特高壓電網(wǎng)運(yùn)行與控制研究綜述

馬 坤，葉 鵬,李家玨，韓 月，張 濤

(1.沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

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特高壓電網(wǎng)運(yùn)行與控制研究綜述

馬 坤1，葉 鵬1,李家玨2，韓 月2，張 濤2

(1.沈陽工程學(xué)院電力學(xué)院，遼寧 沈陽 110136；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

隨著特高壓工程的開展和推進(jìn)，大容量特高壓交直流輸電工程不斷增加，給現(xiàn)代電網(wǎng)帶來深刻變化。圍繞特高壓電網(wǎng)運(yùn)行與控制問題，從電網(wǎng)功率控制與優(yōu)化、電網(wǎng)穩(wěn)定性與控制、系統(tǒng)保護(hù)與控制、故障分析等方面綜述和分析了特高壓電網(wǎng)的理論研究動態(tài)和工程應(yīng)用技術(shù)，提出今后的重點(diǎn)研究方向和技術(shù)發(fā)展趨勢，為特高壓電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度、運(yùn)行與控制提供理論和技術(shù)參考。

功率控制與優(yōu)化；輸電能力；最優(yōu)潮流；電磁環(huán)網(wǎng)；無功優(yōu)化；穩(wěn)定與控制；保護(hù)與控制；故障分析

我國能源資源與負(fù)荷中心呈逆向分布，特別是重要的水電、煤電基地距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，大規(guī)模的水能、風(fēng)能和太陽能等清潔能源有待進(jìn)一步開發(fā)。為實(shí)現(xiàn)我國能源資源的優(yōu)化配置，我國有必要發(fā)展特高壓輸電，建設(shè)國家堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)[1-5]。圍繞特高壓輸電，尤其是在交流輸電方面，國際上從19世紀(jì)60年代就開展了大量的研究，前蘇聯(lián)建成工業(yè)實(shí)踐性工程，日本建成實(shí)證試驗(yàn)站，美國、意大利和中國也進(jìn)行了一系列研究，取得了一批重要成果[1]。

隨著特高壓電網(wǎng)的發(fā)展以及輸電通道建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國電網(wǎng)將發(fā)展成為特高壓交直流聯(lián)系緊密，一體化特征不斷加強(qiáng)，運(yùn)行方式多樣的交直流混聯(lián)電網(wǎng)[6-7]。我國電網(wǎng)是世界上唯一同時(shí)運(yùn)行的特高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)，其運(yùn)行方式、動態(tài)特性將更為復(fù)雜，對電網(wǎng)的運(yùn)行與控制提出了新的挑戰(zhàn)。

本文圍繞特高壓電網(wǎng)運(yùn)行與控制問題，從電網(wǎng)功率控制與優(yōu)化、電網(wǎng)穩(wěn)定性與控制、系統(tǒng)保護(hù)與控制、故障分析等方面綜述和分析了特高壓電網(wǎng)的理論研究動態(tài)和工程應(yīng)用技術(shù)，提出今后的重點(diǎn)研究方向和技術(shù)發(fā)展趨勢，為特高壓電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度、運(yùn)行與控制提供理論和技術(shù)參考。

1 特高壓交流電網(wǎng)運(yùn)行與控制

特高壓交流輸電具有輸電容量大、輸送距離遠(yuǎn)、損耗低、節(jié)省輸電走廊等顯著優(yōu)勢，而原有輸電線路越來越接近其安全穩(wěn)定運(yùn)行極限，為保證特高壓電網(wǎng)正常運(yùn)行，有必要對影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素進(jìn)行研究。

1.1 特高壓交流電網(wǎng)功率控制和優(yōu)化

特高壓交流電網(wǎng)大規(guī)模功率轉(zhuǎn)移將會對低一級線路造成突出的過載問題。特高壓互聯(lián)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定與有功平衡，無功的合理分布與電壓的穩(wěn)定有著直接關(guān)系。因此，通過對電網(wǎng)的功率控制和優(yōu)化，使潮流合理分布對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

