李恩佳

摘 要：随着高新科技的快速发展，高压输电网络工程的重要性也随之得到广泛关注，在电网建设过程中，对输电网络过程中输电的稳定性、安全性及经济性等的重视程度越来越高。此外，受外部环境的影响，在输电工程设计过程中需要进行多重考虑以应对无法预知的外部变化。因此，在高压输电建设的设计环节需要加强对环境因素的考虑，提高高压输电工程控制的稳定性。

关键词：电网工程;稳定性;高压输电

中图分类号：TM723文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）25-0110-04

Abstract： With the rapid development of high-tech， the importance of high-voltage transmission network engineering has been widely concerned. In the process of power grid construction， more and more attention has been paid to the stability， security and economy of transmission network. In addition， due to the influence of external environment， multiple considerations are needed to deal with unpredictable external changes in the design process of transmission engineering. Therefore， it is necessary to strengthen the consideration of environmental factors in the design of high-voltage transmission construction to improve the stability of high-voltage transmission project control.

Keywords： power grid engineering;stability;high voltage transmission

1 高压输电系统概述

在互联网与计算机技术的应用下，我国电力系统甚至世界上各个国家的电力系统都逐渐向着联合进步发展的方向前进[1]。随着电网工程建设脚步的加快，高压输电作为至关重要的组成部分，其有关设计工作也引起了相关研究人员的重视。

结合辨识算法、伯德图、根轨迹图等方法整定参数设计的传统HVDC控制系统，对输电系统过程中的稳态及小扰动现象的控制能取得较好的效果，但是在面对具有较强非线性特性的交流系统时，其系统架构会受到运行过程中方式变化等诸多未知因素的影响[2]。因此，在输电系统中采用传统控制方法的效果将会大大降低。

综上所述，电网建设过程中，考虑到远距离输电的电容量、地下及海底输电和异步联网的经济性等多种因素的影响，采用轨迹法与频率响应法进行设计的HVDC输电控制系统的电网工程，实现了电网输电过程中单输入、单输出的线性控制。在众多输电线路控制方法中，该方法的综合优势不断得到体现。各控制方法的关系如图1所示。

2 HVDC输电系统与传统输电系统对比

2.1 传统UPS输电系统

传统的UPS输电系统在工作过程中存在以下多种性能问题。

①在输电系统中，UPS备用能源的可靠性为0.88，与可靠性为0.99的電池相比，其可靠性明显不足[3]。采用并联输电方式时，在UPS之间不仅存在换流问题，而且还增加了UPS的无功损耗，整机可靠性、应急保障及维护性能也会下降。

②UPS系统没有对冗余系统的输电配电线路进行主次区分，利用率较低。UPS双机冗余系统的负荷率不足35%，输出三相之间不平衡，这些问题将直接影响UPS降容的使用。

③UPS系统的维护性差，无法进行不同设备型号与系统间的交互，并且其供电容量较低。

2.2 HVDC高压输电系统

HVDC作为通信电压系统的重要优势为具有高安全性、高可靠性及节能性。HVDC整机采用分布式监控系统，由交流配电单元、整流单元、直流配电单元、电池单元、监控单元及电池巡检和绝缘巡检部分组成。HVDC供电系统与UPS系统的性能对比如表1所示

2.3 输电系统调整与控制

由于发电、输电及负荷系统均与输电电压稳定性有直接关系，因此输电系统在电力需求高度紧张时容易出现电压紊乱或崩溃的问题。但是，造成此问题的根本原因在于电力系统的脆弱性。此外，输电系统的输电网络强度与传输能力、发电机无功功率、电压控制、负荷等多种设备因素的共同作用对输电系统电压稳定性有着决定性影响。图2为有功功率与无功功率传输模型。

对于典型的输电系统而言，在进行功率传输时，当功角不足30°时，可以使用[sinδ=δ]将接收端和发送端方程（1）和（3）线性化，从而得出有功功率传输和功角[δ]之间的关系。

当输电系统功率传输方式为无功功率传输时，在研究输电系统电压稳定性时可以忽略电压幅值。当输电系统遭遇紧急情况或崩溃时，会降低系统的接收端、负载端的电压，此时对输电线路及变压器两端功率传输特性的研究对输电系统具有重要的意义。

通过上述各方程计算可以得出：输电电压始终从高电压节点向低电压节点传输，其幅值决定了无功率传输的特性。因此，可以得出[P]和[δ]，[Q]和[U]的关系紧密关联。

对比有功功率传输和无功功率传输特性，其差异较为明显，无功率传输存在以下缺点。

①在输电线两端具有较大功角进行传输时，只能从高电压节点向低电压节点传输，传输过程中，电压幅值始终保持在（[1±5%]）p.u.的特性给无功功率传输方式在实际输电工程中的应用带来很大的困难。

②考虑到输电工程的经济性要求，在输电线路上要求始终保持有功损失与无功损失最低。其无功损失最小是为了降低无功投资。

综上所述：输电系统有功功率[P]的传输和功角有直接关系，电压幅值[U]对无功功率[Q]传输具有重要影响。输电线路上的负荷过大、电压源距离负荷中心较远、电压值过低及负荷无功补偿值过低等因素影响着输电电压的稳定性。

2.4 VSC-HVDC控制

在输电过程中，可以采用同步调相机、并联电容器、禁止无功补偿器等多种方式调节输电网络中的电压分布，使其稳定在良好的電压范围和较高的电压值[4]。为了获得有效的控制方式来提高电力系统的稳定性，研究者对VSC-HVDC控制方式进行了研究分析。

在两交流电网互联时，在输电系统出现故障的情况下，为保证VSC-HVDC控制方式对直流电源和功率平衡具有有效的控制效率，本文分析了前人的研究，并提出VSC-HVDC输电系统故障控制策略，即模式切换控制策略。

本文对VSC-HVDC输电系统的直流功率与两侧换流器直流电源的关系进行推导，提出了直流电压阀值和直流电压参考值的计算方法。

2.4.1 VSC-HVDC控制系统结构。为了分析的简便性，本文对VSC-HVDC输电系统的结构进行了简化，将换流器和交流相电抗器等效为电阻和电抗进行串联。图3为带有交流电网的VSC-HVDC输电系统结构图。

2.4.2 换流器数学模型。根据基尔霍夫电压定律推导出换流器交流侧的微分方程：

3 结论

VSC-HVDC输电系统的直流电压稳定性的根本原因在于直流侧电容和线路的充放电功率是否保持平衡。随着输电系统中直流电容器和线路存储电能的增大，输电线路的直流电压随之增加。直流侧电容和线路的充放电功率作为直流输电系统功率平衡节点，当系统进入限流模式或因故障出现停止时，直流输电网络的功率表现出不稳定现象，其无法维持功率平衡，造成输电系统对直流电压的控制失效。此时，可采用VSC-HVDC输电方式的输电系统对有功功率进行控制，实现直流输电系统中的功率平衡，提高直流电压的稳定性。

参考文献：

[1]李兴源，赵睿，刘天琪，等.传统高压直流输电系统稳定性分析和控制综述[J].电工技术学报，2013（10）：288-300.

[2]王里.探讨高压输电线路电气设计中存在问题及对策[J].通讯世界，2019（10）：229-230.

[3]吴东灵.对高压输电线路工程设计施工问题的探讨[J].建材与装饰旬刊，2008（6）：239-241.

[4]熊虎，向铁元，詹昕，等.特高压交流输电系统无功与电压的最优控制策略[J].电网技术，2012（3）：39-44.