摘要
城市电网存在着供电能力有限、无功储备不足等问题,合理的接入柔性直流可以有效地缓解上述问题。在无功控制方面,提出城市电网多源无功协控策略,利用柔性直流动态无功调出迅速、灵活可控的优点,将柔性直流纳入城市电网传统无功支撑源（发电机、调相机、投切电容等）协调控制体系,充分发挥柔直暂态电压控制响应迅速、传统无功源稳态电压控制低成本优势,在实际电网仿真中验证控制策略的有效性。考虑柔性直流接入城市电网后可能带来的短路电流超标风险,针对现有的短路电流计算方法对柔性直流远端故障场景计算结果偏保守问题,提出一种考虑柔性直流接入影响的电网短路电流简化计算方法,满足城市电网远端故障时的短路计算精度的需求,支撑实际电网的短路电流工程计算。
关键词 : reactive power什么意思柔性直流；城市电网；无功控制；短路电流
0 引言
柔性直流输电作为一种新型直流输电技术,具有快速独立地控制与交流系统交换的有功和无功功率、控制接入点交流电压、潮流灵活反转等优势,可灵活运行于有功/无功功率的4个象限,且无需无功补偿装置,甚至可以根据需要向系统提供无功支援。
有功支撑能力方面,柔性直流能够独立的进行电力传输和对电能质量的控制。柔性直流输电系统可在允许范围之内对有功进行独立的控制。与此同时柔性直流输电不需要通过交流系统的无功电压支撑能力来维持输出电压和频率,与传统直流输电所需要的最小短路容量要求不同,这种特性有助于柔性直流输电系统对弱电网或孤网进行送电。
无功支撑能力方面,柔性直流输电不仅不需要交流侧提供无功补偿,还能起到静止同步补偿器（STATCOM）的作用,即向交流系统提供动态无功支撑以稳定交流母线电压。这意味着故障时柔性直流既可以提供有功功率紧急支援又可以提供无功功率紧急支撑,从而有效提高城市电网的稳定运行水平。本文基于柔性直流输电技术在无功支撑方面的特点,将柔性直流纳入城市电网传统无功支撑源,并设计城市电网暂态电压无功紧急控制策略,以实现对故障后城市电网的电压无功紧急控制,解决故障后分区电压持续偏低问题。
在短路电流方面,目前城市电网短路电流水平普遍较高,其中柔性直流将提供一定的短路电流。在传统的短路电流计算程序中,远端故障时柔性直流提供的短路电流计算过程复杂,同时结果偏保守。本文提出一种考虑柔性直流接入影响的电网短路电流计算简化方法,用于实际电网的短路电流计算,在简化算法的同时提高柔性直流接入点远端故障时电网短路计算结果的精度。
1 柔性直流应用于城市电网构想
1.1 城市电网面临的问题
随着建设迅速发展,城市电网负荷水平及调控难度越来越高,尤其是电动汽车、5G通信等技术普及,使得城市电网负荷水平连年攀升。电网调控方面,负荷持续增长、低碳减排背景下大量常规机组关停,城市电网“空心化”趋势愈发明显,造成分区解环运行的城市电网各分区间有功互济能力被不断压减,电压支撑能力愈发受限,给城市电网的紧急状况下的电压稳定控制带来巨大考验。
当前城市电网主要面临以下问题：
1）城市电网负荷迅速增长,峰谷负荷差异较大,有功分区互济、无功紧急支援能力愈发薄弱。
2）土地资源的稀缺,环保政策等现实因素使得城市电网新增交流输电通道、常规电源等方案基本不切实际,常规方案化解城市电网有功、无功电压问题困难。
3）城市电网网架结构相对密集,造成短路电流超标风险较高,约束了城市电网的进一步升级建设。
1.2 柔性直流应用于城市电网方案构想
柔性直流可以独立的传输电力和控制电能质量,为城市电网有功功率灵活调控提供了技术基础。柔性直流可以进行动态无功的支撑,当交流系统故障发生时,不需要交流对其提供无功支撑。在短路电流方面,当交流系统发生故障时,柔性直流注入短路电流水平相对较小。柔性直流技术应用于城市电网,为化解城市电网面临的风险问题提供了新的解决思路。应用于城市电网的柔性直流输电系统的结构示意如图1所示。
图1 应用于城市电网的柔性直流系统结构示意图
Fig.1 Schematic diagram of VSC-HVDC system applied to urban power grid

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