高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响 含直流馈入建模与仿真.pdf

第３９卷第２４期２０１１年１２月ｌ６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌＶ＿０１．３９Ｎｏ．２４Ｄｅｃ．１６，２０１１高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）含直流馈入的山东电网ＥＭＴＤＣ建模与仿真于占勋，朱倩茹，赵成勇，张汝莲，卫鹏杰（１．山东省电力调度中心，山东济南２５０００１；２．电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室（华北电力大学），河北保定０７１００３）摘要：宁东一山东直流输电工程的投运将对山东电网的安全稳定运行带来挑战，交直流系统的相互作用研究尤显重要。在ＰＳＣＡＤ环境下，对山东电网进行了电磁暂态仿真建模，包括交流系统的等值简化建模和宁东直流系统的详细建模。对直流输电系统的静态响应特性和常见故障时暂态响应特性进行仿真分析，结果表明直流输电控制系统具有快速稳定的响应特性，验证了所建模型的正确性和有效性。并对整个山东电网的潮流分布和主要变电站母线短路电流大小进行调节和校核，使之与ＰＳＡＳＰ环境下的数据基本一致，保证了所建模型的稳态和动态特性与实际电网基本相同。关键词：高压直流输电；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ；电磁暂态模型；静态响应特性；故障暂态响应特性；潮流分布；短路电流ＳｔｕｄｙｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＨＶＤＣｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｏｎＡＣｌｉｎｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ—Ｐａｒｔｏｎｅ：ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＧｒｉｄｗｉｔｈＤＣｆｅｅｄｉｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＥＭＴＤＣＹＵＺｂａｎ．ｘｕｎ，ＺＨＵＱｉａｎ．ｒｕ，ＺＨＡＯＣｈｅｎｇ．ｙｏｎｇ２，ＺＨＡＮＧＲｕ．１ｉａｎ，ＷＥＩＰｅｎｇ￣ｉｅ（１．ＳｈａｎｄｏｎｇＰｏｗｅｒＤｉｓｐａｔｃｈｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，Ｊｉｎａｎ２５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＤｙｎａｍｉｃＳｅｃｕｒｉｔｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｂａｎｄｉｎｇ０７１００３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉｎｇｄｏｎｇ－ＳｈａｎｄｏｎｇＨＶＤＣｐｒｏｊｅｃｔｗｉｌｌｂｅｐｕｔｉｎｔｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｉｓａｃｈａｌｌｅｎｇｅｔｏｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＳｈａｎｄｏｎｇｐｏｗｅｒｇｒｉｄ，ＳＯｉｔｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｒｅｓｅａｒｃｈＡＣ－ＤＣｓｙｓｔｅｍｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ．ＩｎＰＳＣＡＤｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＳｈａｎｄｏｎｇｐｏｗｅｒｇｒｉｄｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＡＣｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｄｅｔａｉｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＮｉｎｇｄｏｎｇＨＶＤＣｓｙ￣ｅｍ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＤＣｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｓｔａｔｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｎｄｅｒｃｏｍｍｏｎｆａｕｌｔｓｏｆＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆＦＩＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｈａｓｓｔｅａｄｙａｎｄｆａｓｔｒｅｓｌ：Ｉｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｌｓｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓａｎｄｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｄｅ１．ＴｈｅｐｏｗｅｒｆｌｏｗｄｉｓｌｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎＳｈａｎｄｏｎｇｐｏｗｅｒｄａｎｄｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｓｏｆ廿１ｅｂｕｓｉｎｍａｉｎｓｔａｔｉｏｎｓａｒｅａｄｊｕｓｔｅｄａｎｄｃｈｅｃｋｅｄｔｏｅｎｓｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｄａｔａｇｅｎｅｒａｌｌｙａｇｒｅｅｗｉｔｈｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｄａｔａｉｎＰＳＡＳＰｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｓｔｅａｄｙ－ｓｔａｔｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｍｏｄｅｌａｒｅｎｅａｒｌｙｔｈｅｓａｍｅａｓｔｈｏｓｅｉｎａｃｔｕａｌｎｅｔｗｏｒｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＨＶＤＣ；ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｓｔａｔｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｆａｕｌｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｐｏｗｅｒｆｌｏｗｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ｓｈｏｒｔｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔ中图分类号：ＴＭ７１文献标识码：Ａ——文章编号：１６７４３４１５（２０１１）２４－００５８０７０引言高压直流输电（ＨｖＤｃ）具有功率调节灵活快速、非同步联络能力强、运行可靠等技术和经济上的独特优势¨“”“，随着我国西电东送和全国联”网战略的逐步实施，直流输电在我国得到了快速基金项目：高等学校学科创新引智计划资助项目（Ｂ０８０１３）发展。西北（宁东）一华北（山东）４－６６０ｋＶ直流输电工程是我国也是世界首个４－６６０ｋＶ直流输电“”工程，也是宁夏首个西电东送工程。该工程已于２００８年１２月１５日开工，２０１０年１１月２８日实现单极投运，并计划于２０１１年３月实现双极投运。工程西起宁夏银川东换流站，东至山东青岛换流站，途经宁夏、陕西、山西、河北、山东５省（区），线路全长１３３５ｋｍ。该工程实现了西北与华北电网的于占勋，等高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）．５９．联网，有利于资源的优化配置、水火电互补运行，还可取得显著的送电效益和诸多联网效益。随着宁东一山东直流工程的投运，山东电网将形成含直流馈入的交直流混合电网，交直流混合系统的运行特性与纯交流系统不同，直流输电控制系统具有响应时间短、动作速度快等不同于交流系统的特点，对换相失败等故障，其反应时间通常在几个毫秒之内。