[科普中國]-受端系統(tǒng)

受端系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一個(gè)組成部分。是以集中負(fù)荷地區(qū)為中心，包括區(qū)內(nèi)和近鄰的電廠在內(nèi)，用較密集的網(wǎng)絡(luò)將樞紐變電所和這些電源連接在一起，以接受外部及遠(yuǎn)方電源輸入的電力及電量的控制系統(tǒng)。高壓直流輸電受端電力系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生逆變不穩(wěn)定現(xiàn)象，該現(xiàn)象多發(fā)生在受端系統(tǒng)負(fù)荷最大期間，可見，系統(tǒng)負(fù)荷可能對(duì)直流輸電的運(yùn)行產(chǎn)生某種影響。

簡介高壓直流輸電受端電力系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生逆變不穩(wěn)定現(xiàn)象，該現(xiàn)象多發(fā)生在受端系統(tǒng)負(fù)荷最大期間，可見，系統(tǒng)負(fù)荷可能對(duì)直流輸電的運(yùn)行產(chǎn)生某種影響。

高壓直流輸電(HVDC)受端系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的問題主要是在運(yùn)行中產(chǎn)生的，當(dāng)直流輸電容量大，且系統(tǒng)的地區(qū)負(fù)荷在峰值附近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生換相失敗，或產(chǎn)生直流的后續(xù)振蕩，尤其在高負(fù)荷期間，即使系統(tǒng)出現(xiàn)幅值不大的小擾動(dòng)，都會(huì)引起系統(tǒng)的換相失敗1。

系統(tǒng)負(fù)荷增大使系統(tǒng)短路容量下降直流輸電系統(tǒng)的受端是逆變器，將直流轉(zhuǎn)換為交流，與系統(tǒng)電源共同供電。換流必須由系統(tǒng)提供換相電流，也就是短路電流，這種瞬時(shí)短路電流的大小決定逆變器換流的性能。一般的概念是某處的短路容量決定于系統(tǒng)串聯(lián)阻抗和運(yùn)行著的發(fā)電機(jī)容量。當(dāng)直流輸電的傳輸容量增加到某一值，系統(tǒng)短路電流提供的換相能力不能滿足要求，或裕度不足，換相將失??；隨后引起直流系統(tǒng)在其自振頻率附近振蕩，引起控制保護(hù)動(dòng)作。

由于受端交流系統(tǒng)負(fù)荷猛漲，直流輸電的容量也一直增加，在負(fù)荷最高時(shí)，容易產(chǎn)生換相失敗和系統(tǒng)搖擺，這一現(xiàn)象令人聯(lián)想到系統(tǒng)短路電流是否會(huì)受到交流系統(tǒng)負(fù)荷的影響，經(jīng)過初步研究，認(rèn)為系統(tǒng)短路容量與系統(tǒng)負(fù)荷有關(guān)1。

無功補(bǔ)償方法對(duì)增大換流容量的作用容性負(fù)荷增加會(huì)增大換相電流。在用電容器作為主要的無功補(bǔ)償手段的情況下，電容電抗將與換流電抗形成并聯(lián)諧振，使并聯(lián)電路中電流值放大。可以推想，在逆變器側(cè)變壓器前串聯(lián)電容器以降低換流阻抗，應(yīng)能改善地區(qū)大負(fù)載下的換流過程。

在直流輸電的受端，逆變所需要的無功補(bǔ)償電容器以及交流側(cè)(網(wǎng)側(cè))濾波器所用的并聯(lián)電容器，是與換流變阻抗并聯(lián)；由于它的運(yùn)行是相對(duì)固定的，即可不隨地區(qū)負(fù)載變化而改變補(bǔ)償電容量，因此，這些并聯(lián)電容器對(duì)支持大負(fù)荷下的換流作用是不大的。如果電容容量能隨地區(qū)負(fù)載的增減而變化，可望獲得良好的諧振條件，并可明顯提高大負(fù)載下的換流能力，而靜止無功補(bǔ)償器SVC就具備這個(gè)能力。

無功補(bǔ)償電容不可能過量使用，因?yàn)檫^多的電容電流會(huì)使系統(tǒng)電壓過高。為了使負(fù)荷中心電壓維持在正常水平，電容器的容量可限制在總功率因數(shù)的滯后范圍，而增大換相電流必須使整個(gè)地區(qū)負(fù)荷包括電容補(bǔ)償，呈超前功率因數(shù)。

換相電流的增大，可以認(rèn)為系統(tǒng)局部短路容量增大，但在電容電感并聯(lián)電路外面，電流并沒有增加。

地區(qū)負(fù)載對(duì)受端系統(tǒng)的影響地區(qū)負(fù)載會(huì)影響系統(tǒng)短路電流，也就是在受端負(fù)載增大時(shí)換相電流會(huì)減小。因此在受端系統(tǒng)負(fù)載過大的情況下會(huì)出現(xiàn)直流輸電逆變不穩(wěn)定現(xiàn)象。

