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摘要：我国能源资源与负荷需求呈现逆向分布的特点。为了将风、光资源富集地区的清洁电力跨区输送至负荷中心，需要建设大容量、远距离的交直流输电工程。随着国家“西电东送”战略的持续深入推进，目前我国已形成以长三角、珠三角地区为代表的典型交直流混联受端电网。同时，随着受端电网负荷规模日益扩大，其电压稳定问题逐渐突出，需要从规划角度全面评估电网电压稳定特性并采取相应措施。近年来，随着电力电子技术的快速发展，以静止无功补偿器、静止同步补偿器、可控高抗等为代表的动态无功补偿设备得到了快速发展，并在我国电网得到广泛应用。

关键词：新能源汇集系统;低电压穿越;暂态过电压;短路比

引言

近年来，由于风电并网规模的不断扩大风电在配电网中的渗透率正逐渐增加，这对电网的暂态电压稳定性提出了新的挑战。目前，用于评估配电网暂态电压稳定性的指标缺乏工程理论与实践的统一标准，针对DG（distributed generation）接入的配电网暂态电压特性提出了暂态响应恢复率和相对电压提升率这两个指标来衡量故障后母线电压的恢复速率和分布式电源对母线暂态电压的提升水平。利用系统平均均方根值变化频率指标，通过在监测期内统计各用户特定有效值变化测量事件的平均次数来反映配电网各节点电压暂降的情况。在含有多感应电动机负荷的配单网中基于感应电动机的T-s特性，用故障极限切除时间来衡量电网的暂态电压稳定性。

1暂态电压稳定

对于交直流混联受端电网，感应电动机负荷、直流系统在暂态过程中无功需求大大增加，若无法提供动态无功支撑，则存在电压失稳甚至电压崩溃的风险。因此，受端系统的受电能力往往受制于暂态电压稳定，而非静态电压稳定。对于受端系统暂态电压稳定问题，分别从电源支撑、网架结构、直流及负荷无功特性3个角度分析其原因：1）电源支撑：城市电网受制于环境治理、征地困难导致负荷中心电源支撑“空心化”，故障过程中所需动态无功需远距离输送，无功传输困难导致电压稳定问题加剧。2）网架结构：交直流并列运行系统中直流闭锁后大功率冲击交流通道，导致交流通道无功损耗迅速增加并失去电压支撑能力。3）直流、负荷无功特性：故障低电压过程中感应电动机、常规直流均需从系统吸收大量无功功率，导致电动机滑差急剧增大甚至堵转、直流连续换相失败甚至闭锁，系统最终失去稳定运行点。其本质上均是由于暂态过程中系统的动态无功需求无法满足，导致电压降低-无功需求增大-电压进一步降低的恶性循环。因此，动态无功补偿设备如能在暂态过程中提供支撑，将有利于系统电压的恢复，为故障切除“赢得”时间。

2无功电流对短路低电压的影响

新能源电站500 kV送出线路可能为双回线。某回500 kV出现三相故障后，应断开故障线，且非故障线正常运行，此时新能源电站应具备一定的故障穿越能力。在35 kV出线0 km，220 kV出线0 km的情况下，计算500 kV出线三相故障。新能源输出电流与机端电压的关系，如图1所示。500 kV线路三相短路故障期间，若新能源发出无功电流 >0.88（p.u.），则在电压达到稳态时可使得机端电压 >0.2（p.u.）。若按照GB/T19963征求意见稿计算新能源低电压穿越期间无功电流公式：Iqwt=（0.8−Uwt）Kiqwt，应保证Kiqwt>1.47，其中Kiqwt为风电机组动态无功电流比例系数。需说明，在假设有功电流为零的前提下，给出的无功电流原则可能偏激进，但考虑到新能源汇集地区出线短路过程中，送出系统中电阻大小有限，有功对电压的影响较小，且电压深度跌落过程中，系统中除了新能源机组外还存在其他比如动态无功补偿装置的无功源存在。在假设有功电流为零的前提下给出的无功电流推荐范围对工程应存在一定指导意义。

3直流闭锁送端电网暂态电压的定量计算

方法及影响因素分析目前直流闭锁暂态电压计算方法主要包括时域仿真方法和直接计算方法。基于时域仿真法构建详细的电力系统数学模型，求取直流闭锁送端母线随时间变化的电压曲线，该方法虽然估算精度高，但是由于大规模数值积分导致计算量大、计算速度慢。针对时域仿真法的不足，提出速度更快的直接计算法，利用闭锁瞬间不会突变的交流系统等值电势来定量计算暂态电压，但它们仅考虑了换流站内配置滤波电容器的情况，无法适用于换流站内同时配置调相机的情况。

3.1风机接入方式对暂态电压稳定性的影响

风机的接入方式会对暂态电压稳定性造成影响，现按照如下工况将双馈风机接入系统进行仿真分析。工况1：1台风机经母线32接入电网;工况2：2台风机分别经母线32、母线21接入电网;工况3：3台风机分别经母线32、母线21、母线17接入电网。三种工况对应的风电总渗透率均为60%，且各工况下每台风机出力相等。0.1s时，分别在母线8处设置AB两相接地短路故障、ABC三相短路故障，5个周波后故障清除，此时M=2，1d=0.8，2d=0.2。

3.2动态无功规划方案

以1台300Mvar新一代调相机为例，接入电网后会向500kV系统贡献短路电流贡献约1.0～1.2kA[4广东珠三角地区短路电流水平整体较高，如采用同步调相机，会进一步恶化该地区短路电流问题。对于SVC，其占地面积大，低电压过程中无功呈平方倍下降，同容量情况下无功输出能力弱于STATCOM。因此，在计算时仅考虑STATCOM方案。考虑装备制造水平和深圳地区变电站站内安装位置，仿真时STATCOM基准容量、单站最大补偿容量分别选取为50Mvar、300Mvar。安装点选取范围为500kV变电站的220kV母线及220kV变电站的110kV母线，经专用变压器升压并网。通过故障扫描计算得到电压稳定效益指标F较高的节点分别为PP，CY，RX，PA，DF。

结束语

针对受端系统的仿真算例及其仿真结果的分析表明，本文提出的受端系统暂态能量电压稳定控制模型，在无功控制精度和实时控制的时效性方面均具有较好的控制效果。本文根据无功与电压稳定性关系提出了基于无功裕度的主动学习方法，通过为机器学习模型建立数据集，进行高效的数据学习预测，可获得精确的预测结果。

参考文献

[1]赵坤，张勇，孙增平，李旷，魏斌，张建.基于超级电容储能的暂态电压主动防御装置在解决化工企业晃电中的应用[J].电力电容器与无功补偿，2020，41（06）：96-101.