夏成軍　黃浩宇　涂亮　洪潮

(1．華南理工大學(xué) 電力學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2．南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司， 廣東 廣州 510080)

多饋入直流系統(tǒng)受端故障的協(xié)調(diào)漸進(jìn)恢復(fù)策略*

夏成軍1黃浩宇1涂亮2洪潮2

(1．華南理工大學(xué) 電力學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2．南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司， 廣東 廣州 510080)

摘要:多饋入直流系統(tǒng)在交流故障后可能發(fā)生后續(xù)換相失敗、無(wú)功功率需求過(guò)大及直流有功功率恢復(fù)緩慢等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懴到y(tǒng)穩(wěn)定性.文中分析了單回直流電壓功率的恢復(fù)特性，并進(jìn)一步分析了多饋入直流電壓功率的恢復(fù)特性，基于多饋入有效短路比、多饋入相互作用因子及直流功率輸送容量的相互聯(lián)系，提出了多饋入直流系統(tǒng)漸進(jìn)錯(cuò)峰有序電壓功率恢復(fù)指標(biāo)，并依據(jù)此指標(biāo)的大小制定了各回直流先后錯(cuò)峰恢復(fù)的策略.提出在直流控制系統(tǒng)的低壓限流單元設(shè)置一階延時(shí)取小環(huán)節(jié)，并通過(guò)控制時(shí)間常數(shù)實(shí)現(xiàn)了此恢復(fù)策略；然后利用各回直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值大小、有功功率恢復(fù)至額定值90%時(shí)所需的時(shí)間、多饋入直流系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)無(wú)功功率需求，量化評(píng)估了多饋入直流恢復(fù)性能.最后在PSCAD/EMTDC上搭建受端七饋入直流模型，驗(yàn)證了多饋入直流協(xié)調(diào)漸進(jìn)錯(cuò)峰恢復(fù)策略的有效性.

關(guān)鍵詞：多饋入直流系統(tǒng)；錯(cuò)峰恢復(fù)；恢復(fù)指標(biāo)；評(píng)估指標(biāo)

我國(guó)能源資源和消納逆向分布的特征，促使了“西電東送”的能源戰(zhàn)略的形成[1- 4].直流輸電以其功率調(diào)節(jié)迅速靈活、輸電距離不受同步運(yùn)行穩(wěn)定性限制的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)電力流動(dòng)跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離、大規(guī)模背景下得到了廣泛的應(yīng)用[5- 6].截止2015年我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)分別投運(yùn)了十幾回和八回直流輸電工程，由于東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)負(fù)荷需求用電大，多回直流均落點(diǎn)于同一交流受端系統(tǒng)(如上海、廣東交流系統(tǒng))，形成了規(guī)模龐大的多饋入直流輸電系統(tǒng)(MIDC).MIDC系統(tǒng)受端各換流站電氣耦合緊密，受端系統(tǒng)接受直流系統(tǒng)饋入功率高，使多饋入直流系統(tǒng)電網(wǎng)穩(wěn)定性趨向復(fù)雜，給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)諸多新挑戰(zhàn)[7- 10].其中故障后多回直流協(xié)調(diào)恢復(fù)策略的選擇是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要問(wèn)題之一，合理的恢復(fù)方案將極大地提高多饋入直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平.

