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摘 要：交直流电力系统当中的直流换流器往往需要消耗较大的无功功率，在系统遭遇较大干扰后，系统的暂态电压稳定性将难以保证。基于此，本文总结东莞供电局桥头供电分局长久以来的工作经验，就交直流电力系统暂态电压稳定性展开分析，提出了预防交直流电力系统中暂态电压失稳事故的相关措施，意在提升交直流电力系统的运行稳定性与安全性。
关键词：交直流电力系统；暂态电压；失稳
中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0088-02
前 言
在交直流电力系统运行过程中，为保证整个电网的运行质量，还需重点考虑相关暂态电压稳定性的相关问题。总结实践经验后发现，交直流电力系统当中的直流换流器消耗的无功功率，约在直流有功功率的50～60%之间，这对保持交直流电力系统暂态电压的稳定性，尤其对连接在直流系统上的若交流系统来说，稳定性很难得到有效保障。因此，探究交直流電力系统暂态电压稳定性，能够为解决相关问题，提供可靠的解决思路。
1 交直流电力系统暂态电压稳定性的影响因素
总结多年来的工作经验能够明确一点内容，即离散控制行为与负荷特性，在各类电压崩溃事故当中，都起到了重要的影响作用，从实际交直流电力系统的角度出发，综合分析影响电力系统暂态电压稳定性的相关因素，主要包括以下几个方面：
（1）交直流电力系统当中，随着负荷母线电压的降低，负荷将从电流系统当中吸收较多的无功功率，这导致系统的区域无功平衡状态将会得到明显恶化，进而形成电压下降的正反馈机制。与此同时，根据电力系统的自动平衡机制，动态负荷为达到输入或输出有功功率的平衡，将作出相应的调整，这一调整过程，极有可能造成暂态电压失稳。
（2）交直流电力系统当中的发电机具有较大的无功需求，为满足其需求，必然需要增加发电机励磁；当发电机长期处于强励状态下，在励磁绕组容量限制的作用下，会发生励磁突然降低的状况，此时，整个电力系统当中的无功将处于大量短缺的状态，暂态电压也随之失稳。
（3）交直流电力系统当中的静止无功补偿器（SVC），可通过动态调节来保持电力系统暂态电压稳定性；可一旦SVC达到了容量限制，其本身具有的无功调节功能将随之丧失。另外，在HVDC系统当中，当遭遇直流双极闭锁等问题时，会造成潮流大量转移，导致交流系统的暂态电压失稳；若在多馈入交直流电力系统当中，这一现象将更为明显。
2 交直流电力系统暂态电压稳定性分析
对交直流电力系统暂态电压稳定性进行分析，应事先明确暂态电压稳定的判断依据。根据当前的技术发展现状来看，采用暂态电压可接受程度来判断暂态电压的稳定状态，是一种较为实用的途径。在实际分析过程中，本文利用实际交直流电力系统为原型，构建如图1所示交直流混联算例系统。算理系统当中，负荷主要分布在Bus6和Bus8处，且功率因数均为0.95。
观察图1能够发现，Bus2与Bus3之间为交流通道，由于负荷功率因数恒定为0.95，则可通过相关增长模式，计算出交流通道中的静态电压稳定极限，如表1所示。通过对表1中数据的分析能够发现，在远端负荷不断增加的状态下，电力系统当中交流通道的无功潮流也逐渐增加；由于Bus3母线电压降低，LPQ指标随之增大，经计算，静态电压稳定极限应为3450MW，对应的LPQ指标应为0.9782，与极限值1十分接近，由此能够说明通过该稳定性指标，能够进一步对交直流电力系统中暂态电压稳定性展开有效分析。
以直流双极闭锁故障为例，对交流输电通道的暂态电压稳定极限值进行测算。发生直流输电闭锁故障，必然会对交流系统造成冲击，其原理如下：当直流双极发生闭锁之后，大量的功率将在瞬时转移到交流系统当中，致使交流通道中的功率发生大幅度变动，此时，为保证电力系统的运行稳定性，需要切除大量的机组。根据实践经验来看，直流输送量越大的交直流电力系统，在发生直流双极闭锁故障之后，暂态电压稳定性越差[1]。