交流系統(tǒng)的輸電能力是指在保持系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，一定距離的輸電線路具有的最大輸送功率。影響特高壓交流輸電的因素具有多樣性，文獻(xiàn)[8]分析了兩端交流系統(tǒng)對交流輸電系統(tǒng)輸電能力和運(yùn)行特性的影響，提出了兩不同交流系統(tǒng)短路比對輸電能力的影響，短路比越大輸送能力越強(qiáng)。文獻(xiàn)[9]建立了特高壓輸電系統(tǒng)功率傳輸模型，分析了影響輸電能力的因素，提出應(yīng)在中間開關(guān)站加裝SVC、線路串聯(lián)電容補(bǔ)償和線路串聯(lián)補(bǔ)償加可控串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)认冗M(jìn)技術(shù)來提高特高壓系統(tǒng)的輸電能力。

隨著特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)會形成單個或數(shù)個電磁環(huán)網(wǎng)，隨之而來的系統(tǒng)穩(wěn)定性破壞及電壓水平下降等問題將會更加突出。通過對潮流分布和輸電斷面進(jìn)行評估，文獻(xiàn)[10-12]分析了特高壓電磁環(huán)網(wǎng)的解合環(huán)原則、開環(huán)方案及優(yōu)化決策。最優(yōu)潮流問題是特高壓電網(wǎng)運(yùn)行與控制決策中的重要問題，同時(shí)是電網(wǎng)規(guī)劃與穩(wěn)定性分析的重要前提。針對特高壓交流電網(wǎng)的運(yùn)行，文獻(xiàn)[13-14]提出了求解最優(yōu)潮流的新算法，提出了考慮暫態(tài)穩(wěn)定和短期電壓穩(wěn)定的最優(yōu)潮流模型并采用直接多重打靶法和簡約空間內(nèi)點(diǎn)法數(shù)值優(yōu)化算法進(jìn)行求解，文獻(xiàn)[14]提出了免疫遺傳算法與內(nèi)點(diǎn)法相結(jié)合的算法。文獻(xiàn)[15]分析了最優(yōu)潮流在電力系統(tǒng)中的最新應(yīng)用。目前對于最優(yōu)潮流的研究多集中于大規(guī)模高壓/高壓交直流混合電網(wǎng)，雖然所得出的結(jié)論和優(yōu)化算法對特高壓交流電網(wǎng)具有很強(qiáng)的適用性，但是可能存在一些不足。因此，為保證特高壓電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對特高壓交流系統(tǒng)最優(yōu)潮流的研究是很有必要的。

無功補(bǔ)償是維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平的重要手段，如何快速補(bǔ)償電力系統(tǒng)的無功是特高壓電網(wǎng)運(yùn)行中亟待解決的重要問題。大容量遠(yuǎn)距離特高壓交流輸電系統(tǒng)充電功率大，無功電壓控制相對困難，文獻(xiàn)[16-17]研究了基于經(jīng)濟(jì)壓差無功潮流和保證電壓不越限的特高壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)和運(yùn)行方法，提高輸送能力，保證電網(wǎng)的運(yùn)行安全與經(jīng)濟(jì)性。文獻(xiàn)[18]研究了特高壓交流輸電系統(tǒng)的無功平衡及穩(wěn)態(tài)電壓控制問題并針對特高壓示范工程提出了無功補(bǔ)償及電壓控制方案，包括高抗配置方案、低壓無功補(bǔ)償方案、無功投切策略以及穩(wěn)態(tài)過電壓的控制措施。

1.2 特高壓交流電網(wǎng)穩(wěn)定性與控制

隨著特高壓電網(wǎng)的發(fā)展和有功負(fù)荷的增加，電網(wǎng)的開放化和電力市場商業(yè)化使得電力系統(tǒng)越來越接近其安全穩(wěn)定運(yùn)行極限，經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性相互制約，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定分析與控制提出了新的挑戰(zhàn)。

