直流换相失败对送端电网的影响分析

杨浚文;张杰;张丹;张斌

【摘 要】In this paper, the PMU data are analyzed and the simulation results are carried out. The simulation results are compared with the PMU data. In addition, this paper analyzes the inlfuence of DC commutation failure on the power supply network in Yunnan power network, and compares it with the synchronous interconnection.%基于一次直流换相失败的PMU数据进行实例分析，并对故障进行了仿真，将仿真结果与PMU数据进行了对比，分析直流换相失败对送端电网的影响。此外，本文对云南电网异步运行后直流换相失败对送端电网的影响也进行了分析，与同步互联情况下进行了对比，并对异步联网下的稳定问题提出了相关建议。 【期刊名称】《云南电力技术》 【年(卷),期】2016(044)005 【总页数】4页(P100-103)

【关键词】直流输电系统;换相失败;同步相量测量装置(PMU);仿真分析;异步联网;直流频率限制(FLC)

【作 者】杨浚文;张杰;张丹;张斌

【作者单位】云南电力调度控制中心，昆明 650011;云南电力调度控制中心，昆明 650011;云南电力调度控制中心，昆明 650011;云南电力调度控制中心，昆明 650011

【正文语种】中 文 【中图分类】TM74

云南电网是我国“西电东送”、“云电外送”的主要水电基地，已成为交直流联网互联电网的主要送端[1]。南方电网计划在2016年实现云南电网与南网主网的异步互联[2]，云南电网作为异步运行的送端，电网特性也将发生极大的变化。 直流换相失败是直流输电系统常见的故障之一。国内外已对其做了大量的研究[3-7]，文献[8]利用概率分析的方法对直流换相失败机理进行了分析，文献[9]也从原理方面对多回直流换相失败的机理进行分析，并提出其对送端电网的影响分析，文献[10]对多端直流和多馈入直流换相失败的影响进行了分析和比较，文献[11]基于故障的实际录波，对南方电网内多回直流换相失败进行了分析。

本文将对同步互联和异步运行后直流换相失败对云南电网的影响进行了分析，与同步互联情况下进行了对比，并对异步联网下的稳定问题提出了相关建议。 楚穗直流发生一次换相失败，云南电网内主要交流断面功率和主要站点母线电压均有一定程度的波动。交流故障切除后，楚穗直流和交流断面送电功率，主要站点母线电压恢复到故障前水平，具体情况如下。 1.1 故障前运行方式

故障前云南电网内500 kV线路全网架运行，除普侨直流未满负荷运行外，其余直流均满负荷运行，故障前各变电站交流电压均运行在正常水平。 1.2 故障后系统响应

1.2.1 云南500 kV交流送出断面潮流变化情况

故障后云南500 kV交流送出断面功率大幅度增加，云南500 kV交流送出断面各线路的PMU曲线如图1所示。 1.2.2 和平送出断面潮流变化情况

故障后云南电网内紧邻楚穗直流的和平送出断面内500 kV有大幅度的功率变动。和平送出断面线路的PMU曲线如图2所示。 1.2.3 各电厂出力变化情况

故障后省内主要水电厂短时送出功率出现了大幅度的下降，后又逐步恢复，如图3所示。

1.2.4 系统阻尼情况

在楚穗直流换相失败期间云南对广东的区域间振荡模式可观，该模式的频率在0.34Hz左右，阻尼比在7%左右。 1.2.5 厂站母线电压情况

故障后云南省内重要的500 kV厂站电压变化明显，先出现明显的电压下降，接着出现明显的高电压，故障后20s以后恢复正常各站点母线电压PMU曲线如图4所示。

根据楚穗直流换相前电网开机及负荷情况，利用PSD-BPA软件对该故障进行时域仿真分析，其中负荷模型采用静态ZIP负荷模型，各线路潮流曲线如图5所示。 BPA仿真故障后的振荡频率与实际值比较接近，阻尼比值明显要略高于实际值，暂态电压跌落量仿真值与实际值略有差异。

