交直流輸電并聯(lián)運(yùn)行增設(shè)直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路

交直流并聯(lián)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，總是在先有交流輸電線聯(lián)網(wǎng)的情況下，后加直流輸電線而形成的。先有直流后有交流的例子很少。當(dāng)兩個(gè)相距甚遠(yuǎn)的電力系統(tǒng)間已有交流輸電聯(lián)網(wǎng)而又需要增加聯(lián)網(wǎng)的輸電容量時(shí)，面臨著增設(shè)同樣的交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路，還是增加直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的抉擇問(wèn)題。增設(shè)交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路有三個(gè)問(wèn)題需要考慮:

①若起點(diǎn)、落點(diǎn)均與原輸電線不同，則存在環(huán)流問(wèn)題;

②即使起落點(diǎn)均相同，也存在增大短路電流容量問(wèn)題;

③新增輸電線的輸送容量必然受系統(tǒng)穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等因素的限制，不可能充分利用。

而增設(shè)直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路不但可避免上述缺點(diǎn)，而且可用直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路附加控制系統(tǒng)進(jìn)行直流調(diào)制，能夠抑制兩個(gè)電力系統(tǒng)問(wèn)的振蕩。甚至還能增加原有交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的輸送容量。因此，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較中，增設(shè)直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路方案，往往是有利的。

交直流輸電并聯(lián)運(yùn)行是指兩個(gè)交流電力系統(tǒng)之間既有交流輸電線聯(lián)網(wǎng)又有直流輸電線相聯(lián)而形成的交流輸電與直流輸電彼此并聯(lián)的聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行方式。交流輸電和直流輸電的起點(diǎn)，可以是在送端電網(wǎng)的同一點(diǎn)，也可以是不同地點(diǎn)，其終點(diǎn)往往是在受端電網(wǎng)的不同地點(diǎn)，也可以是同一點(diǎn)。這種輸電方式，亦常稱(chēng)交直流混合輸電。由于兩個(gè)電力系統(tǒng)間有交流輸電線相聯(lián)，仍屬同步聯(lián)網(wǎng)，兩個(gè)電力系統(tǒng)具有相同的頻率。但在運(yùn)行上卻與純交流聯(lián)網(wǎng)有不同的特點(diǎn) 。

直流調(diào)制的原理是在直流輸電的控制系統(tǒng)中加入附加的直流調(diào)制器，從并聯(lián)的交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路下取得反映交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路是否異常(如功率大幅度突變、振蕩等)的信號(hào)，來(lái)調(diào)節(jié)控制直流輸電線路的功率，使之快速吸收或補(bǔ)償交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的功率過(guò)大或缺額，起到阻尼作用甲從而消除交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路上的功率振蕩和不穩(wěn)定因素，并提高交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的輸送容量 。

直流調(diào)制的效果與整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般地講，直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的容量相對(duì)于與之并聯(lián)的交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的容量(或被聯(lián)系統(tǒng)的容量)的比例愈大，調(diào)制的效果愈好。此外，直流調(diào)制的效果也與其在系統(tǒng)中的位置以及調(diào)制器本身的設(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)。

直流調(diào)制有大、小方式之分。大方式調(diào)制的目的在于提高交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的暫態(tài)穩(wěn)定性，直流功率調(diào)制幅度達(dá)21%。采用大方式調(diào)制，直流換流裝置應(yīng)留有相應(yīng)的裕度，因?yàn)閾Q流器的過(guò)載能力很小。小方式調(diào)制在于提高交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，抑制功率振蕩，其直流功率調(diào)制幅度一般只有3%-11%。

直流調(diào)制最早應(yīng)用于加拿大的魁北克和新不倫斯維克兩省之間的交直流并聯(lián)聯(lián)網(wǎng)工程中，效果良好。20世紀(jì)60年代中葉，美國(guó)西部的太平洋聯(lián)絡(luò)線雙回500kV交流輸電線投產(chǎn)后，連續(xù)于1968/1969/1970年在重負(fù)荷情況下產(chǎn)生低頻振蕩,1970年增設(shè)并聯(lián)的±400kV, 1440 MW, 1372 km的直流輸電聯(lián)網(wǎng)線路后，采用了小方式直流調(diào)制措施，調(diào)制幅值為3%(±40Mw),起到了抑制低頻振蕩的作用，還使原來(lái)的交流輸電聯(lián)網(wǎng)線路的翰送容量由2100 MW增加到2500MW。這是目前應(yīng)用最成功的實(shí)例 。2100433B

既用交流線路同時(shí)又用直流線路把功率從一個(gè)交流系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)交流系統(tǒng)的輸電方式。這種輸電方式亦稱(chēng)交直流混合輸電。交流線路和直流線路的起點(diǎn)，可以在送端電網(wǎng)的同一地點(diǎn)，也可以在不同地點(diǎn);其終點(diǎn)往往在受端電網(wǎng)的不同地點(diǎn)，也可能在同一地點(diǎn)。

交直流并網(wǎng)輸電，往往是先有交流輸電線路，后加直流線路而形成的。先有直流后加交流的例子很少。

第1章 高壓輸電的發(fā)展 1

1.1 電網(wǎng)發(fā)展歷程 3

1.2 電網(wǎng)互聯(lián)現(xiàn)狀 8

1.3 未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展 12

1.4 特高壓輸電發(fā)展動(dòng)因 16

1.5 特高壓電壓等級(jí)選擇的原則 21

1.6 國(guó)外特高壓輸電發(fā)展情況 26

1.7 國(guó)內(nèi)特高壓輸電發(fā)展情況 30

1.7.1 中國(guó)特高壓交流輸電技術(shù)的發(fā)展 30

1.7.2 中國(guó)特高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展 32

第2章 高壓交直流輸電系統(tǒng)特性與經(jīng)濟(jì)分析 37

2.1 交流輸電系統(tǒng)特性 39

2.1.1 可靠性與穩(wěn)定性 39

2.1.2 輸電特性與輸電能力 41

2.2 直流輸電系統(tǒng)特性 47

2.2.1 可靠性與穩(wěn)定性 47

2.2.2 輸電特性與輸電能力 49

2.3 特高壓交直流混合電網(wǎng)特征 51

2.4 交直流輸電的經(jīng)濟(jì)性分析 54

2.4.1 交流特高壓/超高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性比較 54

2.4.2 交流/直流特高壓輸電的經(jīng)濟(jì)性比較 56

2.5 交流/直流特高壓輸電的適用場(chǎng)合 59

第3章 高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)特點(diǎn)及影響 65

3.1 直流系統(tǒng)接入交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 67

3.1.1 交流系統(tǒng)對(duì)直流系統(tǒng)運(yùn)行的支撐 67

3.1.2 特高壓直流系統(tǒng)接入交流系統(tǒng)的方式 68

3.1.3 特高壓直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)的相互影響 70

3.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)運(yùn)行特征 73

3.2.1 直流電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn) 73

3.2.2 受端電網(wǎng)運(yùn)行特性 79

3.3 交直流混聯(lián)系統(tǒng)的相互影響 81

3.3.1 交直流混聯(lián)電網(wǎng)相互影響途徑 81

3.3.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)相互影響評(píng)價(jià) 82

3.3.3 慢速變化工況 84

3.3.4 快速變化工況 85

第4章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障分析 91

4.1 故障特征變異的概念 93

4.2 基于競(jìng)爭(zhēng)的故障特征變異機(jī)理分析 96

4.2.1 競(jìng)爭(zhēng)的基本分析方法 96

4.2.2 交直流系統(tǒng)電氣競(jìng)爭(zhēng)范圍分析 97

4.3 擾動(dòng)下直流系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析 99

4.3.1 直流系統(tǒng)電氣量的擾動(dòng)強(qiáng)度分析 100

4.3.2 直流系統(tǒng)電氣量的特征分析 103

4.4 交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障對(duì)交流保護(hù)的影響 105

4.4.1 變化量方向元件 105

4.4.2 零序元件 109

4.4.3 負(fù)序元件 111

4.4.4 距離元件 118

4.4.5 差動(dòng)元件 122

4.5 交流系統(tǒng)不接地故障時(shí)直流系統(tǒng)變化對(duì)交流零序保護(hù)的影響 126

4.6 交流系統(tǒng)接地故障時(shí)直流系統(tǒng)變化對(duì)交流零序保護(hù)的影響 130

4.7 交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障暫態(tài)功率導(dǎo)向分析 133