特高壓電網(wǎng)形成初期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)相對薄弱，針對特高壓電網(wǎng)中出現(xiàn)的線路靜態(tài)穩(wěn)定極限偏低和動態(tài)無功補(bǔ)償不足問題，文獻(xiàn)[19]提出采用可控電抗器和新建變電站等提高電網(wǎng)穩(wěn)定性的措施。特高壓環(huán)狀電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成后，功角穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定，短路電流和運(yùn)行靈活性等方面發(fā)生劇烈變化。文獻(xiàn)[20]分析了特高壓電網(wǎng)改變情況和變化趨勢，并從提高安全穩(wěn)定性角度提出了網(wǎng)架發(fā)展規(guī)劃建議。除建立合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，安排合理的運(yùn)行方式外，為保證特高壓變電站接入系統(tǒng)后電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，特高壓電網(wǎng)必須配備合理的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)[21]深入研究了福州1 000 kV特高壓變電站建成后對福建電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響，提出了具體的安全穩(wěn)定控制措施和安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)配置方案。負(fù)荷模型及其參數(shù)的選擇對特高壓線路故障后系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析具有重要影響，文獻(xiàn)[22]研究了按照規(guī)劃特高壓線路接入后負(fù)荷模型對地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性分析的影響，并且為負(fù)荷模型的選擇提出了相關(guān)的建議。

1.3 特高壓交流電網(wǎng)保護(hù)與控制

保護(hù)系統(tǒng)作為維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要防線，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。特高壓電網(wǎng)的保護(hù)不同于傳統(tǒng)保護(hù)，為保證特高壓電網(wǎng)接入系統(tǒng)后安全穩(wěn)定運(yùn)行，除了合理的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式外，還必須配置合理的保護(hù)裝置和控制系統(tǒng)。與超高壓輸電線路相比，特高壓電網(wǎng)接入系統(tǒng)后，輸電線路參數(shù)發(fā)生較大變化，其輸電系統(tǒng)對保護(hù)的影響主要是由分布電容引起的，因此對1 000 kV特高壓交流輸電線路的保護(hù)與控制提出了更高的要求。

1 000 kV輸電線路阻抗角、故障電流衰減時(shí)間、分布電容、振蕩等對保護(hù)帶來重要影響，文獻(xiàn)[23]重點(diǎn)分析了特高壓系統(tǒng)保護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)、保護(hù)功能及配置問題，指出特高壓系統(tǒng)暫態(tài)過程對特高壓輸電線路保護(hù)的影響是主要研究的問題。文獻(xiàn)[24]根據(jù)特高壓系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，結(jié)合我國電網(wǎng)繼電保護(hù)配置的具體情況，提出我國特高壓系統(tǒng)保護(hù)的局域網(wǎng)設(shè)想和配置方案。文獻(xiàn)[25]充分考慮特高壓電網(wǎng)的特點(diǎn)，給出了特高壓線路分布參數(shù)模型，介紹了特高壓縱聯(lián)保護(hù)、距離保護(hù)、基于暫態(tài)量的保護(hù)等特高壓線路保護(hù)的研究成果以及國內(nèi)特高壓主設(shè)備保護(hù)技術(shù)方面的進(jìn)展。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展以及新型電子式互感器的研究及應(yīng)用，特高壓系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)的研究有待進(jìn)一步發(fā)展。