MIDC系統(tǒng)受端交流系統(tǒng)故障后，電壓大幅度下降，可能引發(fā)多回直流系統(tǒng)同時(shí)或相繼發(fā)生換相失敗，且無(wú)功功率需求大(穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率需求達(dá)到額定輸送功率的50%～60%，暫態(tài)需求達(dá)到60%～80%)，直流功率傳輸中斷，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致直流系統(tǒng)閉鎖[11- 14].恢復(fù)期間，由于換流母線電壓低，無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備(換流母線電容器組、SVC等)作用小，但換流器需要消耗大量無(wú)功功率，造成了系統(tǒng)大的無(wú)功功率缺額，若各回直流同時(shí)恢復(fù)，直流間的相互影響將造成MIDC系統(tǒng)更加嚴(yán)重的無(wú)功功率缺額，使換流母線電壓持續(xù)下降，增加了系統(tǒng)發(fā)生持續(xù)或后續(xù)換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)傳輸?shù)挠泄β蔬€未恢復(fù)，瞬時(shí)功率因素小，功率輸送堵塞，恢復(fù)速度慢，可能造成潮流轉(zhuǎn)移，威脅系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行.因此對(duì)于如何減小MIDC換流器動(dòng)態(tài)無(wú)功功率的需求，同時(shí)又加快直流有功功率恢復(fù)速度，如何減緩恢復(fù)期間直流間的相互作用，以何種策略協(xié)調(diào)有序恢復(fù)故障后的MIDC系統(tǒng)均亟需深入研究.

文獻(xiàn)[15]中通過(guò)對(duì)低壓限流單元的特性曲線進(jìn)行改進(jìn)，使直流電流滯后于電壓恢復(fù)，達(dá)到了減小本回直流換流器無(wú)功功率消耗的目的，但其未考慮各回直流間不良的相互作用，若各換流器消耗的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值到達(dá)時(shí)刻相近，系統(tǒng)必然會(huì)存在大量的無(wú)功功率缺額，換流站母線電壓大幅下降，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)換相失敗的發(fā)生.文獻(xiàn)[8]中利用故障恢復(fù)的熄弧角控制和低壓限流單元進(jìn)行改進(jìn)，減小了逆變側(cè)發(fā)生換相失敗的幾率，實(shí)現(xiàn)了多回直流漸變恢復(fù)的策略，達(dá)到了多回直流動(dòng)態(tài)無(wú)功功率錯(cuò)峰恢復(fù)的目標(biāo)，但其未明確各回直流恢復(fù)的具體順序，若受端弱的直流系統(tǒng)先恢復(fù)，其電壓支撐能力的不足必然會(huì)導(dǎo)致電壓波動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，延長(zhǎng)了電壓恢復(fù)穩(wěn)定所需時(shí)間.文獻(xiàn)[16]中提出在PI控制器中加入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)的非線性前饋回路，對(duì)被控量交流電壓在線協(xié)調(diào)控制，減小了電壓波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了換流器消耗動(dòng)態(tài)無(wú)功功率錯(cuò)峰恢復(fù)，緩解了直流系統(tǒng)間的相互作用，但其對(duì)有功功率輸送恢復(fù)速度未考慮，可能導(dǎo)致系統(tǒng)有功功率恢復(fù)穩(wěn)定所需的時(shí)間太長(zhǎng).

為解決以上問(wèn)題，文中提出了一種多饋入直流輸電系統(tǒng)漸進(jìn)有序錯(cuò)峰恢復(fù)策略.分析了多饋入直流恢復(fù)的外特性，利用直流落點(diǎn)強(qiáng)度、相互作用因子提出了評(píng)估各回直流恢復(fù)順序指標(biāo)，采用漸進(jìn)有序恢復(fù)緩解直流系統(tǒng)間的相互作用，錯(cuò)開(kāi)各換流器動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值出現(xiàn)的時(shí)間，減小了MIDC整個(gè)換流器動(dòng)態(tài)無(wú)功功率的峰值，降低了后續(xù)換相失敗發(fā)生的概率及縮短了直流有功功率恢復(fù)所需的時(shí)間.并且在PSCAD/EMTDC上搭建受端七饋入直流系統(tǒng)模型驗(yàn)證了其有效性.

1單回直流恢復(fù)的電壓功率特性

受端交流系統(tǒng)大擾動(dòng)后換流器發(fā)生換相失敗，功率傳輸中斷，故障清除后直流恢復(fù)性能主要體現(xiàn)在受端系統(tǒng)消耗的無(wú)功功率及有功功率的恢復(fù)速度，通常期望直流的有功功率盡快恢復(fù)且消耗動(dòng)態(tài)無(wú)功功率盡可能小.

