1、Abstract:Due to the weak support capacity of the power generation equipment at the transmission end of the DC transmission system with a high proportion of renewable energy,the renewable energy power generation equipment faces the risk of over-voltage off grid after the DC fault occurs.In order to p
2、revent the off grid accident of renewable energy,this paper first establishes the simulation model of renewable energy DC transmission system and analyzes the formation mechanism of transient overvoltage at the generator end of renewable energy.Secondly,according to the law of reactive power transmi
3、ssion,this paper analyzes the influence of conventional units,dimmers,electrical distance and other factors on renewable energy off grid,and quantitatively analyzes the voltage regulation sensitivity of conventional units.On this basis,the off grid situation of renewable energy is quantitatively ana
4、lyzed by using the short-circuit ratio index of renewable energy.Finally,according to the analysis results,this paper puts forward some strategies to prevent renewable energy off grid after DC fault,such as improving the short-circuit capacity and improving the high-voltage crossing capacity of the
5、fan,which are verified by a BPA simulation example of a planned DC transmission system.Keywords:DC transmission system;transient overvoltage;dimmer;conventional unit;short circuit ratio;suppression strategy摘 要：含高比例新能源的直流外送系统由于送端发电设备支撑能力薄弱，在直流故障发生后新能源发电设备面临着过电压脱网风险。为了防止新能源脱网事故的发生，首先建立新能源直流外送系统仿真模型分析新
6、能源机端暂态过电压形成机理，其次根据无功传输规律分析常规机组、调相机、电气距离等因素对新能源脱网的影响，定量分析常规机组的电压调节灵敏度，在此基础上利用新能源短路比指标对新能源脱网情况进行量化分析，最后根据分析结果提出了提高短路容量、提高风机高压穿越能力等预防直流故障后新能源脱网的策略，采用某规划的直流外送系统BPA仿真算例验证策略的有效性。关键词：直流外送系统；暂态过电压；调相机；常规机组；短路比；抑制策略0 引言中国的新能源装机总量已位列世界第一，然而新能源发电装置多配置于西部、北部地区，这种集中发直流故障引发直流外送系统新能源脱网问题研究曹昊1*，严欢2，王雷3，宋云亭4，袁性忠2，田浩
7、5（1.华北电力大学（保定），河北省 保定市 071003；2.国网陕西省电力有限公司经济技术研究院，陕西省 西安市 710065；3中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西省 西安市 710032；4中国电力科学研究院有限公司，北京市 海淀区 100192；5北京汇思慧能科技有限公司，北京市 海淀区 100080）Research on Renewable Energy Off-grid of DC Transmission System Caused by DC FaultCAO Hao1*,YAN Huan2,WANG Lei3,SONG Yunting4,YUAN Xingzh
8、ong2,TIAN Hao5(1.North China Electric Power Universit(Baoding),Baoding 071003,Hebei Province,China;2.State Grid Shaanxi Electric Power Economic&Technology Research Institute,Xian 710065,Shaanxi Province,China;3.Northwest Electric Power Design Institute Co.,Ltd.of CPECC,Xian 710032,Shaanxi Province,C
