北极星智能电网在线讯:摘要：在电网“强直弱交”新形势下，直流送受端交流系统之间的相互影响逐渐突显， 需要开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。 文章推导了三机系统的转子运动方程， 根据 2 个稳定模式固有的周期比例关系实现了解耦， 采用等面积法则分析了多回直流换相失败后的送端三机群系统稳定机理，并分析了机组转动惯量、换相失败形式、 换相失败范围等关键因素对送端三机群系统基金项目：国家电网公司科技项目(特高压电网输电断面间耦合机理及直流送端暂态稳定评价指标研究)。
稳定性的影响，最后采用三机等值系统算例和“三华”实际系统算例进行了验证。研究表明，送端三机群系统 2 个稳定模式之间的耦合作用将使得系统的稳定性变差。文中研究将直流功率扰动后送端两机系统的稳定机理扩展到三机系统，可以为电网实际运行提供依据和参考。
关键词：多回直流换相失败;送端三机群系统;稳定模式;稳定机理;影响因素
0 引言
截至 2015 年底，华中电网共有复奉、锦苏、宾金 3 回±800 kV 特高压直流和 4 回三峡±500 kV 超高压直流送电华东电网，总功率达到 31760 MW[1]。根据电网规划， 2016—2017 年还将投运灵绍、 酒湖、晋南、锡泰、上山、扎青等多回特高压直流[2-3]。随着特高压直流的不断投运，我国电网“强直弱交”的特性不断增强，大规模直流送受端交流系统之间的耦合作用和相互影响逐渐突显。在此电网新形势下，直流在以往“强交弱直”时期具有的“隔离故障”优势已经逐渐消失，送受端异步互联电网反而以直流作为媒介，通过故障后的直流功率响应实现故障传递[4]。
受端故障引发的多回直流换相失败导致送端系统稳定破坏是直流送受端交流系统之间故障传递的一个典型案例。目前，已有一些文献对此问题开展了机理研究[5-6]，主要分为 2 种方法：文献[5]采用等面积法则分析了直流换相失败引发送端系统稳定破坏的机理和影响因素，这种方法可以从物理本质上更好地分析稳定机理，但难于实现复杂系统的定量计算。文献[6]以二阶线性系统冲击响应模型为基础，研究了直流换相失败引起的送端联络线684 屠竞哲等：多回直流换相失败后送端三机群系统稳定机理及影响因素研究功率波动峰值的计算方法和影响因素，这种方法易于定量计算，但无法诠释稳定本质且不适用于存在非线性特征的联络线高功率情况。
上述研究多回直流换相失败对送端系统稳定性影响的文献均假设送端系统只存在 2 个机群，但实际送端系统更为复杂，以“三华”交直流互联系统为例，送端华北—华中同步电网存在明显的 3 个机群，需要将相关研究扩展到更符合实际的三机群系统。对于三机群交流系统的稳定问题，国内学者采用不同的方法已经开展了一些研究[7-13]，但均是针对交流短路故障对特高压联络线的冲击，也需要将相关研究扩展到多回直流换相失败等常见的直流扰动冲击。
因此，为了填补这 2 方面研究结合点的空白，需要进一步开展多回直流换相失败后送端三机群交流系统的稳定机理和影响因素研究。本文选择从物理本质上分析稳定机理，在文献[5]的基础上，将送端两机系统扩展到三机系统。首先搭建了三机交直流等值系统，推导了三机系统的转子运动方程。然后根据送端系统 2 个稳定模式固有的周期比例关系近似实现了稳定模式之间相互影响的解耦，进而采用等面积法则分析了多回直流换相失败后送端系统 2 个稳定模式的稳定机理。在此基础上，进一步分析了机组转动惯量、换相失败形式、换相失败范围等关键因素对 2 个稳定模式稳定性以及整个系统稳定性的影响。最后，采用三机交直流等值系统算例和实际的“三华”交直流互联系统算例进行了验证。
1 送端三机交直流等值系统
1.1 实际系统
“三华”交直流互联系统结构如图 1 所示。在大区电网之间，华中电网通过四川 3 回±800 kV特高压直流(复奉、锦苏、宾金直流)和三峡 4 回±500 kV 超高压直流(葛南、龙政、宜华、林枫直流)向华东电网送电，华北电网与华中电网通过 1 回1000 kV 特高压交流(长南线)互联;在华中电网内部，川渝电网与华中东四省电网通过 4 回 500 kV交流(渝鄂断面)互联。
图 1 “三华”交直流联系统结构
根据大电网运行特性和仿真经验，送端华北—华中同步电网包含川渝、华中东四省、华北 3 个同调机群[8,10,12]，由图 1 可见，川渝机群、华中东四省机群、华北机群构成了一个串联的送端三机群交流系统，联接川渝机群和华中东四省机群的渝鄂断面以及联接华中东四省机群和华北机群的长南线均为华北—华中同步电网的弱互联薄弱断面。
1.2 等值系统
为了从机理上分析受端故障引起的多回直流换相失败对送端三机群交流系统的影响，需要将送端华北—华中同步电网简化为一个三机交直流等值系统，系统接线图见图 2。
图 2 三机交直流等值系统接线图