故障清除后，隨著有功功率的恢復(fù)，系統(tǒng)無(wú)功功率的需求也開(kāi)始增加，當(dāng)交流電壓恢復(fù)到一定值時(shí)，熄弧角超調(diào)量很大，無(wú)功功率需求到達(dá)峰值，之后熄弧角開(kāi)始減小，直流電流減小，無(wú)功功率需求開(kāi)始減小，從而導(dǎo)致直流消耗無(wú)功功率出現(xiàn)峰值，即出現(xiàn)無(wú)功功率超調(diào)量.文中測(cè)試系統(tǒng)采用PSCAD/EMTDC的HVDC Cigre Benchmark標(biāo)準(zhǔn)單直流i模型仿真分析恢復(fù)特性.設(shè)置換流母線三相金屬短路故障，故障發(fā)生于5 s時(shí)刻，持續(xù)時(shí)間100 ms，結(jié)果如圖1所示.

圖1　Cigre Benchmark標(biāo)準(zhǔn)單回直流恢復(fù)特性測(cè)試

Fig.1Test of single DC recovery features on Cigre Benchmark model

圖1中：Ti,Q為動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值出現(xiàn)的時(shí)間；Ti,p為直流有功功率恢復(fù)至額定值90%的時(shí)間；ΔQi為直流消耗的無(wú)功功率超調(diào)量，其表示為直流消耗的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值與穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率需求差值大小與穩(wěn)態(tài)值比例，其表達(dá)為

(1)

式中，Qi,max為直流恢復(fù)期間動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值需求量；Qi,ste為穩(wěn)態(tài)時(shí)無(wú)功功率需求量.

系統(tǒng)消耗無(wú)功功率超調(diào)量ΔQi大，必然會(huì)造成換流器過(guò)大的無(wú)功功率缺額，易產(chǎn)生電壓大幅度的波動(dòng)，因而其值應(yīng)盡可能小.直流功率恢復(fù)至額定值90%所需時(shí)間Ti,p反映了換流器輸送功率恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間，其值也應(yīng)盡可能小.因而對(duì)于單回直流的恢復(fù)，通常期望無(wú)功功率超調(diào)量ΔQi盡可能小，同時(shí)直流有功功率恢復(fù)時(shí)間Ti,p盡量短.

2多饋入直流恢復(fù)策略

對(duì)于多饋入直流系統(tǒng)，任意一回直流系統(tǒng)其恢復(fù)特性與單回直流系統(tǒng)在宏觀上類似，細(xì)節(jié)上各回直流恢復(fù)性能又有所差異，由于“木桶效應(yīng)”，MIDC恢復(fù)性能必然體現(xiàn)在恢復(fù)特性最差的直流上.且各回直流聯(lián)系緊密，恢復(fù)期間必然存在相互影響，其中多饋入相互作用因子能體現(xiàn)直流間的相互作用，可通過(guò)其展開(kāi)恢復(fù)期間相互影響研究.因而對(duì)于多饋入直流系統(tǒng)的恢復(fù)特性，一方面要減小系統(tǒng)中暫態(tài)無(wú)功功率需求缺額最大的直流系統(tǒng)，縮短有功功率恢復(fù)時(shí)間最長(zhǎng)的直流系統(tǒng)；另一方面要減緩直流間的相互作用，采取協(xié)調(diào)有序錯(cuò)峰恢復(fù).文中展開(kāi)直流恢復(fù)策略研究.

2.1多饋入直流有序恢復(fù)強(qiáng)度指標(biāo)

多饋入有效短路比(MIESCR)[17]是評(píng)估直流落點(diǎn)交流系統(tǒng)強(qiáng)度的指標(biāo)，反映了落點(diǎn)交流系統(tǒng)對(duì)本回直流電壓支撐能力的大??；而多饋入相互作用因子(MIIF)作為直流間的紐帶，是衡量多饋入直流系統(tǒng)中不同直流相互作用強(qiáng)度的指標(biāo)，反映了各直流間聯(lián)系的緊密程度[5]，其值越大耦合越緊密，直流間的相互作用越強(qiáng).