基于直流系统的运行特点和输送功率的巨大，直流的馈入可能会对交流系统产生不利的影响【２卅，从而给整个山东电网的安全稳定运行带来挑战。近年来交直流混合电网运行环境下出现了许多新的问题【５。６１，如广东横东甲乙线保护误动事件和北涌乙线保护误动事件。因此应深入研究直流系统典型故障瞬态特征以及直流系统对交流继电保护的影响，建立有效的仿真模型成为研究的基础和关键。机电暂态仿真软件（常见的有ＢＰＡ、ＰＳＡＳＰ和ＰＳＳ／Ｅ等）中直流系统采用准稳态模型，对交流系统不对称故障和换相失败的模拟不准确，并且典型的仿真步长为１０ｍｓ，无法精确模拟直流系统的动态行为［７－８］。电磁暂态软件的仿真规模较小，但是其中直流系统采用考虑高频动态特性的详细模型，典型仿真步长为５０ｕｓ，可以准确研究各种故障情况下的交直流系统的暂态问题。国内外常见的电磁暂态仿真软件有ＥＭＴＰ、ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ等，其中ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ是目前公认较权威的包含直流输电系统的电磁暂态仿真软件，被广泛应用于研究交直流系统间的相互作用和交直流系统的电磁暂态特性。。。本文以即将投运的宁东直流工程和山东电网５００ｋＶ主网架为实际背景，在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ环境下搭建了山东电网的简化电磁暂态仿真模型，包括交流系统模型和宁东一青岛±６６０ｋＶ直流系统模型。并对整个山东电网的潮流分布和主要变电站母线短路电流大小进行调节和校核，使之与ＰＳＡＳＰ环境下的数据基本一致，保证了所建模型的稳态和动态特性与实际电网基本相同。１山东电网交流系统模型的搭建山东电网是一个以火电为主的电网，以２２０ｋＶ和５００ｋＶ为主网架。其中５００ｋＶ电网已覆盖济南、“淄博、潍坊、青岛等１５市，５００ｋＶ主网形成四”横两纵的格局。至２００９年底，全省拥有５００ｋＶ线路４５条，长度３８５２ｋｍ；５００ｋＶ变电站１９座，降压变压器３３台；５００ｋＶ／２２０ｋＶ联络变压器３台。２２０ｋＶ电网为１７地市的主要输电网，全省拥有２２０ｋＶ线路４６３条，长度１２９３４．７７ｋｍ；２２０ｋＶ变电站１９４座，降压变压器３４６台。本文是在电磁暂态环境下研究直流系统故障对交流系统电气瞬态特征的影响以及对继电保护的影响。由于ＰＳＣＡＤ仿真规模及效率的限制，不可能对山东电网整个交流系统进行详细的建模，应该在保持系统动态性能的前提下，针对研究所关注的问题简化系统规模。简化后应确保等值简化网与原网的潮流分布及动态特性基本保持一致。电网等值简化思路为：保留山东电网５００ｋＶ主网架结构及直流落点处与直流密切相关的交流网络（即青岛电网２２０ｋＶ的网架结构），其他２２０ｋＶ及以下电压等级交流网络则等值简化为含内阻的电压源和恒功率负荷的组合。由于研究的是电磁暂态特性，在这个暂态过程中，发电机的调速及励磁控制装置来不及动作，因此发电机采用等效电压源模型。因涉及系统的动态特性研究，线路模型必须采用分布参数模型。分布参数模型包括贝杰龙模型、相域（Ｐｈａｓｅ）频率相关模型和模域（Ｍｏｄｅ）频率相关模型【１ｌＪ。Ｐｈａｓｅ模型对线路进行了分相（极）描述，是最精确、最详细的分布参数模型。在建模时选用Ｐｈａｓｅ模型。长度小于１５ｋｍ的线路，采用集中参数，以便加大仿真步长，提高仿真速度。模拟无功补偿装置的电力电容器组采用星形接线。根据以上建模思路并结合电力系统分析综合程序ＰＳＡＳＰ下山东电网的实际电气参数，在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ环境下搭建了交流系统电磁暂态模型。建模时涉及双绕组变压器６Ｏ多台，三绕组变压器１００余台，共１５００余项参数；线路１００多条，共１３００余项参数；无功补偿装置６０多组，共８００余项参数；等值电源参数共３００余项。２宁东一山东直流输电系统模型的搭建宁东一山东±６６０ｋＶ直流工程输电距离约１３３５ｋｍ，额定输送功率４０００ＭＷ，额定直流电流是３．０３ｋＡ。工程西起银川东换流站，东至青岛换流站。银川东换流站母线电压等级为３３０ｋＶ，青岛换流站母线电压等级为５００ｋＶ。图１为在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ环境下搭建的宁东一山东直流输电系统的整体结构示意图。其中，换流阀及其控制系统、换流变压器、直流线路、交直流滤波器均采用详细的模型。２．