2016年，云南电网将与南方主网背靠背直流异步联网，直流换相失败后的稳定情况将有变化。广东电网交流系统故障，最多将引起落点在广东的楚穗、普侨、牛从三大直流同时换相失败[11]。利用PSD-BPA软件，对三大直流同时换相失败时云南电网的系统特性进行仿真分析。 3.1 异步运行后的仿真分析

采用2016年南方电网丰大方式进行仿真分析，在完整网络下，故障前各变电站交流电压均运行在正常水平，利用PSD-BPA软件对楚穗、普侨、牛从三大直流同时换相失败进行时域仿真分析，其中负荷模型采用静态ZIP负荷模型，各直流FLC

功能投入，死区为0.1 Hz，得各线路潮流曲线如图6所示。 系统振荡频率和阻尼比分析结果部分站点电压变化曲线如图7所示。

换相失败后各站点暂态电压均有不同程度升高，云南电网内频率变化曲线如图8所示。

故障后云南电网内最高频率达到50.44Hz，最低频率达到49.89Hz。可见云南电网异步运行后，多直流换相失败后，系统的主要振荡模式由云南对广东间的区域模式转变为云南电网内部模式，区域间功角稳定问题得到解决，云南电网内的频率稳定问题凸显。 3.2 影响因素分析

为分析频率稳定的影响因素，在此对几种模式下系统频率变化情况进行仿真分析。 3.2.1 扩大FLC死区

将所有直流的FLC死区扩大至0.3 Hz，得到云南电网内频率仿真曲线如图9所示。 故障后云南电网内最高频率达到50.48Hz，最低频率达到49.86Hz，由于云南电网内高频切机启动定值为50.5Hz，直流换 相失败后送端电网内高频切机装置存在动作的可能。 3.2.2 退出FLC功能

退出云南电网内所有直流的FLC功能，得到云南电网内频率仿真曲线如下图10所示。

故障后云南电网内最高频率达到50.49Hz，最低频率达到49.86Hz。 3.2.3 退出所有机组调速器

退出云南电网内所有机组的调速器，得到云南电网内频率仿真曲线如下图11所示。 故障后云南电网内最高频率达到50.46 Hz，最低频率达到49.91 Hz。

1）在同步互联方式下，直流换相失败后，送端电网主要线路上潮流会短时增加，部分断面可能会短时越限；伴随功率转移着线路上会出现明显可观的区域间振荡模

式，振荡随着直流功率的恢复逐步减弱；送端电网内近区站点的母线电压经历先减小后增大的波动过程。

2）通过PSD-BPA软件对实际发生的故障进行仿真，得到的故障期间的系统振荡频率与实际基本一致，系统的阻尼比值大于实际值，系统电压变化情况略有差异。 3）异步联网方式下，通过PSD-BPA仿真直流换相失败后送端电网的系统响应情况，系统的主要振荡模式由区域间模式转化为送端电网内部模式，区域电网间的功角稳定问题得到解决，送端电网内的频率稳定问题凸显，部分方式下直流换相失败后送端电网内高频切机装置存在动作的可能；通过仿真表明直流FLC功能和机组调速功能的投入对系统的频率稳定性有明显的影响；换相失败后送端电网内近区站点的母线电压经历先增大后减小的波动过程。

4）针对异步联网后直流换相失败后的稳定问题，建议继续加强云南电网内电厂的机网协调工作的开展，确保各直流FLC功能的可靠投入，同时强化二、三道防线的建设和运维。

最薄太阳能电池能有多薄？最新的纪录是1微米。这相当于人类头发丝直径的百分之一，也就是传统标准太阳能电池的数百分之一。

最近，韩国科学家JuhoKim等人在《应用物理快报》（AppliedPhysicsLetters）上发表了最新研究，推出了这款超薄太阳能电池。电池虽然薄但转化效率却不低，与厚度约为3．5微米的太阳能电池相比，能够产生同样的电能，厚度却减少到了四分之一。

