交直流受端电网动态无功需求特性与对策研究

随着“西电东送”和全国联网的全面实施，直流输电已经成为大区域互联和远距离大容量输电的主要形式。南方电网截至2010年已经形成“八交五直”的交直流混合输电网络。由于直流输电系统的正常运行高度依赖换流站交流母线电压水平，因此受端电网的动态无功需求水平和暂态电压支撑能力得到了理论界和工程界的广泛关注。 高压直流输电（HVDC）对受端交流系统的故障极其敏感，逆变站的电压扰动可能造成直流换相失败并引起其无功需求和有功功率的动态变化。HVDC系统正常运行时需要消耗的无功功率约为传输有功功率的40%—60%。暂态过程中这一需求可能短时大幅增加，从而影响电网电压的恢复和负荷的恢复。当HVDC系统逆变侧所接的交流系统较弱时，HVDC和电动机负荷的交互影响问题更加突出。实际运行表明，受端交流电网强度、故障及其恢复过程中交流系统的动态无功特性对HVDC故障恢复特性有显著影响。以往对直流输电换相失败过程的研究往往着眼于其有功功率恢复特性，对故障期间以及故障恢复过程中直流的动态无功特性的缺乏研究。在SVC等动态无功补偿装置的配置和容量选择方面更缺少理论依据。 针对上述问题，本文借助电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC作为仿真工具，以CIGRE HVDC改进模型为研究对象，对高压直流逆变站在不同电压水平下的动态无功需求进行了详细研究，初步建立了高压直流逆变站在换相失败及其恢复过程中的Q-V外特性模型。随后对不同负荷模型，尤其是感应电动机模型在不同参数下的无功外特性与电压的关系进行了仿真研究和数学建模。最后仿真研究了电网中直流与负荷动态无功特性的相互影响，提出了电网动态无功需求测算方法。并对动态无功补偿装置补偿安装地点及补偿容量的不同配置性能进行了初步研究。 项目研究成果对于定量分析交直流大电网动态无功需求，并指导交直流受端电网的动态无功补偿装置的配置提供了理论依据和参考。