１直流输电系统主回路参数确定直流系统主回路主要包括：换流变压器、直流线路、平波电抗器和交直流滤波器。．６Ｏ．电力系统保护与控制银压器‘—ｆｓｍ』ｒ』］卜奎Ｉ｛＝嘉｛＝ｌ垩中黔一卜压器——地极———＿【ｉ，交￣流滤波Ｉ器ｂ－－李ｌｌ姗＝ｆ｛＝交流滤波器一６６０ｋＶ平波电抗器＼Ｊ图１宁东一山东直流输电系统结构示意图Ｆｉｇ．１ＴｏｐｏｌｏｇｙｏｆＮｉｎｇｄｏｎｇ－ＳｈａｎｄｏｎｇＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ２．１．１换流变压器直流系统额定输送容量４０００Ｍｗ，典型双极接线形式，换流变压器采用单相双绕组型式，共１２台主变。换流变压器的主要参数有额定容量、阀侧／网侧额定电压、短路阻抗。工程采用直流每极ｌ２脉动阀组接线，由２组６脉动阀组串联组成。两组６脉动阀组交流输入电压要求线电压幅值相等，同名相相角相差３０。，故网侧按星形连接，其阀侧绕组的接线方式，必须一个为星形接线，另一个为三角形接线。换流变压器的网侧为５００ｋＶ和３３０ｋＶ电压等级，为大电流接地系统，所以换流变压器网侧绕组中性点直接接地。△单相双绕组的连接组别分别为Ｙ和Ｙｎ／。根据直流输电的基本理论可计算出两侧换流变阀侧额定电压及单台换流变压器容量Ｊ。单相双绕组变压器额定电压是指相电压，故三角形接线侧额√定电压是星形接线侧额定电压的３倍。换流变的网侧母线电压等级分别为５００ｋＶ（青岛换流站）和３３０ｋＶ（银川东换流站），额定运行时母线电压分别是５１５ｋＶ和３４５ｋＶ，而网侧是星形接地连接形式，所以换流变网侧的额定电压分别√√为５１５／３（２９７．３４）ｋＶ和３４５／３（１９９．１９）ｋＶ。综上所述，可以得到换流变压器的主要参数，如表１所示。２．１．２直流线路根据《电力系统设计手册》【ｌ引，架空送电线路导线截面一般按经济电流密度选择，根据电晕、电磁环境和可听噪声等约束进行校核，并考虑节能降耗的因素。该工程直流线路的导线截面选择６×６３０Ｉｎｍ导线。同交流线路相同，直流线路建模时采用相域频率相关模型。表１换流变压器主要参数列表Ｔａｂ．１Ｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｎｖｅｒｔｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ２．１．３平波电抗器平波电抗器最主要的参数是其电感量，从平波电抗器的作用来看，其电感量一般选大些，但也不能太大】。从远距离高压直流输电工程平波电抗器的参数来看，大部分平波电抗器的工频电抗标幺值通常在０．２０～０．７０范围内【ｌＪ。本工程中，取２７０ｍＨ，布置在高压极母线处。２．１．４交流滤波器及无功补偿装置电网换相时换流器在交流侧产生的谐波有特征谐波、非特征谐波和通过穿透作用产生的谐波三种类型ｎ］。在１２脉动换流器两组对应双绕组换流变压器连接处的系统侧，会产生ｌ２ｋ－￣１次特征谐波电流。而由于实际运行工况的不理想产生的非特征谐波主要是低次谐波（３次谐波）。因此，需要在换流站交流母线加装交流滤波器。在银川Ｉ东换流站，加装了１１／１３、２４／３６的双调谐高通型及３次高通型滤波器，它们每组的容量分别是：１４５．４Ｍｖａｒ、１４５．４Ｍｖａｒ和１６６．２Ｍｖａｒ。另外，还加装固定电容器组，每组容量为１６６．２Ｍｖａｒ。将于占勋，等高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）．６１．它们分组，每大组容量４５７Ｍｖａｒ，共加了６大组，分为１８小组。满足了无功补偿要求及滤波要求。在青岛换流站，加装了１２／２４双调谐高通型滤波器和并联电容器组，每组的容量都是２１０Ｍｖａｒ。一共加装了４大组，每组为两组１２／２４双调谐高通型及一组并联电容器组，每组容量６３０Ｍｖａｒ。满足了无功补偿要求及滤波要求。２．１．５直流滤波器１２脉动换流器在直流电压中产生１２ｎ次（为任意正整数）的特征谐波电压。在本工程中，每极每侧都安装了两组双调谐（６／１２、１２／２４）滤波器。２．２直流输电系统的控制系统建模高压直流输电控制系统通常分为６个层次：系统控制、双极控制、极控制、换流器控制及单独控制和换流阀控制【１】。在ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ中，换流阀控制级集成于换流阀模型中，其他部分则需要建立适用于系统分析的不同详细程度模型。根据研究需要，建立了宁东一山东直流输电系统的控制系统，包含极控制级和换流器控制级。