第j回直流對(duì)i回直流落點(diǎn)交流系統(tǒng)的短路容量影響程度為

(2)

(3)

標(biāo)幺化得

(4)

直流系統(tǒng)落點(diǎn)交流系統(tǒng)強(qiáng)度MIESCR反映了本回直流落點(diǎn)電壓支撐能力的大小，其值越大對(duì)本回直流電壓及有功功率支撐能力越強(qiáng).但是其無(wú)法反映對(duì)MIDC系統(tǒng)其他直流系統(tǒng)支撐能力的大小，故需對(duì)其作修正，需提出新指標(biāo)來(lái)涵蓋其對(duì)整體系統(tǒng)的電壓及有功功率支撐能力.多饋入直流電壓功率恢復(fù)強(qiáng)度指標(biāo)(DRI)構(gòu)建過(guò)程如下所示：

(5)

將式(4)代入得

(6)

以下通過(guò)HVDC Cigre Benchmark直流標(biāo)準(zhǔn)模型建立受端雙饋入直流PSCAD/EMTDC測(cè)試模型.建立耦合阻抗，其中，兩回直流恢復(fù)指標(biāo)DRI2>DRI1，其余參數(shù)不變，如表1所示.

表1　雙饋入直流測(cè)試系統(tǒng)參數(shù)

在DC2的換流母線處發(fā)生三相故障，接地電阻10 Ω，5 s時(shí)刻發(fā)生，故障持續(xù)5個(gè)周波.對(duì)比3種不同恢復(fù)次序下的系統(tǒng)恢復(fù)響應(yīng)，結(jié)果如圖2所示.

圖2Cigre Benchmark雙饋入模型3種恢復(fù)次序動(dòng)態(tài)響應(yīng)對(duì)比

Fig.2Dynamic response comparision of three recovery strategies on Cigre Benchmark double-infeed DC system

由圖2可知，DC2先恢復(fù)時(shí)，兩回直流換流母線電壓波動(dòng)最小，輸送有功功率恢復(fù)速度最快，且換流器消耗的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值過(guò)大的問(wèn)題也基本能得到改善，提高了系統(tǒng)的恢復(fù)性能.故采用漸進(jìn)有序恢復(fù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)按直流有序恢復(fù)強(qiáng)度指標(biāo)大小來(lái)先后恢復(fù)各回直流系統(tǒng).

2.2漸進(jìn)有序錯(cuò)峰恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)方案

為實(shí)現(xiàn)MIDC系統(tǒng)各回直流協(xié)調(diào)有序恢復(fù)策略，文中在各回直流的低壓限流控制單元中設(shè)置一節(jié)延時(shí)并取小環(huán)節(jié)，如圖3所示，其中取小模塊可確保延時(shí)環(huán)節(jié)只在電流提升時(shí)起作用，調(diào)節(jié)直流電流的恢復(fù)速度，達(dá)到協(xié)調(diào)各回直流電流有序恢復(fù)的目的.延時(shí)取小環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)越大，恢復(fù)速度越慢，反之越快，因而通過(guò)改變時(shí)間常數(shù)能夠調(diào)節(jié)各回直流故障后恢復(fù)速度.各回直流錯(cuò)峰協(xié)調(diào)恢復(fù)后直流電流控制變化效果如圖4所示.