2 特高壓直流電網(wǎng)運(yùn)行與控制

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源結(jié)構(gòu)和利用模式發(fā)生重大變化，環(huán)境問題不斷惡化，大規(guī)?？稍偕茉吹膽?yīng)用成為必然選擇。考慮到風(fēng)電、光伏發(fā)電間歇性和不穩(wěn)定性的特點(diǎn)，部分地區(qū)“棄風(fēng)棄光”問題嚴(yán)重，使得大規(guī)模可再生能源并未得到有效利用。特高壓直流輸電具有輸送容量大、輸送距離遠(yuǎn)、中間無落點(diǎn)、無電壓支撐等特點(diǎn)。因此，建設(shè)特高壓直流輸電網(wǎng)架是解決新能源并網(wǎng)問題的主要技術(shù)方式之一。特高壓直流電網(wǎng)控制可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率靈活調(diào)度，保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。隨著特高壓直流輸電系統(tǒng)的建成投運(yùn)和新型電力電子器件的大規(guī)模應(yīng)用，無疑給電力系統(tǒng)的運(yùn)行與控制帶來新的難題。

2.1 特高壓直流電網(wǎng)功率控制與優(yōu)化

與交流輸電相比，直流輸電最大的優(yōu)勢是具有復(fù)雜靈活的控制系統(tǒng)，可通過快速、精確調(diào)節(jié)電流和功率來滿足整個交直流系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的要求。

高壓直流輸電系統(tǒng)的功率輸送能力主要由所聯(lián)交流系統(tǒng)決定，隨著特高壓直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，多饋入直流系統(tǒng)的相互作用使得系統(tǒng)的功率平衡與控制更為復(fù)雜。文獻(xiàn)[26]研究了直流系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化后，直流間耦合程度以及多饋入短路比的大小對系統(tǒng)輸送能力和最大直流功率的影響。未來我國電網(wǎng)將會形成含特高壓直流輸電系統(tǒng)的多饋入直流輸電系統(tǒng)，各直流間復(fù)雜的相互作用對多饋入特高壓直流輸電系統(tǒng)功率輸送能力具有重要影響，因此，對含特高壓直流的多饋入直流系統(tǒng)的功率穩(wěn)定與控制需要進(jìn)一步研究。為減少特高壓直流系統(tǒng)故障后送端切機(jī)數(shù)量和避免向交流通道大規(guī)模功率轉(zhuǎn)移。文獻(xiàn)[27]提出了利用特高壓直流系統(tǒng)暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)過負(fù)荷能力相結(jié)合的協(xié)調(diào)功率控制策略。針對錦屏特高壓直流閉鎖故障，文獻(xiàn)[28]提出了緊急功率支援協(xié)調(diào)控制策略以及后備安控措施以避免協(xié)調(diào)控制措施失效導(dǎo)致第三道防線動作。鑒于功率控制體系和控制策略的設(shè)計(jì)是特高壓直流電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)行和發(fā)展的基礎(chǔ)，文獻(xiàn)[29]利用高壓直流和交流電網(wǎng)成熟的控制設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)手段，提出了直流電網(wǎng)分層控制體系方案，為未來在特高壓直流電網(wǎng)中構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的控制體系和控制策略提供了參考。

特高壓直流換流站無功功率平衡與控制是研究特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。文獻(xiàn)[30-31]研究了換流站無功補(bǔ)償裝置的合理配置與補(bǔ)償方案選擇。特高壓直流輸電接入系統(tǒng)，換流站運(yùn)行需要消耗大量的無功功率，文獻(xiàn)[32-33]從換流站無功消耗、交流系統(tǒng)無功交換能力、濾波器的投切控制等方面研究了特高壓直流輸電系統(tǒng)無功補(bǔ)償及其控制策略，提出了基于交直流系統(tǒng)最大交換無功限制的濾波器投切控制方法和在換流母線上通過無功攝動計(jì)算靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標(biāo)。

2.2 特高壓直流電網(wǎng)系統(tǒng)控制

特高壓直流電網(wǎng)采用雙12脈動換流閥串/并聯(lián)的接線方式，其換流閥的結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，為滿足特高壓直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，需對系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行深入研究。

