北极星智能电网在线讯:2018年多直流馈入江苏规划电网连锁换相失败分析
1. 研究背景
近年来随着我国高压直流输电工程的大量建设，电能需求较大的负荷中心很可能有多个直流落点而形成“多直流馈入受端电网”。根据“十三五”规划，2018年江苏电网将形成一个多直流馈入受端电网。多直流馈入系统可以较好的解决电能的长距离传输和电力短缺问题，但多回直流与交流系统的混合大大增加了电网结构的复杂性，直流与直流、交流与直流之间的相互耦合作用很有可能造成连锁故障，扩大故障范围，加重故障后果。
在有多个直流落点的交直流混联电网中，受端交流系统或直流系统发生故障可能导致多回直流连锁换相失败，使得直流电压降低、电流增大、直流传输功率波动，对电网造成一定冲击。连锁换相失败还可能引发更为严重的直流闭锁故障，出现直流功率中断、潮流大范围转移，危及受端电网的电压稳定性、功角稳定性以及频率稳定性。所以有必要对实际多馈入系统进行连锁换相失败分析，对系统采取预防和控制措施。
文中基于2018年江苏规划电网的丰大运行方式，采用中国电力科学研究院开发的PSD-BPA机电暂态程序，针对受端交流系统直流逆变站附近主要500kV交流线路的三相永久性短路故障，考虑交流和直流、多直流之间的相互作用，研究了江苏多直流馈入电网发生连锁换相失败的原因，分析了MIIF和VIF在使用中需要注意的问题，为江苏电网的实际运行提供了相关参考。
2. 江苏电网多直流馈入直流输电系统连锁 换相失败仿真
多直流馈入直流输电系统发生换相失败多为交流系统故障导致直流逆变站换流母线电压降低引起的，目前判断换相失败主要有最小电压降落法与最小熄弧角法2种方法，文中采用最小电压降落法。根据实际工程运行经验，当逆变侧换流母线电压跌落至0.8p.u.以下且变化率超过0.3p.u./s或电压低于0.6p.u.时则判断该直流系统发生换相失败，当故障后电压恢复至0.75p.u.时则判断恢复正常换相。
为分析受端交流系统故障引发直流系统同时或连续连锁换相失败的可能性，对受端各直流逆变站附近的重要500kV交流线路模拟最为严重的母线出口处三相永久性短路故障，故障设置于10周波，并于15周波时切除故障线路。根据2018年江苏规划电网的结构图，以泰州换流站附近交流线路泰州特—南京特于泰州特侧发生故障为例，仿真计算结果如图1所示，其中泰州换1、泰州换2分别表示泰州换流站500kV和1000kV换流母线。
图1 受端交流线路故障后换流母线电压
从仿真结果可见，当泰州换流站附近交流线路泰州特—南京特在泰州特侧发生三相永久性短路故障后政平换流站换流母线电压仍维持在0.8p.u.以上，同里换流站和南京换流站换流母线电压最低分别低至0.756p.u.和0.706p.u.，泰州换流站500kV和1000kV换流母线故障后电压分别低至0.557p.u.和0。政平换流站不会发生连锁换相失败。同里换流站和南京换流站会发生连锁的换相失败，但交流故障切除后电压水平可以快速恢复从而恢复正常换相，换相失败持续时间小于100ms。泰州换流站会发生连锁的连续换相失败，故障持续时间100ms，在故障清除后可以快速恢复。
江苏电网受端直流逆变站附近重要交流线路故障后的换流母线电压仿真计算结果如表1-4所示，其中故障发生在线路首端的母线出口处。
表1 南京换流站附近交流线路故障后换流母线电压
表2 同里换流站附近交流线路故障后换流母线电压
根据表1-4的仿真结果，可得出如下结论：
(1)南京换流站附近交流线路南京换—三汊湾、南京换—安澜、安澜—南京、三汊湾—秋藤发生三相短路后均会导致南京换流站和邻近的泰州换流站短暂的换相失败。
(2)同里换流站附近交流线路同里换—木渎、 同里换—吴江、同里换—车坊、木渎—梅里、木渎— 车坊、吴江—车坊发生三相短路故障后均会导致同里换流站和邻近的政平换流站短暂的换相失败。
(3)政平换流站附近交流线路政平换—宜兴、 政平换—武南、武南—惠泉、宜兴—岷珠发生三相短路故障后均会导致政平换流站和邻近的同里换流站短暂的换相失败。
(4)泰州换流站附近交流线路泰州换1—凤城、泰州换1—双草、泰州换1—旗杰、凤城—仲洋、 双草—大丰发生三相短路故障后会导致泰州换流站短暂的换相失败，旗杰—沭阳发生三相短路故障后会导致泰州和南京换流站短暂的换相失败，南京特—泰州特、苏州特—泰州特、泰州换2—泰州特发生三相短路故障后会导致同里、南京和泰州换流站同时换相失败。
表3 政平换流站附近交流线路故障后换流母线电压