圖3　電流延時(shí)取小環(huán)節(jié)示意圖

圖4　錯(cuò)峰漸進(jìn)復(fù)策略中直流的電流指令值

Fig.4Current reference of DC systems on stategy recovery of stragger peak

圖4中，曲線0為未加延并取小環(huán)節(jié)時(shí)直流電流指令值的恢復(fù)曲線，曲線1、2、3分別為設(shè)置延時(shí)時(shí)間常數(shù)為TD1、TD2、TD3時(shí)的恢復(fù)曲線，tfau、trec分別為故障發(fā)生和切除時(shí)刻，t1、t2、t3分別為各回直流系統(tǒng)電流指令值恢復(fù)至額定值時(shí)刻.

3多饋入直流恢復(fù)性能評(píng)估

單回直流的恢復(fù)特性體現(xiàn)于電壓過(guò)沖后產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值、功率恢復(fù)需要的時(shí)間及后續(xù)換相失敗是否發(fā)生.對(duì)于多饋入直流系統(tǒng)，每回直流電壓功率恢復(fù)特性從局部上體現(xiàn)了系統(tǒng)的恢復(fù)特性，但是整體系統(tǒng)恢復(fù)特性是由恢復(fù)效果最差的電壓功率所決定，體現(xiàn)于恢復(fù)期間各回直流中最大的無(wú)功功率缺額、最長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間及發(fā)生后續(xù)換相失敗的直流,同時(shí)需要考慮各回直流相互影響下系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)無(wú)功功率的缺額.

直流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率缺額量化為無(wú)功功率超調(diào)量ΔQi，如式(1)所示，則多饋入系統(tǒng)中量化最大無(wú)功功率超調(diào)量ΔQpeak為

(7)

即為各回直流中最大的無(wú)功功率缺額.各回直流中功率最晚恢復(fù)至額定值90%所需時(shí)間記為Tp.系統(tǒng)無(wú)功超調(diào)量ΔQsum反映多饋入直流整體系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功功率缺額.式(7)中，Tj,p為故障切除后第j回直流輸送有功功率恢復(fù)至額定值90%所需時(shí)間，Qsum,ste、Qsum,max分別為多饋入系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率需求與動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值需求.

對(duì)于直流系統(tǒng)最大無(wú)功功率超調(diào)量ΔQpeak，恢復(fù)期間其值越大，換流器消耗的無(wú)功功率越大，換流母線電壓震蕩越劇烈，電壓穩(wěn)定裕度越小，同時(shí)其對(duì)換流器沖擊越強(qiáng)，縮短換流器使用壽命，故其值應(yīng)盡可能小.

對(duì)于直流功率恢復(fù)至額定值90%所需時(shí)間Ti,p，反映換流器輸送功率恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)所需時(shí)間，其越小系統(tǒng)調(diào)節(jié)恢復(fù)穩(wěn)定越快.

對(duì)于系統(tǒng)無(wú)功功率超調(diào)量ΔQsum，整個(gè)系統(tǒng)所需的無(wú)功功率與換流母線配備的電容器組有關(guān)，若系統(tǒng)無(wú)功功率缺額越大，無(wú)功功率補(bǔ)償裕度越小，所需的電容器組容量越大，換流器間相互支援能力越小.

4仿真驗(yàn)證

在電磁暫態(tài)軟件PSCAD/EMTDC上建立受端七饋入直流輸電詳細(xì)模型.

依據(jù)式(6)計(jì)算各回直流恢復(fù)指數(shù)DIRi，如直流DC1計(jì)算過(guò)程：

2.63×[3 000×(0.289+0.452)+0.195×1 800+

4 800×0.336+2 800×0.521]/22 400=0.663.

各回直流的恢復(fù)指數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表3.

表3　直流恢復(fù)強(qiáng)度

由表3可知，依據(jù)漸進(jìn)錯(cuò)峰恢復(fù)因子DIR大小，各回直流系統(tǒng)漸進(jìn)恢復(fù)順序?yàn)椋篋C4、DC7、DC3、DC2、DC6、DC1及DC5直流.延時(shí)取小環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)設(shè)定為0～60 ms，每10 ms取一個(gè)點(diǎn).