控制系統(tǒng)是整個特高壓直流系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)主要設(shè)備的監(jiān)視和控制。文獻(xiàn)[34]針對特高壓直流控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，分析了站控系統(tǒng)、極控系統(tǒng)、組控系統(tǒng)等各項(xiàng)功能的工作原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)方式等多方面內(nèi)容，并詳細(xì)闡述了特高壓直流控制系統(tǒng)的功能。基于特高壓直流工程不平衡運(yùn)行的工程實(shí)踐，文獻(xiàn)[35]提出了基于電壓調(diào)節(jié)和直流電流測量誤差補(bǔ)償相結(jié)合的控制策略。特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)可有效解決多饋入直流落點(diǎn)負(fù)荷中心帶來的重大問題，文獻(xiàn)[36-37]研究了特高壓直流分層接入交流電網(wǎng)方式下的直流控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),文獻(xiàn)[36]指出分層接入的逆變站直流電流、電壓及熄弧角控制器應(yīng)該配置在閥組層并且在串聯(lián)雙閥組的中間配置直流電壓測點(diǎn)，交流濾波器需獨(dú)立配置。文獻(xiàn)[37]針對受端兩串聯(lián)閥組接入不同交流電網(wǎng)引起的電壓不平衡問題，提出了利用受端串聯(lián)閥組中間電壓測點(diǎn)的雙閥組電壓平衡控制策略，并給出了與分層結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的直流控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)和功能配置。

2.3 特高壓直流電網(wǎng)穩(wěn)定與控制

隨著特高壓直流接入系統(tǒng)，直流系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，其穩(wěn)定性機(jī)理以及改進(jìn)控制策略的分析備受關(guān)注。

文獻(xiàn)[38]重點(diǎn)評述了非線性變結(jié)構(gòu)控制、非線性自適應(yīng)控制、非線性魯棒控制等控制理論在HVDC控制系統(tǒng)中的應(yīng)用和多饋入直流系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，其分析方法和控制策略對特高壓直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與控制具有重要的指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)[39]深入分析了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的基本結(jié)構(gòu)和原理，針對其中的不足之處提出了應(yīng)用pi-sigma模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)附加控制來提高特高壓直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。文獻(xiàn)[40]分析了多回直流輸電系統(tǒng)中直流線路故障、直流功率提升和切機(jī)措施下系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。大容量特高壓直流功率饋入受端電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題一直是研究的熱點(diǎn)。文獻(xiàn)[41-44]分析了特高壓直流接入對地區(qū)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響，包括單重和多重故障、外受電比例、系統(tǒng)強(qiáng)度變化、大擾動、動態(tài)電壓穩(wěn)定等方面。

3 特高壓交直流電網(wǎng)運(yùn)行與控制

隨著特高壓工程的開展和推進(jìn)，全國將形成具有多直流饋入的大規(guī)模電網(wǎng)，運(yùn)行特性及其動態(tài)特性分析極具復(fù)雜性，深入研究交直流互聯(lián)電網(wǎng)的相互作用機(jī)理、功率穩(wěn)定與控制、故障分析、仿真分析以及協(xié)調(diào)控制等問題，切實(shí)提高特高壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力是一項(xiàng)急需解決的戰(zhàn)略性問題。

3.1 特高壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)功率穩(wěn)定與控制

特高壓直流系統(tǒng)輸送功率和受電能力受所聯(lián)交流系統(tǒng)強(qiáng)度的限制，特高壓直流利用特高壓交流分配功率，直流故障后導(dǎo)致大規(guī)模潮流轉(zhuǎn)移，都將對特高壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，因此，受電能力的研究越來越成為電網(wǎng)調(diào)度部門關(guān)注的問題。