如果地區(qū)負(fù)荷增大很大又呈現(xiàn)容性，可能發(fā)生2種情況：

1)系統(tǒng)不調(diào)壓，在負(fù)荷出現(xiàn)大容性電流時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生短路電流增大現(xiàn)象；

2)若系統(tǒng)通過發(fā)電機(jī)勵(lì)磁來調(diào)節(jié)負(fù)荷中的電壓，因容性負(fù)荷提升電壓，而勵(lì)磁使電壓下調(diào)，形成容性負(fù)荷時(shí)短路電流下降。

用對(duì)稱分量法進(jìn)行兩端電源的系統(tǒng)計(jì)算，考慮到換相過程中，會(huì)出現(xiàn)短時(shí)的兩線間短路，在負(fù)載很大又呈容性時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生明顯的短路電流增大現(xiàn)象。并聯(lián)電容器可以增大諧振并聯(lián)電路的電流，但不能增大系統(tǒng)的短路容量；又由于系統(tǒng)電壓的限制，不可能超范圍增多。因此，用串聯(lián)電容補(bǔ)償換相電抗不失為一種用來增大換相電流的方法。

計(jì)算短路電流過程中，檢驗(yàn)了電容器對(duì)系統(tǒng)短路容量的作用。電容器補(bǔ)償可以和短路支路的電感產(chǎn)生諧振作用，使有電容和沒有電容補(bǔ)償2種情況下，短路(換相)電流有明顯差別。如果SVC按電壓調(diào)節(jié)斜率阻抗，它對(duì)短路電流會(huì)有更明顯的增大效應(yīng)。因此可以認(rèn)為電容器組和SVC，包括TCR，TSC和濾波器，僅增大系統(tǒng)局部的短路容量，至于無功發(fā)生器STATCOM，由于不能和電容器等值，所以與電容或SVC 情況并不相同。受端系統(tǒng)在大負(fù)荷時(shí)會(huì)影響直流輸電傳輸容量，這應(yīng)在電網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行中注意。

電網(wǎng)防御受端電壓穩(wěn)定問題的綜合解決方案根據(jù)前述分析結(jié)果，提出電網(wǎng)防御受端電壓穩(wěn)定問題的綜合解決方案如下：

1)從分層分區(qū)的角度出發(fā)，在發(fā)電、電網(wǎng)和負(fù)荷側(cè)均應(yīng)考慮配置適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)無功，并采用適當(dāng)措施予以調(diào)用：發(fā)電側(cè)主要是采用負(fù)調(diào)差或PSVR方式提高故障情況下提供動(dòng)態(tài)無功的能力；電網(wǎng)側(cè)主要是合理安排運(yùn)行方式、采用STATCOM 或SVC、快速投入換流站和變電站的備用無功小組，以及采取安穩(wěn)集中切負(fù)荷措施；負(fù)荷側(cè)主要采取DSTAT—COM 或SVC和低壓減載措施。

2)從三道防線的角度出發(fā)：第一道防線方面，主要是發(fā)電機(jī)采取負(fù)調(diào)差或PSVR，做好運(yùn)行方式安排、配置STATCOM 和DSTATCOM 或SVC、配置AVC和VQC；第二道防線方面，采用快速投入換流站和變電站的備用無功小組，并考慮適當(dāng)分輪次投人，采取安穩(wěn)集中切負(fù)荷措施；第三道防線方面，采用低壓減載措施，并考慮第二道防線和第三道防線間的協(xié)調(diào)配合2。

總結(jié)對(duì)電網(wǎng)受端系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功綜合調(diào)用技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了動(dòng)態(tài)無功配置與調(diào)用也應(yīng)該分層分區(qū)的理念，在發(fā)電、電網(wǎng)和負(fù)荷側(cè)均應(yīng)考慮配置適當(dāng)?shù)膭?dòng)態(tài)無功，并采用適當(dāng)措施予以調(diào)用。從動(dòng)態(tài)無功分層分區(qū)和電網(wǎng)三道防線的框架出發(fā)，提出了南方電網(wǎng)防御受端電壓穩(wěn)定問題的綜合解決方案。

提高系統(tǒng)電壓、發(fā)電機(jī)采用負(fù)調(diào)差、快速投入變電站電容器等多項(xiàng)措施已在南方電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行中得到應(yīng)用，為綜合利用系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無功資源，提高南方電網(wǎng)受端動(dòng)態(tài)無功支持能力，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮了積極的作用。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)