电气工程

新一代大容量调相机在电网中的应用研究

王雅婷，张一驰，周勤勇，等

摘要：目的：我国能源资源与负荷呈逆向分布，通过多回特高压直流进行大容量输电。按照特高压直流设计原则，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，故障下特高压直流送受端电压稳定问题突出。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特性，在提高系统稳定性方面具备独特优势。本文结合特高压直流输电工程对于调相机的技术需求，研究了调相机的模型及运行特性，通过仿真分析了调相机在直流送受端的应用效果，论证了新一代调相机相比传统调相机的技术优势，提出了调相机在特高压直流工程中的应用前景。方法：首先结合直流对于调相机的技术需求，研究了调相机模型，提出基于不同时间尺度的次暂态、暂态、稳态3种运行特性。然后，基于酒泉—湖南特高压直流风火打捆送端，从增加系统短路比、降低新能源高压脱网风险、抑制稳态过电压等角度研究了调相机在特高压直流送端的应用效果；基于华东多直流馈入受端电网，从提高直流多馈入短路比、降低多回直流同时换相失败的风险、提升严重故障下的系统电压稳定水平等角度研究了调相机在特高压直流受端电网的应用效果。最后，从设备角度提出新一代调相机在运行维护、无功响应特性等方面相较于传统调相机的技术优势，为调相机后续投入工程运行提供技术支撑。结果：（1）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。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）2台300 Mvar容量的调相机装设于酒泉—湖南特高压直流送端的酒泉换流站时，调相机发挥3方面作用。一方面调相机作为旋转设备，增加酒泉换流站的短路容量和有效短路比，增强了交流电网对直流的支撑能力；另一方面在发生直流换相失败等故障时，调相机发挥其次暂态特性，发出大量感性无功抑制故障后的暂态过电压，降低了送端风电机组高压脱网的风险；再一方面，在发生直流双极闭锁等故障时，调相机发挥稳态特性，利用进相能力在故障后系统多余无功，抑制故障后的系统稳态过电压，改善电压水平。（3）在华东长三角直流多馈入地区，考虑在5条特高压直流的受端换流站各装设2台300 Mvar调相机，调相机发挥3方面作用。一方面，调相机作为旋转设备，有效提升各直流多馈入短路比，增强了长三角地区交流电网的短路容量和支撑能力；另一方面，在系统发生交流故障导致直流换相失败时，调相机发挥其次暂态特性，大幅减少多回直流同时换相失败的机率，降低了特高压直流发生送受端系统性连锁故障的风险。再一方面，在系统发生严重交流故障导致电压严重跌落的情况下，调相机发挥暂态特性，利用强励能力短时发出额定容量2倍左右无功，为系统提供紧急无功电压支撑。结论：（1）新一代大容量调相机能够全面提升系统动态无功储备，可解决受端电网因动态无功不足、弱送端电网短路容量支撑不足而导致的各种类型电压稳定问题，加强系统的电压支撑和运行灵活性。（2）调相机加装于华东地区等站点密集的受端电网时，对短路电流有一定贡献，可能需采取相应的短路电流控制措施。（3）新一代调相机通过优化设计，性能得到了全面改善。单机容量增大至300 Mvar，无功支撑能力强，同时降低了单位造价；内冷却系统采用全密闭空冷形式，运行维护方便；新型调相机在故障瞬间的电压支撑能力强，暂态响应速度快，过载能力大，且具备较强的进相能力。新型调相机以其独特的优势，未来将在特高压交直流电网中发挥重要作用。

来源出版物：电网技术, 2017, 41(1)： 22-28

入选年份：2017