我國特高壓直流接入方式可能會影響功率的分配轉(zhuǎn)移，并且會對系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。文獻(xiàn)[45]引入直流權(quán)重因子結(jié)合網(wǎng)絡(luò)損耗建立了特高壓直流分層接入方式下直流落點(diǎn)穩(wěn)定性指標(biāo)和特高壓直流落點(diǎn)選擇的目標(biāo)函數(shù)，有效解決了特高壓直流分層接入方式下落點(diǎn)選擇問題，為特高壓直流輸電功率大規(guī)模轉(zhuǎn)移和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有效技術(shù)手段。文獻(xiàn)[46]從特高壓直流的落點(diǎn)、交流網(wǎng)架和動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)奈恢玫确矫嫜芯苛耸芏穗娋W(wǎng)的直流接入能力，提出了直流落點(diǎn)優(yōu)化、動態(tài)無功補(bǔ)償優(yōu)化及網(wǎng)架優(yōu)化方法，建立了可用于實(shí)際電網(wǎng)規(guī)劃的受端電網(wǎng)整體分析方法和流程。文獻(xiàn)[47]基于±1 100 kV特高壓直流分層接入受端多個交流系統(tǒng)，在換流站逆變側(cè)采用換流器附加功率-電壓控制，通過控制換流器觸發(fā)角實(shí)現(xiàn)對輸送功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)，同時(shí)提出了最優(yōu)功率比的概念以減少換流器在緊急功率控制過程中發(fā)生換相失敗的可能，從而發(fā)揮分層接入方式下潮流分布可控的優(yōu)勢。

3.2 特高壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)故障與控制

隨著多直流饋入受端電網(wǎng)，特高壓交直流線路間呈現(xiàn)耦合緊密、動態(tài)特性復(fù)雜等特征。當(dāng)特高壓直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可能出現(xiàn)功率傳輸突然阻斷及潮流大規(guī)模轉(zhuǎn)移；特高壓交流系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，可能引起特高壓直流換相失敗以及相繼換相失敗。因此，研究故障后的特高壓交直流相互作用機(jī)理及相應(yīng)的控制保護(hù)措施對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

特高壓交直流系統(tǒng)故障分析是進(jìn)行系統(tǒng)分析和制定控制保護(hù)策略的重要前提。特高壓交直流系統(tǒng)間耦合緊密，聯(lián)鎖反應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)度高，面臨多重工程技術(shù)問題，文獻(xiàn)[48]結(jié)合高壓直流的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及控制保護(hù)情況研究了交直流輸電的典型故障及其保護(hù)問題，包括換流設(shè)備故障、交直流系統(tǒng)故障等方面，對系統(tǒng)內(nèi)的故障起到了科學(xué)預(yù)測、合理規(guī)避的效果，為特高壓交直流系統(tǒng)的故障與保護(hù)提供了技術(shù)支撐。換相失敗故障是特高壓直流輸電系統(tǒng)中最常見的故障[49]，若控制不當(dāng)還會引發(fā)相繼換相失敗，最終導(dǎo)致特高壓直流閉鎖故障。文獻(xiàn)[50]通過討論特高壓直流換相失敗機(jī)理、交流系統(tǒng)故障引起的換相失敗，仿真分析了與換相失敗相關(guān)的控制保護(hù)策略和對受端系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響。文獻(xiàn)[51]通過理論公式推導(dǎo)了交流故障特征量對特高壓直流換相過程的影響，通過仿真分析尋找特高壓交流故障引起特高壓直流換相失敗的規(guī)律，從相繼換相失敗和交流故障引起換相失敗兩方面對含云廣特高壓直流的多饋入受端電網(wǎng)的復(fù)雜性和特殊性進(jìn)行了研究。對于特高壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)故障分析，國內(nèi)外專家學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，其中一些工程技術(shù)問題已經(jīng)得到很好的解決。通過采取相應(yīng)的控制措施及其控制參數(shù)優(yōu)化方法以減少故障以及換相失敗的發(fā)生是值得關(guān)注的課題。

4 展望

本文圍繞特高壓電網(wǎng)運(yùn)行與控制問題，從電網(wǎng)功率控制與優(yōu)化、電網(wǎng)穩(wěn)定性與控制、系統(tǒng)保護(hù)與控制、故障分析與控制等方面詳細(xì)分析了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，并指出了今后的重點(diǎn)研究方向和趨勢，為電力系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、運(yùn)行與控制優(yōu)化提供了理論研究基礎(chǔ)和技術(shù)層面支持。