整流侧的控制配置是：最小触发角ｍｉ（ＣＩＡ）控制、定电流（ＣＣ）控制和低压限流（ＶＤＣＯＬ）控制。逆变侧的控制配置是：定关断角。（ＣＥＡ）控制、定电流（ＣＣ）控制、最小触发角控制、电流Ⅷ偏差控制、低压限流（ＣＯＬ）控制，另外还有对换相失败的发展控制模块。表２列出了控制系统模型的一些基本参数。表２宁东一山东直流输电控制系统的基本参数Ｔａｂ．２ＢａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＮｉｎｇｄｏｎｇ－ＳｈａｎｄｏｎｇＨＶＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍＶＤＣＯＬ直流电压动作值ＶＤＣＯＬ直流电流定值０．５Ｐ．Ｕ．０．３ｐ．ｕ．定直流电流控制器用ＰＩ控制器实现。工程上实用的定关断角控制器有两种类型引，一种是闭环型控制器，也称为实测型控制器，另一种是开环型控制器，也称为预测型控制器。ＡＢＢ采用预测型开环控制方式，西门子则采用闭环控制方式。宁东一山东直流输电工程的直流控制保护是由ＡＢＢ公司负责的，定关断角控制建模时采用了开环型控制器。低压限流控制是指在某些故障情况下，当直流电压低于某一值时，自动降低直流电流调节器的电流整定值，待直流电压恢复后，又自动恢复电流整定值控制功能。本工程的直流电压动作值，整流站和逆变站都取０．５Ｐ．ｕ＿，直流电流定值都取０．３Ｐ．Ｕ．。另外，当检测到阀出口侧的直流电流大于换流变压器阀侧的三相交流电流经整流后的值，就判定逆变器发生了换相失败。随后，定关断角调节器就会增加关断角的定值，以加快换相失败的恢复。２．３直流输电系统的仿真验证２．３．１静态响应特性仿真分析如图２所示，１．Ｏ￣２．５ｓ期间为正常运行时的波形，在２．５Ｓ和３．５ｓ时，逆变侧交流电压逐步下降，在６ｓ和７ｓ时，整流侧交流电压逐步下降。ｌ２３４５６７８９ｔ／ｓ（ａ】整流侧直流电压和逆变侧直流电压３５。３．。。墨ｚ邡２．。。】．５０４４≥３委２２１’竖巩且巩电况疋但７．一Ｆ．＼逆变侧直流电流定值实际直流流ｌ２３４５６７８９１０ｔ／ｓ（ｂ１直流电流整定值和实际直流电流１２３４５６７８９１Ｏｔ／ｓ（Ｃ）控流侧触发延迟角和逆变侧关断角ｆ／ｓ（ｄ）整流器吸收的有功功率和逆变器发出的有功功率图２直流系统的静态响应特性Ｆｉｇ．２ＳｔａｔｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＣｓｙｓｔｅｍ电力系统保护与控制正常运行时，直流电流在稳定时为额定值３．０３ｋＡ，整流侧直流电压约为６６０ｋＶ，逆变侧直流电压约为６３０ｋＶ，电压损失约３０ｋＶ，电压损失率约为４．５５％。稳态时整流侧的触发角稳定在１５。附近，逆变侧的关断角】，稳定在１８。附近。整流器吸收的有功功率约为４０００ＭＷ，逆变器发出的有功功率约为３８００ＭＷ，损耗约２００ＭＷ，线损率约为５％。以上数据与该工程的规划基本吻合，从而证明了所建模型的正确性。系统正常运行时，整流侧定电流控制，逆变侧由定关断角控制决定系统运行电压。ｔ－－－－２．５Ｓ和ｔ＝３．５Ｓ时逆变侧交流电压下降，整流侧定电流控制会增大的定值使直流电流恢复到整定值，如图２（ｂ）所示，逆变器关断角保持不变，如图２（Ｃ）所示。直流电压会随着逆变侧交流电压的降低而降低，如图２（ａ）所示，但是没到ＶＤＣ０Ｌ的启动值，直流电流维持整定值１．０ｐ．ｕ．不变。直流电压的降低使直流输送功率也降低，如图２（ｄ）所示。ｔ＝６Ｓ和ｔ＝－７Ｓ时整流侧交流电压下降，整流侧定电流控制会迅速减小的定值使直流电流恢复。但是６ｃ角已经达到上限ａｍｉｎ，所以电流未能恢复到整流侧整定值１．０ｐ．ｕ．而有所下降，逆变器的电流偏差控制开始作用，逆变器变为定电流控制，如图２（ｂ）所示。逆变器关断角增大，如图２（Ｃ）所示。直流电压会随着整流侧交流电压的降低而降低，如图２（ａ）所示，但是没到ＶＤＣＯＬ的启动值，直流电流维持整定值０．９ｐ．ｕ．不变。直流电压的降低使直流输送功率也降低，如图２（ｄ）所示。２．３．２故障暂态特性仿真分析逆变侧在２．０Ｓ时发生三相经１０Ｑ过渡电阻对地短路故障，整流侧在２．６Ｓ时发生三相经３Ｑ过渡电阻对地短路故障，直流线路在３．２Ｓ时发生对地金属性短路故障，０．１Ｓ后切除故障，系统的响应特性如图３所示。■●目１８０２００２２０２４０２．６０２盘Ｏ３．０Ｏ３．２Ｏ３４０３６０ｓ【ａ）整流侧直流电压和逆变侧直流电压１８０２．００２２０２４０２．６０２８Ｏ３０Ｏ３．２０３４０３．６０ｆ旭（ｂ）直流电流整定值和实际直流电流０＝；盘一．