在算理系统当中，假设故障的发生时刻为0s；在0.1s将全部的滤波电容器切除，此时将会有大约3000MW的有功功率经过交流通道进入Bus3；Bus3的母线电压有明显降低；暂态过程中，Bus2与Bus3之间交流通道的功率，必然会发生一定变化，经过观察与分析，Bus2-Bus3的有功功率随时间的变化逐渐增加；Bus2-Bus3的无功功率，随时间的变化逐渐减少；归纳故障之后任意时刻交流通道的LPQ指标，能够得到图2所示图像。
通过图2能够看出，当交直流电力系统当中发生直流闭锁故障之后，交流通道上会随之发生大幅的潮流变化，导致母线电压降低，此时的LPQ指标将趋近于1；当时间发展到3.88s左右时，LPQ指标最接近1，达到暂态电压稳定极限。由此可见，当交直流电力系统发生故障后，在PMU就地测量的支持下，能够对电力系统当中的各交流与直流线路的LPQ指标进行实时计算，为后续电力系统实时暂态电压稳定性的有效评估，提供可靠数据；为制定交直流电力系统暂态电压失稳的预防措施，奠定良好的基础。
3 交直流电力系统暂态电压失稳的预防措施
根据交直流电力系统暂态电压稳定性分析，能够明确应对交直流电力系统暂态电压失稳现象的几个思路，如下：
（1）当交直流电力系统发生紧急故障时，利用发电机与励磁机的过负荷能力，能够通过推迟电压崩溃，为故障运维预留出更多时间。在推迟时间内，交直流电力系统运行维护人员，应改变调度或削减负荷，由此能够提高发电机的机端电压水平，进而提高发电机的输出能力[2]。在这一过程当中，若能通过发电机自动调压器，对发电机高压侧的电压进行有效控制，使其趋于恒定，则能够让电源与负荷的电气距离得以缩减，电力系统的暂态电压稳定性也有望得到增强。
（2）针对交直流电力系统的特点，超导储能装置的运用，在应对交直流电力系统暂态电压失稳现象的过程中，能够发挥显著作用。运用超导储能装置时，在循环电流的作用下能够形成一个磁场，超导储能装置就是利用这一磁场来储存电能的；这种储能方式，能够满足电力系统稳定运行对相关有功与无功功率交换时的快速、高效等要求；另外，超导储能装置还具有四象限运行能力，在这种能力的支持下，能够确保装置的运用，可提高交直流电力系统暂态电压稳定性。实践经验表明，超导储能装置的控制方式与安装地点，能够在一定程度上影响其控制效果，对此，若能将其安装在动态负荷位置，并采用无功-电压控制方式，即可获得对交直流电力系统暂态电压稳定性的最佳控制效果。
（3）广域测量/监视系统（WAMS）的应用，对控制交直流电力系统暂态电压失稳问题，能够产生显著作用。通过WAMS可以对广域电网的运行状态进行实时监测，包括电网的动态无功备用，如此在充分了解电力系统电压运行状态的基础上，也可及时了解其中的薄弱点，提前考虑相关无功调节手段，找到最佳的减载点并确定数量之后，可进一步制定可靠的预防方案[3]。WAMS从电力系统当中采集的电压相量信息，能够反映系统当中电压的分布，当系统当中发生暂态电压越限问题时，WAMS会及时发出警报提醒相关管理人员，同时还会启动录波功能，以便为后续故障维修等操作收集充足的故障信息。充分发挥WAMS对电力信息的实时采集功能，能够确保电力系统当中各控制器间的协调效果，对预防WAMS交直流电力系统暂态电压失稳，能够起到显著作用。
4 结束语
综上所述，深入研究、思考交直流电力系统暂态电压稳定性，有利于解决影响交直流电力系统运行稳定性的各项问题。通过算例分析，在直流双极闭锁故障后，电力系统当中的交流通道也会发生一系列的变化，并对电力系统的暂态电压稳定性，产生不同程度的影响。针对电力系统暂态电压稳定性的各项影响因素，采取相应的预防措施，能最大程度避免交直流电力系统在运行期间及故障发生之后，出现暂态电压失稳的现象，确保电网运行质量。
参考文献
[1]管永高.含FACTS装置的交直流混联系统电压稳定性研究[D].东南大学，2015.
[2]李弘毅.多直流馈入大电网的电压运行特性研究[D].华中科技大学，2015.