韩国研究者尝试把无机复合半导体微电池设备和可弯曲或可延展的基板结合起来，通过减少电池的厚度来提高其柔韧性，为利用这些微电池设备作为衣服、皮肤等可穿戴电子设备的便携式电源提供了可能性。

在以往的生产中，由于电子元件需要被粘在基板上，黏合剂就会额外增加电池的厚

度，此次研究新采用了“冷压焊”的方法，将材料顶层的光刻胶在170摄氏度下融化，然后将其焊接到基板电极上。光刻胶在冷却后就会被剥离，因此这一过程中黏合剂并不会造成电池厚度的增加。

研究中制作太阳能微电池的材料是半导体砷化镓，主要利用转印transfer-printing这一技术，电池的重复使用是通过基板底部的电极反射光子回光伏电池来实现的。

此款超薄太阳能电池非常灵活并且很薄，可以包裹铅笔一周。许多可穿戴设备限于电池体积和重量而无法被推广应用，而这块电池的高柔韧性和轻质量的特性，将有利于推动可穿戴电子设备的生产，比如为智能眼镜供电，也可以纳入衣服中为可穿戴设备供电。

除此之外，未来该材料潜力巨大，有望为太阳能电池应用开创出许多全新领域。像航天器或高空探测气球等对重量较为敏感的领域，超薄太阳能电池的应用有重要科研价值。玻璃、织物、纸张、塑料等材料也可以作为电池的载体而产生更大的使用价值。

其实，今年2月底，美国麻省理工学院的研究人员就已研发出号称“世界上最轻最薄”的太阳能电池。该款太阳能电池厚度为2微米，是这次韩国团队研发产品的两倍。研究人员称其轻薄到可以放在肥皂泡中而不让它破裂。在可穿戴设备中，由于太阳能电池很轻，所穿戴用户甚至都无法看见它的存在。但是，MIT的这款太阳能电池在当时转化效率还不是很高，而此次韩国科学家的研究则进一步优化了转化效率这一问题。

不过，MIT和韩国科学家开发的全新超薄太阳能电池目前仍均处在概念证明阶段，投入真正商用还需时日。 【相关文献】

[1] 云南电网公司. 云南电网2015年运行方式[Z].2015,2.

[2] 中国电力工程顾问集团中南电力设计院.云南电网与南方主网背靠背直流异步联网工程可行性研究报告[R].2014.3

[3] Thio C V，Davies J B，Kent K L. Commutation failures in HVDC transmission systems. IEEE Trans on Power Delivery,1996,11(2)∶946-957

[4] 邵瑶，汤涌，郭小江，等．2015 年特高压规划电网华北和华东地区多馈入直流输电系统的换相失败分析[J]．电网技术，2011，35(10)：9-15．

[5] 汪隆君，王钢，李海锋，等．交流系统故障诱发多直流馈入系统换相失败风险评估[J]．电力系统自动化，2011，35(3)：9-14．

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[7] 洪潮．直流输电系统换相失败和功率恢复特性的工程实例仿真分析[J]．南方电网技术，2011，5(1)：1-7

[8] 任震，陈永进，梁振升，等.高压直流输电系统换相失败的概率分析[J]．电力系统自动化，2004，28(24)：19-22

[9] 王春明，刘兵.区域互联多回直流换相失败对送端系统的影响[J]．电网技术，2013，37(4)：1052-1057．

[10] 项玲，郑建勇，胡敏强；多端和多馈入直流输电系统中换相失败的研究[J]．电力系统自动化，2005，29(11)：29-33

[11] 赵利刚，赵勇，洪潮，等. 基于实际录波的南方电网多回直流换相失败分析[J]．南方电网技术，2014，8(4)：43-46