、ｔ｛ｓ（ｃ）整流侧触发延迟角和逆变侧戈断角ｔ旭（ｄ）整流器吸收的有功功率和逆变器发出的有功功率图３不同故障时直流系统的响应特性Ｆｉｇ．３ＲｅｓｐｏｎｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＣｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆａｕｌｔｓ当逆变侧发生短路故障时，交流母线电压瞬时降为０，逆变器发生换相失败，直流电压骤降为０，直流电流激增至５．７６ｋＡ，随后随着整流侧ＶＤＣＯＬ的动作，直流电流迅速减小至０－３Ｐ．ｕ．，逆变侧关断角和整流侧触发角都增大，加快恢复换相，大约４Ｏｍｓ后恢复换相，直流电压建立起来，但较低。故障切除后大概２５０ｍｓ直流系统恢复正常运行。当整流侧发生短路故障时，整流侧由正常运行时的定电流控制立刻变为最小控制角控制，逆变侧由定关断角控制变为定电流控制。整流侧触发角降为最小值５。，逆变侧关断角增大。直流电压下降至２５０ｋＶ，逆变侧ＶＤＣＯＬ动作而直流电流维持在整定值０．５６ｐ．ｕ＿。故障切除后大概５０ｍｓ直流系统恢复正常运行。当直流线路发生短路故障时，直流电压迅速降为０，直流电流激增至７．３２ｋＡ，随后随着整流侧ＶＤＣＯＬ的动作，直流电流迅速减小至整定值０－３ｐ－ｕ．。逆变侧关断角和整流侧触发角都增大。故障切除后大概２００ｍｓ直流系统恢复正常运行。于占勋，等高压直流输电换相失败对交流线路保护的影响（一）一６３．当发生上述三种故障后，直流电压的降低及ＶＤＣＯＬ的作用使直流输送功率降低。在逆变器故障时，逆变侧交流系统由吸收功率变为发出功率。从图２和图３可以看出，不论是整流侧或逆变侧交流电压降低，还是在发生故障和故障切除的很短时间内，控制器的控制模式发生了切换，且在故障过程中控制器也基本处于一种稳定的控制模式，故障切除后约２５０ｍｓ直流系统基本恢复到初始运行点，这说明直流输电控制器的响应速度非常快。验证了直流模型的有效性。３ＰＳＡＳＰ潮流分布和主要变电站母线短路电流比对３．１潮流分布的比对在ＰＳＡＳＰ环境下计算某种运行方式下系统的潮流，在ＰＳＣＡＤ环境中设定与ＰＳＡＳＰ相同的运行方式，通过调节等值发电机出力、等值负荷大小等方式，使得ＰＳＣＡＤ环境下系统潮流分布与ＰＳＡＳＰ潮流分布基本一致。３．２主要变电站母线短路电流的比对在两种软件全网潮流分布基本一致的情况下，进行全网主要变电站母线短路电流的调节。先在ＰＳＡＳＰ环境下设定运行方式，计算三相短路故障下主要变电站母线短路电流；接着在ＰＳＣＡＤ环境下设定与ＰＳＡＳＰ中相同的故障，调节等值发电机的次暂态电抗大小，使得ＰＳＣＡＤ环境下山东电网主要变电站母线短路电流大小与ＰＳＡＳＰ下主要变电站母线短路电流大小基本一致。ＰＳＣＡＤ环境下主要变电站母线短路电流计算结果如表３所示，同时也给出了ＰＳＡＳＰ环境下短路电流计算结果，并计算了调节误差。表３短路电流比对Ｔａｂ．３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｃｕｒｒｅｎｔｉｎＰＳＣＡＤａｎｄＰＳＡＳＰ表３中，ＰＳＣＡＤ计算所得短路电流值与ＰＳＡＳＰ计算的短路电流最大误差为一８．４０２％，最小误差为一１．０８９％，平均误差为一２．９３９％。可知，短路电流调节的误差在工程误差允许的范围内。可以认为ＰＳＣＡＤ环境下电网的动态特性与ＰＳＡＳＰ环境下基本一致。４结语本文依据电力系统分析综合程序ＰＳＡＳＰ中山东电网的电气数据和宁东一山东直流工程的相关数据，在电磁暂态仿真软件ＰＳＣＡＤ下搭建了含直流馈入的山东电网电磁暂态仿真模型。通过调节潮流分布、主要变电站母线短路电流，保证了ＰＳＣＡＤ环境下电网的稳态特性和动态特性与ＰＳＡＳＰ环境下的基本一致。为后续进行直流系统换相失败瞬态特征分析和直流换相失败对交流系统继电保护的影响研究建立了基础。也为宁东直流投运后山东电网目前和将来所关注的问题提供有效的仿真研究平台和研究方法。参考文献［１］赵畹君．高压直流输电工程技术【Ｍ】．北京：中国电力出版社，２００４．［２］张璞，王钢，李海锋，等．直流馈入下的输电线路电流差动保护动作特性分析［Ｊ１．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１０）：１－５．—ＺＨＡＮＧＰｕ，ＷＡＮＧＧａｎｇ，ＬＩＨａｉｆｅｎｇ，ｅｔａ１．