[3]程振龙.交直流混联受端电网暂态电压稳定研究[D].华北电力大学，2014.
收稿日期：2018-5-9
作者简介：罗松盛（1980-），男，配电部运维班副班长，大学本科，主要从事配电线路运维工作。
关键词：交直流电力系统；暂态电压；失稳
中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）17-0088-02
前 言
在交直流电力系统运行过程中，为保证整个电网的运行质量，还需重点考虑相关暂态电压稳定性的相关问题。总结实践经验后发现，交直流电力系统当中的直流换流器消耗的无功功率，约在直流有功功率的50～60%之间，这对保持交直流电力系统暂态电压的稳定性，尤其对连接在直流系统上的若交流系统来说，稳定性很难得到有效保障。因此，探究交直流電力系统暂态电压稳定性，能够为解决相关问题，提供可靠的解决思路。
1 交直流电力系统暂态电压稳定性的影响因素
总结多年来的工作经验能够明确一点内容，即离散控制行为与负荷特性，在各类电压崩溃事故当中，都起到了重要的影响作用，从实际交直流电力系统的角度出发，综合分析影响电力系统暂态电压稳定性的相关因素，主要包括以下几个方面：
（1）交直流电力系统当中，随着负荷母线电压的降低，负荷将从电流系统当中吸收较多的无功功率，这导致系统的区域无功平衡状态将会得到明显恶化，进而形成电压下降的正反馈机制。与此同时，根据电力系统的自动平衡机制，动态负荷为达到输入或输出有功功率的平衡，将作出相应的调整，这一调整过程，极有可能造成暂态电压失稳。
（2）交直流电力系统当中的发电机具有较大的无功需求，为满足其需求，必然需要增加发电机励磁；当发电机长期处于强励状态下，在励磁绕组容量限制的作用下，会发生励磁突然降低的状况，此时，整个电力系统当中的无功将处于大量短缺的状态，暂态电压也随之失稳。
（3）交直流电力系统当中的静止无功补偿器（SVC），可通过动态调节来保持电力系统暂态电压稳定性；可一旦SVC达到了容量限制，其本身具有的无功调节功能将随之丧失。另外，在HVDC系统当中，当遭遇直流双极闭锁等问题时，会造成潮流大量转移，导致交流系统的暂态电压失稳；若在多馈入交直流电力系统当中，这一现象将更为明显。
2 交直流电力系统暂态电压稳定性分析
对交直流电力系统暂态电压稳定性进行分析，应事先明确暂态电压稳定的判断依据。根据当前的技术发展现状来看，采用暂态电压可接受程度来判断暂态电压的稳定状态，是一种较为实用的途径。在实际分析过程中，本文利用实际交直流电力系统为原型，构建如图1所示交直流混联算例系统。算理系统当中，负荷主要分布在Bus6和Bus8处，且功率因数均为0.95。
观察图1能够发现，Bus2与Bus3之间为交流通道，由于负荷功率因数恒定为0.95，则可通过相关增长模式，计算出交流通道中的静态电压稳定极限，如表1所示。通过对表1中数据的分析能够发现，在远端负荷不断增加的状态下，电力系统当中交流通道的无功潮流也逐渐增加；由于Bus3母线电压降低，LPQ指标随之增大，经计算，静态电压稳定极限应为3450MW，对应的LPQ指标应为0.9782，与极限值1十分接近，由此能够说明通过该稳定性指标，能够进一步对交直流电力系统中暂态电压稳定性展开有效分析。
以直流双极闭锁故障为例，对交流输电通道的暂态电压稳定极限值进行测算。发生直流输电闭锁故障，必然会对交流系统造成冲击，其原理如下：当直流双极发生闭锁之后，大量的功率将在瞬时转移到交流系统当中，致使交流通道中的功率发生大幅度变动，此时，为保证电力系统的运行稳定性，需要切除大量的机组。根据实践经验来看，直流输送量越大的交直流电力系统，在发生直流双极闭锁故障之后，暂态电压稳定性越差[1]。