4.7.1 暫態(tài)快速功率倒向機(jī)理研究 133

4.7.2 影響保護(hù)動(dòng)作的因素分析 138

4.8 保護(hù)運(yùn)行環(huán)境對(duì)保護(hù)動(dòng)作行為的影響及建議 142

4.8.1 縱聯(lián)保護(hù)通道分析 142

4.8.2 正、反方向元件靈敏度的考慮 145

4.8.3 系統(tǒng)中運(yùn)行交流保護(hù)的建議 147

第5章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)直流偏磁 149

5.1 直流偏磁的物理現(xiàn)象及來(lái)源 151

5.1.1 直流偏磁的物理現(xiàn)象 151

5.1.2 直流偏磁的來(lái)源 152

5.2 直流偏磁的影響 156

5.2.1 直流偏磁對(duì)系統(tǒng)的影響 156

5.2.2 直流偏磁對(duì)變壓器的影響 158

5.2.3 直流偏磁產(chǎn)生的諧波對(duì)電容器的影響 165

5.3 變壓器直流偏磁的影響 167

5.3.1 變壓器結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器偏磁影響 167

5.3.2 變壓器直流偏磁對(duì)繼電保護(hù)的影響 169

5.4 變壓器直流偏磁的抑制措施 171

5.4.1 反向電流法 173

5.4.2 變壓器電阻法 177

5.4.3 接電容器抑制法 178

5.5 直流偏磁抑制措施比較及其對(duì)繼電保護(hù)的影響 183

5.5.1 受中性點(diǎn)串聯(lián)電阻或電容影響的變壓器和線路保護(hù) 184

5.5.2 中性點(diǎn)串聯(lián)電阻法對(duì)繼電保護(hù)的影響 187

第6章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)潮流計(jì)算分析 193

6.1 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計(jì)算中換流器標(biāo)幺值方程 195

6.2 交直流電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 199

6.3 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計(jì)算的牛頓迭代法 202

6.3.1 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定電壓控制 204

6.3.2 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定關(guān)斷角控制 205

6.4 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計(jì)算的快速解耦法 208

6.4.1 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定電壓控制 209

6.4.2 整流側(cè)定電流控制和逆變側(cè)定關(guān)斷角控制 209

6.5 交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計(jì)算示例 211

第7章 高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)系統(tǒng)仿真 215

7.1 電磁暫態(tài)與機(jī)電暫態(tài)數(shù)字仿真初始化 217

7.1.1 發(fā)電機(jī)及其控制器的初始化問(wèn)題 217

7.1.2 直流輸電系統(tǒng)的初始化問(wèn)題 219

7.1.3 輸電線路的初始化問(wèn)題 220

7.1.4 負(fù)荷的初始化問(wèn)題 220

7.2 交直流混聯(lián)電網(wǎng)電磁暫態(tài)數(shù)字仿真 222

7.2.1 交直流電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)數(shù)字仿真的實(shí)現(xiàn)途徑 222

7.2.2 用于模型離散化的常用數(shù)值積分公式及其特點(diǎn) 224

7.2.3 集中參數(shù)元件的離散化伴隨模型 227

7.2.4 集中參數(shù)多相輸電線路的離散化伴隨模型 229

7.2.5 分布參數(shù)單根無(wú)損線的Bergeron模型 231

7.2.6 分布參數(shù)單根小損耗線路的Dommel模型 233

7.2.7 分布參數(shù)多相耦合輸電線路的K. C. Lee模型 236

7.2.8 分布參數(shù)多相耦合輸電線路的擴(kuò)展Bergeron模型 240

7.2.9 輸電線路電磁暫態(tài)計(jì)算示例 244

7.3 交直流混聯(lián)電網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)數(shù)字仿真 246

7.3.1 交直流電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真的基本原理 246

7.3.2 直流輸電系統(tǒng)的響應(yīng)特性模型 247

7.3.3 機(jī)電暫態(tài)仿真中與發(fā)電機(jī)模擬相關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題 249

參考文獻(xiàn) 257

本書(shū)介紹了高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀，在高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)的框架下闡述了高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)的特性，重點(diǎn)研究了高壓直流電網(wǎng)接入對(duì)交流系統(tǒng)的影響。主要內(nèi)容包括：高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)特性分析，高壓直流系統(tǒng)接入交流系統(tǒng)的運(yùn)行方式，高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)故障分析，高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)故障對(duì)交流繼電保護(hù)的影響，高壓交直流混聯(lián)電網(wǎng)直流偏磁的來(lái)源與影響，高壓交直流混聯(lián)系統(tǒng)仿真分析。本書(shū)注重理論分析和工程應(yīng)用，適合作為從事高壓交直流混聯(lián)電力系統(tǒng)的科研、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行人員的參考用書(shū)，也適合作為高等學(xué)校電力系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)的參考書(shū)。