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｕｒｒｅｎｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｆｏｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓｉｎＨＶＤＣ／ＡＣｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ［Ｊ】．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１０）：—１５．［３］徐宏雷，郑伟，周喜超，等．特高压直流输电系统对电网谐波污染的仿真分析［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（２３）：１９２－１９５．ＸＵＨｏｎｇ－ｌｅｉ，ＺＨＥＮＧＷｅｉ，ＺＨＯＵＸｉ．ｃｈａｏ，ｅｔａ１．Ｓｉｍｕｌ￣ｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｇｒｉｄｈａｒｍｏｎｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎａｆｆｅｃｔｅｄｂｙｕｌｔｒａｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（２３）：１９２－１９５．［４］王学峰，余小菲，周俊宇．直流输电系统对交流变压器影响的研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２００８，３６（２４）：１０１・１０３，１０９．ＷＡＮＧＸｕｅ－ｆｅｎｇ，ＹＵＸｉａｏ－ｆｅｉ，ＺＨＯＵＪｕｎ－ｙｕ．ＳｔｕｄｙｉｎｇｏｎｔｈｅｅｆｆｅｃｔｔｏｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｂｙＤＣｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２００８，３６（２４）：１０１－１０３，１０９．［５］刘之尧，唐卓尧，张文峰，等．直流换相失败引起继电保护误动分析【Ｊ】．电力系统自动化，２００６，３０（１９）：１０４．１０７．－６４一电力系统保护与控制（上接第５７页ｃｏｎｔｉｎｕｅｄｆｒｏｍｐａｇｅ５７）—ＣＨＥＮＷｅｉｈｕａ，ＪＩＡＮＧＱｕａｎ－ｙｕａｎ，ＣＡＯＹｉ－ｊｉａ．Ｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｅｎｓｅｍｂｌｅ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，３０（１７）：１４・１９．［１４］冯永青，吴文传，张伯明．基于可信性理论的电力系统运行风险评估（一）运行风险的提出与发展［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０（１３）：ｌ１．１７．ＦＥＮＧＹ０ｎｇ－ｑｉｎｇ，ＷＵＷｅｎ－ｃｈｕａｎ，ＺＨＡＮＧＢｏ－ｒｕｉｎｇ．Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙｐａｒｔｏｎｅｐｒｏｐｏｕｎｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００６，３０（１３）：１１－１７．［１５］冯永青，吴文传，张伯明．基于可信性理论的电力系统运行风险评估（二）理论基础［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０（２）：１１－１５．—ＦＥＮＧＹｏｎｇ－ｑｉｎｇ，ＷＵＷｅｎｃｈｕａｎ，ＺＨＡＮＧＢｏ－ｍｉｎｇ．Ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｒｉｓｋａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙｔｈｅｏｒｙｐａｒｔｔｗｏｔｈｅｏｒｙｆｕｎｄａｍｅｎｔ［Ｊ］．ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ，２００６，３Ｏ（２）：１１．１５．收稿日期：２０１卜０卜１３；修回Ｅｔ期：２０１１－０３－２５作者简介：张晓东（１９７７－），男，本科，工程师，主要从事电力系统运行与稳定方面的研究；Ｅ・ｍａｉｌ：￣５４６０＠１６３．ｃｏｍ陈迁（１９６４一），男，博士，高级工程师，从事电力系统方面的研究工作；余晓鹏（１９７３一），男，本科，高级工程师，主要从事电力系统运行与稳定方面的研究。