特高压交直流电网系统保护及其关键技术郑义

特高压交直流电网系统保护及其关键技术郑义

郑义

(国网河北省电力有限公司检修分公司河北石家庄050000)

摘要：随着社会经济的发展，人们对于电力的需求与依赖程度不断增加，如何提高特高压交直流输电系统的技术经济性是当前相关部门亟待解决的难题。基于此，有关工作人员需要深入研究特高压交直流输电系统的技术经济性。基于此，本文就针对特高压交直流电网系统保护及其关键技术进行具体分析。

关键词：特高压；交直流；电网系统保护；关键技术

引言

随着我国能源和负荷分布不均衡的特点及能源问题等的不断突显，直流电网将在中国有更加广阔的发展前景。随着科技的不断进步，直流电网控制保护技术的不断成熟，特高压直流技术未来将会在我国未来电网建设及能源运输中发挥它不可替代的作用。

1特高压直流输电的技术优势

1.1直流输电的接入不会造成原电力系统的短路容量的增加

特高压直流输电技术能够有效的限制短路电流，传统的交流电输电方式则增加了短路电流的容量，此时就需要同时增加限流装置或更换断路器。而采用直流输电线路连接则可以快速地限制短路电流，使其保持在额定功率附近，而不会产生因互联造成短路容量增加的问题。

1.2不存在稳定性问题

直流输电不会因为静态或暂态稳定性能变差等问题而使得输送容量降低。其输送容量由换流阀电流允许值决定，输送距离也不受两端交流系统同步运行的限制，有利于远距离大容量输电的实施。

1.3有利于电网互联

交流输电系统中各个系统若不保持同步运行，则可能在设备中产生过大的循环电流而造成对设备的损坏或停电事故的发生。而采用特高压直流输电的系统之间则不要求同步运行，互联的系统额定频率也不需要相同，且可以保持各自的频率和压强独立运行，提高交流系统的稳定性。

1.4可实现快速控制和调节

直流输电输送的有功和换流器吸收的无功均可方便快速地控制。高压直流输电系统可以快速地调整有功功率，从而可以对功率流动方向进行改变，并稳定输出，直流的一极发生故障时另一极仍可继续运行，同时还可以采用健全系统对故障系统进行紧急支援。

2构建系统保护分析

传统的安全稳定三道防线体系、控制措施在交流电网发展的各个阶段，为保障电网安全运行发挥重要作用。随着电网结构特性不断变化，传统单一的稳定控制措施、措施量、防御范围和防御技术在一定程度上滞后于特高压交直流大电网运行实践，已难以满足系统安全防御要求。体现在以下３方面。

现有特高压交直流电网故障对安全稳定控制量的需求激增。应对严重故障的稳控系统一般仅针对局部稳定问题设防，控制措施量相对较小、措施类型相对单一。特高压交直流电网单一通道输电容量很大，例如在同送端同受端多直流输电格局下，多回直流换相失败会在数百毫秒内引发上千万千瓦的有功波动，对送受端电网均造成严重冲击，原有基于局部稳控的设防模式不能满足严重故障后对控制措施量的需求。

特高压交直流电网连锁故障问题凸显。特高压电网交直流相互耦合、送受端交互影响增强，需要不断拓展防控措施，应对交直流连锁故障防御要求。不同送端不同受端输电格局和稳定形态复杂，现有安全控制体系下措施组织和协调难度大，需要重构电网安全防御体系。特高压交直流电网同送端不同受端、同受端不同送端多直流送电格局同时存在，使得电网薄弱断面的稳定形态更加复杂，控制措施的需求量大、种类多，防御范围涵盖多频带、多时间尺度、多控制资源，控制网络化特征突出，协调难度大，突破了原有稳控系统局部、分散的配置理念，需要重构新的电网安全综合防御体系。

