摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，输电系统建设越来越多。可再生能源与特高压在输电系统层面高渗透，给电网安全可靠运行带来一定影响。为全面评估输电系统运行状况，本文对基本控制策略进行分析，然后阐述了特高压接入对输电系统规划的影响和基于逆变侧关断角的分层接入系统高低端逆变器间的协调控制策略，最后考虑多利益主体的输电系统规划方案评估指标和方法。
关键词：可再生能源；特高压；多利益主体；输电网规划
近年来，我国特高压直流输电技术取得了重大突破，相继有多条特高压直流输电工程建成投运，有效改善了能源分布和负荷中心不平衡的问题，且随着直流输电工程的逐渐增多，在华东和华南地区已经形成了多馈入直流输电系统。特高压直流输电系统的整流器及逆变器均采用电网换相换流器，而电网换相换流器阀组由多个晶闸管串联组成，不具备自关断能力，换相时需要相连的交流系统为其提供换相电压，因此交流系统受到大扰动时容易发生换相失败。
1基本控制策略
分层接入方式的特高压直流输电系统采用了类似CIGRE标准测试模型的控制策略，即整流侧配置有定电流控制和最小触发角控制，逆变侧配置有定电流控制、定关断角控制和电流偏差控制（currenterrorcontroller,CEC），同时还配备有低压限流控制（voltagedependentcurrentorderlimiter,VDCOL）。
2特高压接入对输电系统规划的影响
（1）对短路电流的影响。特高压在大容量远距离输电方面具有优势，但特高压投产后，尤其是特高压发展的初期，电网联系变得更加紧密，落点近区短路电流水平通常会有较大攀升，局部地区联络线成为输电瓶颈。解决电网短路电流超标的传统方法有优化电源结构、电网分层分区运行、加装限流电抗器或故障限流器、采用高阻抗变压器和发电机等。从短路电流的定义可以看出，在采用标幺值的前提下，系统各节点的短路电流只与该节点自阻抗有关，调整网络结构可以改变网络的节点阻抗矩阵，因此近年来，已有研究在电网优化规划过程就考虑对短路电流的约束。从这个角度来看，特高压接入对规划的影响主要体现在短路电流的约束上。（2）对穿越无功的影响。特高压交流输电线路电压等级高，输电距离远，长线路的电容特性使特高压交流输电线路的充电功率大，穿越无功即指这种因特高压交流输电线路充电功率不能被分层就地补偿而通过变压器流向下一级电网的无功功率，影响下一级电网的无功电压控制。目前，针对穿越无功的补偿模式主要为“固定高抗+分组低容低抗”，即在特高压输电线上连接固定的高压并联电抗器（高抗），根据输送有功分组投切并联于变压器低压侧的低压并联电容器或低压并联电抗器（低容/低抗）来平衡无功。因此，应在规划中考虑穿越无功的因素，使规划方案能够支持穿越无功的优化控制。
3基于逆变侧关断角的分层接入系统高低端逆变器间的协调控制策略
为了降低分层接入方式的特高压直流输电系统高低端逆变器同时发生换相失败的概率，本文提出了基于逆变侧关断角的分层接入特高压直流输电系统高低端逆变器间的协调控制策略，该控制策略包括两部分：i）高端逆变器所连交流系统故障时，低端逆变器补偿控制起作用；ii）低端逆变器所连交流系统故障时，高端逆变器补偿控制起作用。其中，γset1、γset2分别为所提控制策略的关断角整定值，γm1、γm2分别为高、低端逆变器关断角值，并在γm1、γm2后面分别设置了一阶惯性环节来模拟实际控制系统的延时特性，得到γ1，γ2。高低端逆变器间协调控制策略的基本原理是通过检测由交流系统故障导致换相失败的逆变器关断角的变化量，并将该变化量转换为补偿值送至另一层逆变器控制系统，来快速调节其关断角运行值，从而达到抑制两层逆变器同时换相失败的目的。
4考虑多利益主体的输电系统规划方案评估指标和方法
4.1多利益主体
电网是国民经济发展基础设施，电网企业、政府、用户都会关注电网建设，但是，不同的利益群体所关注的侧重点显然不同。电网企业是电网建设的主要投资方和所有方，在新电力改革和规范电网企业运营模式的背景下，电网企业的关注点，一为满足电力需求的电网性能，包括可靠性、灵活性、协调性、安全性、电能质量等，一为电网经济性。政府对电力规划会投入一定的政策补贴，尤其是针对可再生能源的接入等，因此政府的关注点也主要在经济性，更准确地说是成本上。同时也要求电力规划能满足一定的性能需求，当然这个要求可能并不如电网企业那么细致。此外，随着环境保护意识的加强，政府对电力规划所带来的环境影响日益重视。用户是电力规划成果的直接使用方，从用户的角度会对电网性能如可靠性、电能质量等有一定要求，同时也更加关注对环境的影响。多利益主体的关注点之间存在重合和差异，从不同利益主体角度评估规划方案的结果很有可能是不同的。因此有必要针对不同利益主体，建立相应的评估指标，然后进行考虑多利益主体的综合评估，以满足不同利益主体诉求。考虑到规划阶段大量指标如电能质量难以获取，本文对指标建立遵循实用性、独立性、能够充分反映可再生能源和特高压影响的原则。
4.2暂态电压稳定性评估方法
相比于静态电压稳定性，暂态电压稳定性尚处于机理研究阶段，本文采用时域仿真程序BPA对故障后暂态电压稳定的恢复能力进行初步评估。节点i的暂态电压稳定恢复指标可表示为
（1）
式中：Ut,i为故障后节点i在t时刻的电压；Ui,0为节点i的初始运行电压；ε为时域仿真计算步长；tc1为故障开始时间；tc为故障结束时间。TVRIi指标表征了故障大扰动后节点电压的恢复情况，若TVRIi越大，则该节点在故障下引起电压失稳的风险越高，该节点为暂态大扰动下的薄弱节点。在此基础上，定义全局暂态电压稳定恢复指标可表示为
（2）
4.3终端用户评估指标
传统用户通常关注电力系统所取得的效果，对输电网规划方案而言，即为可靠性。而随着可持续发展观念的深入人心，人们对环境的影响也日益重视。本文选取EENS和污染物排放减少量两个指标作为终端用户的评价指标。
结束语
综上所述，在深入分析可再生能源和特高压接入对规划带来影响的基础上，提出了可再生能源和特高压接入下考虑电网企业、政府、终端用户三个多利益主体的输电网规划方案评估指标和方法。某实际区域的输电网规划方案比选算例结果显示，本文构建的输电系统规划方案综合评估方法能在计及可再生能源和特高压接入带来影响的同时，兼顾多方主体的利益，实现对系统安全、经济、可靠性的全面评估，为规划方案的科学评估提供了一种新思路。
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论文作者:王亮
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
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