交流系統(tǒng)最嚴(yán)重故障為換流母線金屬性短路，文中以DC1回直流受端換流母線三相金屬性故障展開(kāi)恢復(fù)特性分析，25 s發(fā)生故障，持續(xù)時(shí)間5個(gè)周波(100 ms).故障發(fā)生后各回直流中單回直流無(wú)功功率超調(diào)量最大的為DC1、有功功率恢復(fù)所需時(shí)間最長(zhǎng)為DC1，因而其恢復(fù)過(guò)程中是多饋入直流系統(tǒng)恢復(fù)中“木桶效應(yīng)”的最短板，決定了多饋入直流的恢復(fù)性能，其常規(guī)恢復(fù)與基于DIR漸進(jìn)錯(cuò)峰恢復(fù)的評(píng)估指標(biāo)結(jié)果如表4所示.

表4　多饋入直流恢復(fù)特性

常規(guī)恢復(fù)與基于DIR協(xié)調(diào)錯(cuò)峰恢復(fù)的DC1回直流恢復(fù)特性對(duì)比如圖5所示.圖5(a)為故障后DC1直流受端換流母線電壓恢復(fù)曲線，顯然采用基于DIR漸進(jìn)錯(cuò)峰恢復(fù)時(shí)，換流母線電壓能更早恢復(fù)穩(wěn)定，電壓穩(wěn)定性更優(yōu).由圖5(b)可知采用漸進(jìn)有序恢復(fù)時(shí)，減小了發(fā)生后續(xù)換相失敗的幾率.圖5(c)為輸送有功恢復(fù)最慢的直流系統(tǒng)，有功功率恢復(fù)在0～0.8(p.u)階段常規(guī)恢復(fù)速度更快，但是DC1直流動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值需求更大，反而延緩了0.8～0.9(p.u)階段有功功率的恢復(fù)，需要217 ms(以故障切除時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí))才恢復(fù)至額定值的90%，基于DIR漸進(jìn)錯(cuò)峰恢復(fù)有功功率恢復(fù)時(shí)間更短，僅需186 ms，加快了多饋入直流系統(tǒng)恢復(fù)的速度.圖5(d)為兩種恢復(fù)策略下單回直流最大無(wú)功功率超調(diào)量對(duì)比圖，基于DIR漸進(jìn)錯(cuò)峰恢復(fù)，大幅度減小了單回直流的最大無(wú)功功率超調(diào)量，DC1直流的無(wú)功功率超調(diào)量由37.43%減小為14.3%，DC1的超調(diào)量不再是各回直流中的最大值，而是DC5直流，如表4所示為24.1%，單回直流最大無(wú)功功率需求量減少，提高了系統(tǒng)電壓功率的穩(wěn)定性.圖5(e)為多饋入系統(tǒng)整體動(dòng)態(tài)無(wú)功功率需求對(duì)比，常規(guī)恢復(fù)時(shí)由于各回直流動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值出現(xiàn)時(shí)間較近，疊加導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)很大的無(wú)功功率峰值，無(wú)功功率超調(diào)量為25.40%；采用優(yōu)化錯(cuò)峰恢復(fù)策略時(shí)，控制了各回直流動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值出現(xiàn)的時(shí)間，使系統(tǒng)無(wú)功功率超調(diào)量減小為15.63%，提高了多饋入系統(tǒng)無(wú)功功率電壓穩(wěn)定性.

圖5　不同恢復(fù)策略下的恢復(fù)特性對(duì)比

Fig.5Comparision of recovery feature under different recovery strategies

5結(jié)論

文中針對(duì)多饋入直流受端故障后的恢復(fù)響應(yīng)，分析了多饋入直流電壓功率特性，提出了一種協(xié)調(diào)有序恢復(fù)方案，減小了恢復(fù)期間直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率缺額，縮短了有功功率恢復(fù)所需時(shí)間，減小了后續(xù)換相失敗發(fā)生的幾率.得到結(jié)論如下.