电力电子特性引发的问题在电网中不断涌现。电力电子设备接入程度较低的传统交流电网中，谐波主要来自大型设备操作和轧钢、冶炼等工业负荷，通常仅短时影响配电网电能质量，对系统稳定不造成影响；新能源、新型负荷、直流输电的大规模发展，使得电力电子特性在电网中不断显现。例如：风电、光伏等新能源通过电力电子变流器大规模并网后，易形成持续次同步谐波注入系统，并激发近区机组轴系扭振，造成火电机组连锁跳闸、直流闭锁等连锁反应。亟须突破故障触发安控的设计理念，将稳定控制从工频问题扩展到更宽频带。

电网的安全防控主要依赖三道防线。在电网发展的不同阶段保障了电网安全稳定运行。然而，随着过渡期电网运行特性深刻变化，传统保障电网安全运行的防控理念或技术与电网运行新特征不相适应，集中体现在以下方面。(１）元件保护和直流控保与系统稳定运行要求不适应。现有的重合闸动作逻辑、失灵保护动作时间难以满足系统稳定运行要求，直流控保侧重于考虑设备本体安全，均需提升对系统安全的适应性。(２）按单一工程、单一目标配置的控制系统间缺乏整体性考虑。例如：现有稳控系统按单一工程配置，一般解决局部稳定问题，单一稳控系统动作，容易成为其他稳控系统动作的触发条件，多个稳控系统存在无序动作风险。(３）控制措施缺乏大范围整合协同。现有控制措施局部部署，难以满足特高压大容量直流换相失败、闭锁等严重故障形态的设防需求，需充分调动各种控制资源并形成合力，提升电网对故障的抵御能力。

3特高压直流输电技术在我国的发展前景

尽管我国地大物博，但在发电能源方面，我国的能源还是比较贫乏的，而且各能源的相对含量大不相同，例如，我国各能源储量不均衡，水和煤炭等资源较丰富，而石油、天然气等资源则相对比较匮乏。发电能源资源和用电负荷的分布也极不均衡，全国约66．5%的可开发水电资源分布于西部，煤炭储量的66．5%分布在晋、陕、蒙三省;而经济发达，用电负荷约占全国的2/3的东南沿海地区，发电能源资源却严重不足。水能资源和煤炭作为我国两大主要发电能源，开发则主要集中在西部，并有逐渐向西部和北部地区转移的态势，这将导致能源产地与能源消费地区之间的距离越来越大，从而使得长距离、大容量输电成为必然，因此特高压直流输电技术则成为我国电力跨区域大规模输送的必然选择。随着特高压直流技术的不断发展，其应用前景将更加广阔。一方面，电网互联可以提高供电的可靠性和经济性，因而其实现是必然选择。但是交流输电联网技术可能产生随电网扩大而短路容量增大、潮流控制困难，事故范围扩大等问题。而采用特高压直流互联则不会存在此类问题，也可同时提高全国电网互联的安全稳定性，因此特高压直流输电联网技术的优势可以在电网互联当中体现出来。另一方面，特高压直流输电的应用范围会进一步拓展。一是负荷迅速的增加，向发达地区的供电容量也在不断地扩大，并且发达地区土地资源较为紧张，城市的供电空间日渐狭窄，供电压力日趋加大。同时人们的环保理念的逐渐增强，也使得高压远距离地下电缆输电逐渐成为了城市供电主体形势。但供电容量的扩大必然会造成电网的短路容量增大，从而导致对供电系统的安全性和稳定性的影响。而采用直流输电技术和直流电缆，则不会产生电容电流，且可以限制短路容量，以提高供电网的稳定性。

结语:特高压交直流混联电网适应于我国能源资源分布情况，需加快以特高压交流为连接纽带，利用特高压直流进行跨地区、长距离传输清洁能源的坚强特高压电网的建设进程。现阶段，我国特高压交直流混联电网已初具规模，电网运行特性持续变化，各种新问题时刻考验着电网承受能力。

参考文献:

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