在總結(jié)國內(nèi)特高壓工程研究以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我國在特高壓工程建設(shè)、設(shè)備制造、運(yùn)行實(shí)踐上取得了大量的研究成果，但是在態(tài)勢感知、有效分析、科學(xué)預(yù)測、合理規(guī)避等方面未得到有效解決，為此仍有大量的工作要做，尤其值得關(guān)注的問題有以下幾個方面。

a.大規(guī)模特高壓交直流互聯(lián)給系統(tǒng)特性帶來深刻變化，特高壓交直流電網(wǎng)的動態(tài)特性更加復(fù)雜。特高壓交直流電網(wǎng)間的相互作用特性以及與下一等級電網(wǎng)間的相互作用特性有待進(jìn)一步研究。

b.含特高壓直流的多回直流饋入受端電網(wǎng)的交直流功率相互支援，直流調(diào)制，直流緊急功率控制以及交直流協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)方法以及多目標(biāo)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制方法有待進(jìn)一步研究，為現(xiàn)有電網(wǎng)控制與保護(hù)技術(shù)提供良好補(bǔ)充。

c.特高壓交直流電網(wǎng)發(fā)生多重復(fù)雜故障時(shí)，為滿足系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方式和故障后系統(tǒng)頻率的快速恢復(fù)，特高壓交直流電網(wǎng)的低頻減載控制策略以及方案優(yōu)化設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步研究。

d.針對含特高壓直流的特高壓交直流復(fù)雜電網(wǎng)，在交直流互濟(jì)過程中的無功優(yōu)化與無功配置的問題上需進(jìn)行深入研究，并提出合理的優(yōu)化控制策略和手段。

e.大規(guī)模交直流互聯(lián)給電力系統(tǒng)運(yùn)行特性帶來深刻變化，對電力系統(tǒng)的仿真提出了更高的要求。利用全新的仿真技術(shù)，結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際，建立大規(guī)模特高壓交直流互聯(lián)系統(tǒng)機(jī)電-電磁暫態(tài)仿真平臺，準(zhǔn)確把握交直流互聯(lián)系統(tǒng)機(jī)理以及系統(tǒng)運(yùn)行特性，跟蹤特高壓交直流工程建設(shè)進(jìn)度以及新的設(shè)備和技術(shù)的應(yīng)用，在提高建模精度、擴(kuò)大仿真規(guī)模、提高仿真效率等方面需進(jìn)一步研究。

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Research on Operating and Control of the UHV Power Grid

MA Kun1,YE Peng1,LI Jiajue2,HAN Yue2,ZHANG Tao2

(1.Shenyang College of Engineering,Institute of Electric Power，Shenyang，Liaoning 110136,China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

With the development of UHV projects, the large capacity of UHVAC and UHVDC transmission projects have been increasing continuously.It has brought profound changes to modern power grid. Focusing on issues of control and operation in UHV power grid, the trends of theoretical research and the technology of engineering application of UHV power grid are summarized.It includes aspects of power flow control and optimization, the stability and control of the power grid, system protection and control, fault analysis and so on. The key points of research direction and the trends of technology development are put forward to provide theoretical and technical reference for the planning, dispatching, operation and control of the UHV power grid.

power flow control and optimization; transfer capability; optimal power flow; the electro-magnetic ring; reactive power flow optimization; stability and control; protection and control; fault analysis

國網(wǎng)遼寧省電力有限公司科信技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目(LNDL2016-01FPT-GC-KX(GK)-JSFW)

TM732

A

1004-7913(2017)06-0054-06

馬 坤(1989),男,碩士,研究方向?yàn)樘馗邏航恢绷鬏旊娤到y(tǒng)運(yùn)行與控制。

2017-03-20)