(1)故障后各回直流恢復(fù)期間動(dòng)態(tài)無(wú)功功率會(huì)呈現(xiàn)單峰值，各回直流無(wú)功功率缺額最大可達(dá)額定輸送功率的0.8 p.u；恢復(fù)期間輸送的有功功率單調(diào)遞增直至恢復(fù)到額定值.

(2)多饋入直流未協(xié)調(diào)恢復(fù)時(shí)，直流間的相互作用使得系統(tǒng)無(wú)功功率缺額大，且各回直流幾乎同時(shí)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值，進(jìn)一步增大了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功功率缺額，加大了直流發(fā)生后續(xù)換相失敗的風(fēng)險(xiǎn)，且有功功率恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)200 ms以上.

(3)提出的多饋入直流電壓功率恢復(fù)指標(biāo)的物理含義明確，其反映了各回直流恢復(fù)對(duì)整體系統(tǒng)的支撐能力，各回直流錯(cuò)峰恢復(fù)次序明確.

(4)協(xié)調(diào)有序錯(cuò)峰恢復(fù)方案減緩了各回直流之間的相互影響，錯(cuò)開(kāi)了直流消耗動(dòng)態(tài)無(wú)功功率峰值出現(xiàn)的時(shí)間，使系統(tǒng)出現(xiàn)幾個(gè)小的峰值，避免了各回直流峰值疊加產(chǎn)生一個(gè)大的無(wú)功功率峰值，減小了系統(tǒng)最大無(wú)功功率需求，使電壓的波動(dòng)小.同時(shí)減小了后續(xù)換相失敗發(fā)生的幾率，縮短了輸送功率恢復(fù)至額定所需的時(shí)間.

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Coordinated and Progressive Recovery Strategy for Failure at Receiving End of Multi-Infeed DC Systems

XIACheng-jun1HUANGHao-yu1TULiang2HONGChao2

(1.School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong,China;2.Electric Power Research Institute, China Southern Power Grid, Guangzhou 510080, Guangdong, China)

Abstract:In multi-infeed DC systems, there exist subsequent commutation failure, excessive reactive power demand and slowDC power recovery after the failure of AC systems, which probably further degrades the stability of the system. In order to solve this problem, the voltage-active power recovery characteristics of both the single-infeed and the multi-infeed DC systems are analyzed, and a progressive staggering recovery index of multi-infeed DC systems is put forward based on the relationship among multi-infeed effective short-circuit ratio, multi-infeed interaction factor and DC power transmission capacity. Afterwards,according to the value of this index, a staggering recovery strategy for the subsystems of multi-infeed DC systems is formulated. The proposed strategy is then realized by setting a first-order lag after the voltage-dependent current order limiter of each DC system and by controlling the time constant. Moreover, by using the dynamic reactive power peak size, the time consumption for 90% of active power recovery and the whole reactive power demand of multi-infeed DC systems, the recovery performance of the multi-infeed DC system is quantized. Finally, a simulation system with seven-infeed DC receiving end is constructed on PSCAD/EMTDC to verify the effectiveness of the proposed multi-infeed DC coordinated and progressive staggering recovery strategy.

Key words:multi-infeed DC system; staggering recovery; recovery index; evaluation index

收稿日期:2015- 08- 04

*基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51577071)；廣東省自然科學(xué)資金資助項(xiàng)目(2015A030313202)

Foundation items: Supported by National Natural Science Foundation of China(51577071) and the Natural Science Foundation of Guangdong Province(2015A030313202)

作者簡(jiǎn)介:夏成軍(1974-)，男，博士，副教授，主要從事電力系統(tǒng)分析運(yùn)行與控制、HVDC與FACTS研究.E-mail:cjxia@scut.edu.cn

文章編號(hào):1000- 565X(2016)04- 0047- 08

中圖分類號(hào)：TM 732

doi：10.3969/j.issn.1000-565X.2016.04.008