舟山柔直系统联网孤岛转换过程中的系统震荡分析

2021-12-26饶友元

电气技术与经济 2021年6期

余伟饶友元刘黎许鑫

（国网浙江省电力有限公司舟山供电公司）

0 引言

柔性直流输电系统普遍用于新能源发电、海岛供电等场合，采用模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter，MMC）的柔性直流输电技术在弱电网联网和孤岛供电方面的优越性得到快速发展［1－5］，伴随应用该技术的舟山五端柔直示范工程的投运，舟山电网成为复杂弱交直流混合电网，运行方式复杂多变［6］，其安全稳定运行对交流大电网的影响逐渐增大。如何实现联网孤岛切换过程中平稳不中断供电，是重点和难点问题［7－8］。已有学者在高频段对柔性直流输电系统的震荡特性及其抑制策略进行了研究［9］，在低频段研究较少。本文通过分析某次联网孤岛转换过程出现的系统低频震荡问题，基于阻抗稳定性分析法，利用实时仿真系统试验验证，提出技术完善方向，以便更有利于柔直系统在不同情况下的联网转孤岛工况中平稳运行。

1 故障现象

2016年3月22日舟山柔直系统五端运行（舟山多端柔性直流输电系统的交直流耦合电网结构如图1所示），北部海岛交流电网发生故障后，大衢变蓬衢1950线开关跳闸，嵊泗变大嵊1931线开关跳闸，与之相关联的A、B两换流站的联网转孤岛频率定值分别为0.7Hz、0.8Hz，它们几乎同时检测到孤岛，B站联网转孤岛后无源运行正常，A站联网转孤岛后系统震荡运行，2分钟后该站水冷系统跳闸，换流阀闭锁，全站失电，如图2～图3所示。

图1 舟山多端柔性直流输电系统的交直流耦合电网结构图

图2 A站联网转孤岛后系统震荡

图3 B站联网转孤岛后无源运行正常

2 交直流混联电网

2.1 联网孤岛转换

舟山电网网架薄弱，为提高舟山岛屿供电能力和供电可靠性，制定了交直流混联电网运行方式［10－12］，如下表所示。通过实时仿真系统试验验证孤岛联网功能正常，并在现场进行了相关试验工作，完成表中所列的交直流并列到直流孤岛运行方式的互转，并针对系统负荷较小，柔直无法满送的情况，设计了孤岛转联网的定值控制功能，具备了灵活的控制能力。

表舟山交直流混联电网主要运行方式及定义

舟山柔直联网转孤岛功能在2015年超强“灿鸿”台风期间得以充分验证，沈家湾变电站交流进线故障后，坐落于小洋山岛的舟洋换流站顺利切换为单换流站直流孤岛运行方式，成功实现石油中转企业和洋山港集装箱码头等重要供电负荷的接管，保证了供电的可靠性。

2.2 等效模型分析

舟山柔直系统采用基于频率变化量的联网转孤岛判据，即当舟山电网交流系统扰动频率超过0.5Hz时，联网转孤岛运行，但考虑舟山电网中的风机、冲击负荷、海缆等容性负荷，柔直换流站与电网之间的交互作用明显，在联网孤岛转换过程中，容易引起复杂的震荡问题，影响到电网系统的稳定运行。为研究系统震荡原因，需要建立柔直系统孤岛运行模型进行分析。其等效模型如图4所示。

图4 舟山柔直系统孤岛运行示意图

阻抗稳定性分析方法常用于分析互联系统的稳定性［13－15］。该方法在研究逆变器与电网交互系统的阻抗稳定性时，将两者视为两个独立的子系统，根据各自的控制结构和参数特征分别建立阻抗模型，任何一方组成单元的结构和参数发生变化并不会影响到对方，故无需重新建立阻抗模型，降低了系统分析的难度。在获取阻抗模型后，用线性网络结构表示该交互系统的等效电路，再采用阻抗稳定性判据来分析系统稳定性。其等效电路图如图5所示。