表4 泰州换流站附近交流线路故障后换流母线电压
此外,与泰州特—南京特三相短路后相同,上述由交流系统故障引起的直流系统连锁换相失败在交流故障清除后均可以快速恢复正常换相,换相失败持续时间不超过故障持续时间100ms。根据目前实际运行中直流保护的配置,当检测到由外部交流故障引起的换相失败时,保护延迟300ms动作将直流闭锁,防止持续的换相失败对逆变器造成损伤,因此对于2018年江苏规划电网,受端交流线路故障只会引起直流系统短暂的换相失败,不会导致更为严重的直流闭锁。
3. 江苏电网连锁换相失败原因分析
在含有直流落点的交直流混联系统中,直流换相失败是较为常见的故障之一,对于只含有1个直流落点的单馈入直流系统,受端系统发生交流故障导致换流母线电压降低时,换流阀在退出换相时不能及时恢复正向阻断能力从而导致直流换相失败。诱发换相失败的主要因素有受端交流系统的强度、故障位置、故障严重程度、换流母线处无功支撑强度等;而对于含有多个直流落点的多馈入直流系统,交流故障引发连锁换相失败的机理更为复杂,与单馈入系统相比多回直流落点之间的距离、相互之间的耦合关系都对是否会发生连锁换相失败有着不同程度的影响。
对于多馈入直流系统,目前主要采用MIIF指标来分析交直流系统的运行特性和相互影响关系,影响多直流连锁换相失败的主要因素在于多条直流之间的耦合关系,因此可用MIIF分析连锁换相的原因。MIIF指在换流母线i投入对称三相电抗器使该母线电压下降1%时换流母线j的电压降与其比值,该指标计算相对复杂。将换流母线电压降落等效为节点注入电流的变化,利用节点阻抗矩阵可以实现指标的解析计算,并将MIIF推广至任一交流节点,提出了VIF,计算公式如下:
利用上式对馈入江苏电网的各直流的fMIIFji进行计算,以分析江苏电网的连锁换相失败,计算结果如表5所示。
表5 江苏电网各直流fMIIFji
结果显示馈入江苏电网的4回直流各换流母线间共20个fMIIF ,仅有8个超过0.1,6个超过0.15,可见江苏电网的某一回直流在换流母线处的电压波动对其余直流换流母线电压的影响较小,四回直流间的相互联系程度总体上较弱。
根据江苏电网实际的故障仿真结果,对于fMIIFji>0.15的直流换流母线,当在换流母线处发生三相短路,电压短时降为0后均会使相应的另一换流母线电压大幅下降从而导致连锁的换相失败。南京换对泰州换1的fMIIFji为0.149,接近0.15,因此当南京换流站换流母线处发生三相短路,电压降为0后也会使泰州换1换流母线电压有较大跌落而导致连锁换相失败。泰州换2换流母线对同里换换流母线fMIIFji仅为0.077,但两回直流的传输功率相差较大,该fMIIFji并不能很好辨别两回直流间的联系,实际当泰州换2换流母线电压降为0后也会导致同里换流站短时的换相失败。
综合以上分析,2018年江苏规划电网在直流逆变站换流母线处发生三相短路导致连锁换相失败的主要原因是部分换流母线间的fMIIFji较大,不能将其当做单馈入直流处理,直流之间存在较大的相互作用,当某一换流母线处发生三相短路故障时电压会瞬时下降为0,使得本直流发生换相失败,又因电压跌落幅度非常大,从而也会使相应的另一换流母线电压有较大跌落,进而引发连锁换相失败。
4. 结论
文中基于2018年多直流馈入江苏规划电网的丰大运行方式,针对直流逆变站近区500kV交流线路故障,对江苏电网连锁换相失败进行了仿真分析,研究结果表明:
(1)馈入江苏电网的四回直流中,同里换流站与政平换流站、泰州换流站的500kV换流母线与1000kV换流母线、泰州换流站1000kV换流母线与南京换流站两两之间相互联系较为紧密,换流母线电压交互作用较强,当在其中一回直流逆变站换流母线处发生三相短路故障后会导致本回直流以及相应的另一回直流发生连锁的换相失败。
(2)泰州特—南京特、泰州特—苏州特是2018年江苏规划电网非常重要的交流通道,当其发生三相短路故障时会导致三回直流同时连锁换相失败,对电网造较大冲击,因此在实际运行调度中应给予足够的重视。
(3)由于江苏电网的无功支撑能力很强,在交流故障清除后直流即可恢复正常换相,换相失败持续时间很短,对系统运行造成的影响很小,因此2018年江苏规划电网可以保持现有的架构。
(4)直流逆变站相邻交流母线处发生三相短路故障后会导致本回直流以及与其联系紧密的另一 回直流连锁换相失败,同时由于直流逆变站相邻交流母线距离远方直流电气距离更近,交互作用更强,所以会导致比在换流母线处发生三相短路后更多的直流连锁换相失败。
(5)当采用由节点阻抗矩阵快速计算的fMIIFji值分析多回直流之间的相互联系时,若fMIIFji>0.15则可认为两回直流存在较强交互作用,存在连锁换相失败风险;若fMIIFji<0.15且两回直流传输功率相差较小时可认为两回直流之间没有相互联系,不会发生连锁换相失败。(周前 张潮 张宁宇 等)