障 下，绍兴换流站的附近ｌＸ＿＝域失去重要的暂态电 支 撑，电 在第２６．５周波恢复刮换桐失败的临界电 ０２６ ２０１７第４５卷第１２期Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．１２ Ｇｒｉｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ＆Ｓｔｕｄｙ 电网分析与研究 ５３（１０）：１６４—１６９＋１７７． 参考文献 ［１】 周孝信．构建新一代能源系统的设想［Ｊ］．陕西电力，２０１５， ４３（９）：１—４． ＺＨＯＵ Ｘｉａｏｘｉｎ．Ａ ｔｅｎｔａｔｉｖｅ ｉｄｅａ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａ— ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎｊｉａ，ＳＵＮ Ｗｅｎｔａｏ，ＣＡＩ Ｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｗｅａｋ ａｒｅａｓ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｖｏｌｔ— ａｇｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｉｎ ＤＣ ｍｕｈｉ—ｉｎｆｅｅｄ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ［ｑ．Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔ— ａｇｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ，２０１７，５３（１０）：１４～１６９＋１６７７． ｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｓｈａａｎｘｉ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ，２０１５，４３ （９）：１—４． 【９】翁利民，靳建峰．ＳＴＡＴＣＯＭ与ＳＶＣ的性能比较与应用 分析［Ｊ］．电力电容器与无功补偿，２０１０，３８（４）：１－４． ＷＥＮＧ Ｌｉｍｉｎ，ＪＩＮ Ｊｉａｎｆｅｎｇ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ— ［２】 周伟，万振东．特高压直流落点并网方式规划技术要求 研究［Ｊ］．陕西电力，２０１７，４５（６）：４６—４９． ＨＯＵ Ｗｅｉ，ＷＡＮ Ｚｈｅｎｄｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＵＨＶＤＣ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｐｌａｎｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ｒｅｑｕｉｒｅ— ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＳＴＡＴＣＯＭ ａｎｄ ＳＶＣ［Ｊ］．Ｐｏｗ— ｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ＆Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，２０１０，３８ （４）：１—４． ｍｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｓｈａａｎｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ，２０１７，４５（６）：４６—４９． 【１ ｏＪ付俊波，凌卫家，邓晖，等．抵御浙江电网多馈入直流系统 持续换相失败措施［Ｊ１．电力建设，２０１７，３８（８）：１０２—１０８． ＦＵ Ｊｕｎｂｏ，ＬＩＮＧ Ｗｅｉｊｉａ，ＤＥＮＧ Ｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｒｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｉｎｆｅｅｄ ＨＶＤＣ 等．多直流换相失败对弱交流断 【３］ 胡晓飞，陈得治，张垠，面的冲击特性及应对措施［Ｊ］．中国电力，２０１７，５０（５）： ２６－３２． ＨＵ Ｘｉａｏｆｅｉ，ＣＨＥＮ Ｄｅｚｈｉ，ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎ，ｅｔ ａ１．Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃ・ ｍｕｌｔｉ—ＨＶＤＣ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆｆ ｗｅａｋ ａｃ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｉｏｎ，２０１７，３８（８）：１０２—１０８． 【１１】ＣＵＩ Ｍ Ｊ，ＫＥ Ｄ Ｐ，ＳＵＮ Ｙ Ｚ，ｅｔ ａ１．Ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｒａｍｐ ｅｖｅｎｔｓ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｓｃｅｎａｒｉｏ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｔｓ ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ．２０１７，５０（５）：２６—３２． 等．宾金特高压直流换相失败 ［４】 许朋见，黄金海，许静静，保护的研究［ＪＪ．电力系统保护与控制，２０１７，４５（２）： １４０－１４６． ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ Ｅｎｅｒｙ，ｇ ２０１５，６（２）：４２２—４３３． 『１２］ＳＥＲＣＡＮ Ｔ，ＴＡＲＩＫ Ａ，ＴＯＲＢＪＯＲＮ Ｔ，ｅｔ ａ１．Ｐｅｒｆｏｒ－ ｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｎｄ ＳＶＣ［ａＪ］． ＸＵ Ｐｅｎｇ￣ｉａｎ，ＨＵＡＮＧ Ｊｉｎｈａｉ，ＸＵ Ｊｉｎｇｄｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｂｉｎ—Ｊｉｎ ＵＨＶＤＣ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２０１７，４５（２）： １４０－１４６． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，２００８，２３（３）：１ ６０６— １ ６１２． ［５】 朱韬析，宁武军，欧开健．直流输电系统换相失败探讨 ［１３】季斌炜，陈潇一．基于粒子群算法的配电网无功补偿方 法研究『Ｊ１．电网与清洁能源，２０１６，３２（３）：１ｌ１－１１４． ＪＩ Ｂｉｎｗｅｉ，ＣＨＥＮ Ｘｉａｏｙｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍ— ｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｗａｒｌｎ ［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００８，３６（２３）：１１６－１２０． ＺＨＵ Ｔａｏｘｉ，ＮＩＮＧ Ｗｕｊｕｎ，ＯＵ Ｋａｉｊｉａｎ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎｃｏｍ— ｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ ｉｎ ＨＶＤＣ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，２００８，３６（２３）：１１６—１２０． ［６】 李勇，程汉湘，方伟明，等．无功补偿装置在电力系统 ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｅｎｅｒ— ｇＹ，２０１６，３２（３）：１１１－１１４． ［１４】ＺＨＡＮＧ Ｊ，ＣＵＩ Ｍ Ｊ，ＦＡＮＧ Ｈ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｓｍａｒｔ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｖｅｈｉｃｌｅｓ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｉｎｔｏ ｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 中的应用综述［Ｊ］＿广东电力，２０１６，２９（６）：８７－９２． ＬＩ Ｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧ Ｈａｎｘｉａｎｇ，ＦＡＮＧ Ｗｅｉｍｉｎｇ，ｅｔ ａ１．Ｒｅ— ｖｉｅｗ ｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃ。 ｓｙｓｔｅｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｉｔｅｒａｔｉｖｅ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｅｎｅｒ・ ｅｓ ｉｎ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ，２０１６， ２９（６）：８７—９２． ｇｉｅｓ，２０１６．９（１２）：９８５—９９９． ［１５】张宁宇，刘建坤，周前，等．同步调相机对直流逆变站运行 特性的影响分析［Ｊ］．江苏电机工程，２０１６，３５（３）：１７－２０． ＺＨＡＮＧ Ｎｉｎｇｙｕ，ＬＩＵ Ｊｉａｎｋｕｎ，ＺＨＯＵ Ｑｉａｎ，ｅｔ ａ１．Ａｎａｌｙ－ ｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｏｎ ＤＣ ｉｎｖｅｒｔｅｒ 刘福锁，李威．动态无功补偿装置提高多馈人直 【７］ 张红丽，流恢复的布点方法ｆＪ］．电力系统自动化，２０１６，４０（５）： １３３－１３８． ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇｌｉ，ＬＩＵ Ｆｕｓｕｏ，ＬＩ Ｗｅｉ．Ｓｉｔｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｄｙ— ｎａｍｉｃ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅ— ｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉ—ｉｎｆｅｅｄ ＨＶＤＣ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｉｒｓｔｉｃ［Ｊ］．Ｊｉａｎｇｓｕ Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１６，３５（３）：１７－２０． （责任编辑收稿日期：２０１７一ｌ１—１Ｏ 钱文姝） ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２０１６，４０ （５）：１３３—１３８． 孙文涛，蔡晖，等．多馈人直流受端电网静态电 ［８］ 张文嘉，压稳定的薄弱区域识别及优化研究［Ｊ］．高压电器，２０１７， 作者简介：刘建勋（１９７７），男，福建福州人，硕士，高级工程师，现主要 从事电力系统稳定运行与分析控制研究等方面的工作。 智慧电力Ｓｍａｒｔ Ｐｏｗｅｒ ０２７