在算理系统当中，假设故障的发生时刻为0s；在0.1s将全部的滤波电容器切除，此时将会有大约3000MW的有功功率经过交流通道进入Bus3；Bus3的母线电压有明显降低；暂态过程中，Bus2与Bus3之间交流通道的功率，必然会发生一定变化，经过观察与分析，Bus2-Bus3的有功功率随时间的变化逐渐增加；Bus2-Bus3的无功功率，随时间的变化逐渐减少；归纳故障之后任意时刻交流通道的LPQ指标，能够得到图2所示图像。
通过图2能够看出，当交直流电力系统当中发生直流闭锁故障之后，交流通道上会随之发生大幅的潮流变化，导致母线电压降低，此时的LPQ指标将趋近于1；当时间发展到3.88s左右时，LPQ指标最接近1，达到暂态电压稳定极限。由此可见，当交直流电力系统发生故障后，在PMU就地测量的支持下，能够对电力系统当中的各交流与直流线路的LPQ指标进行实时计算，为后续电力系统实时暂态电压稳定性的有效评估，提供可靠数据；为制定交直流电力系统暂态电压失稳的预防措施，奠定良好的基础。
3 交直流电力系统暂态电压失稳的预防措施
根据交直流电力系统暂态电压稳定性分析，能够明确应对交直流电力系统暂态电压失稳现象的几个思路，如下：
（1）当交直流电力系统发生紧急故障时，利用发电机与励磁机的过负荷能力，能够通过推迟电压崩溃，为故障运维预留出更多时间。在推迟时间内，交直流电力系统运行维护人员，应改变调度或削减负荷，由此能够提高发电机的机端电压水平，进而提高发电机的输出能力[2]。在这一过程当中，若能通过发电机自动调压器，对发电机高压侧的电压进行有效控制，使其趋于恒定，则能够让电源与负荷的电气距离得以缩减，电力系统的暂态电压稳定性也有望得到增强。
（2）针对交直流电力系统的特点，超导储能装置的运用，在应对交直流电力系统暂态电压失稳现象的过程中，能够发挥显著作用。运用超导储能装置时，在循环电流的作用下能够形成一个磁场，超导储能装置就是利用这一磁场来储存电能的；这种储能方式，能够满足电力系统稳定运行对相关有功与无功功率交换时的快速、高效等要求；另外，超导储能装置还具有四象限运行能力，在这种能力的支持下，能够确保装置的运用，可提高交直流电力系统暂态电压稳定性。实践经验表明，超导储能装置的控制方式与安装地点，能够在一定程度上影响其控制效果，对此，若能将其安装在动态负荷位置，并采用无功-电压控制方式，即可获得对交直流电力系统暂态电压稳定性的最佳控制效果。
（3）广域测量/监视系统（WAMS）的应用，对控制交直流电力系统暂态电压失稳问题，能够产生显著作用。通过WAMS可以对广域电网的运行状态进行实时监测，包括电网的动态无功备用，如此在充分了解电力系统电压运行状态的基础上，也可及时了解其中的薄弱点，提前考虑相关无功调节手段，找到最佳的减载点并确定数量之后，可进一步制定可靠的预防方案[3]。WAMS从电力系统当中采集的电压相量信息，能够反映系统当中电压的分布，当系统当中发生暂态电压越限问题时，WAMS会及时发出警报提醒相关管理人员，同时还会启动录波功能，以便为后续故障维修等操作收集充足的故障信息。充分发挥WAMS对电力信息的实时采集功能，能够确保电力系统当中各控制器间的协调效果，对预防WAMS交直流电力系统暂态电压失稳，能够起到显著作用。
4 结束语
综上所述，深入研究、思考交直流电力系统暂态电压稳定性，有利于解决影响交直流电力系统运行稳定性的各项问题。通过算例分析，在直流双极闭锁故障后，电力系统当中的交流通道也会发生一系列的变化，并对电力系统的暂态电压稳定性，产生不同程度的影响。针对电力系统暂态电压稳定性的各项影响因素，采取相应的预防措施，能最大程度避免交直流电力系统在运行期间及故障发生之后，出现暂态电压失稳的现象，确保电网运行质量。
参考文献
[1]管永高.含FACTS装置的交直流混联系统电压稳定性研究[D].东南大学，2015.
[2]李弘毅.多直流馈入大电网的电压运行特性研究[D].华中科技大学，2015.
[3]程振龙.交直流混联受端电网暂态电压稳定研究[D].华北电力大学，2014.
收稿日期：2018-5-9
作者简介：罗松盛（1980-），男，配电部运维班副班长，大学本科，主要从事配电线路运维工作。