9、hina;4.China Electric Power Research Institute,Haidian District,Beijing 100192,China;5.Beijing Huisihuinen Technology Co.,Ltd.,Haidian District,Beijing 100080,China)基金项目：国网陕西省电力有限公司科技项目（陕北特高压直流接入后陕西主网运行特性分析研究，HQ-2021-P-TS-054）。Science and Technology Foundation of State Grid Shaanxi Electric Power Co
10、mpany(Analysis and Research on the Operation Characteristics of Shaanxi Main Network after the UHVDC Access in Northern Shaanxi,HQ-2021-P-TS-054).全球能源互联网Journal of Global Energy Interconnection第 6 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.6 No.1Jan.2023文章编号：2096-5125(2023)01-0071-09 中图分类号：TM715 文献标志码：ADOI：10.19705/ki.is
11、sn2096-5125.2023.01.00872 全球能源互联网 第 6 卷 第 1 期电并远距离传输的特点给电力系统的稳定和能源的利用效率带来了挑战1-2。为实现电能的远距离高质量传输，通常采用高压直流输电技术3。但随着长距离直流输电规模不断增长，“强直弱交”网架特征明显，直流故障后风机进入高电压穿越连锁脱网制约着风能大规模外送4-5。目前的研究表明，大规模新能源直流外送系统的暂态过电压水平与故障类型、直流控制参数、无功补偿类型等因素有关。目前关于无功补偿配置的研究主要集中在不同无功补偿装置性能的比较和无功补偿配置方案两个方面6-10。文献7将非线性系统的数学分析方法引入电力系统，利用非线
12、性因子确定静止无功补偿器（static var compensator，SVC）的配置地点。文献8定义了多馈入直流间的交互影响的权重系数，通过确定无功补偿的边界确定无功最佳补偿地点。文献9比较了新一代调相机和SVC等基于电力电子技术的无功补偿装置，发现调相机具有暂态电压调节能力与动态无功支撑能力。调相机相比SVC等非旋转设备，其无延时的无功调节能力对暂态电压的抑制更具优势11-15。近年来中国已经在部分风电、光伏集中的特高压直流工程送端系统加装调相机，如扎鲁特换流站、湘潭调相机工程、湖南韶山换流站等16。目前工程中主要将大容量调相机配置在换流站高压侧。然而，换流站近区的新能源通常通过分步升压的
13、方式汇集于母线，线路长度较长。这就导致换流站处的调相机难以有效调节直流故障后由新能源产生的盈余无功，然而目前对于小容量分布式调相机的研究尚不完善。此外，大规模新能源直流外送系统中新能源、常规能源和直流之间相互约束。常规机组能够提升系统的短路容量并提供无功支撑，通过增设常规机组能够支撑更多新能源机组接入并提高直流输送功率，有利于新能源的消纳。针对上述问题，本文首先分析经典直流故障引起暂态过电压的机理以及影响新能源机组脱网的关键因素。接着，本文基于PSD-BPA仿真系统构建直流小系统模型，分析常规机组、调相机等无功调节设备对直流故障下的暂态过电压的调控作用，并根据近区风机的脱网情况量化了保障系统稳
14、定运行的短路比指标，随后根据电力系统无功传输的规律分析了新能源场站与换流站间电气距离对短路比指标的影响。最后，本文提出抑制直流故障后新能源脱网的策略，并在规划的某直流系统中验证部分策略的有效性。1 新能源直流外送系统及模型1.1 新能源直流外送系统根据某实际大规模新能源直流外送场景，本文构建了图1所示的直流外送小系统模型，其中送端换流站的直流额定电压为800 kV，A、B、C为换流站近区的三个的新能源场站750 kV并网点，三个站点与换流站间电气距离均不相同。三个站点的风机并网容量均为1950 MW，与新能源变电站相连。配套新能源电站经过升压后，汇集于换流站近区750 kV变电站。C站A站B站
15、换流站受端20 km40 km10 km图 1 小系统仿真模型Fig.1 Small system simulation model1.2 控制系统模型经典控制环节参数见表1，直流控制系统使用的是PSD-BPA仿真软件中的DA数据卡，包括最大触发角控制、直流移相时间等数据；双馈风机使用的是GE数据卡，包括无功测量环节等数据。表 1 典型控制环节参数Table 1 Typical control link parameters控制环节参数项参数值直流控制最大触发角控制增益0.15最大触发角控制时间常数0.012熄弧角参考值19.5直流移相时间/s0.15定电压控制比例增益25定电压控制积分时间常
16、数0.005换相失败预测增益0.055换相失败预测输出角度时间常数0.02风机无功控制无功测量环节时间常数0.02无功外环比例环节放大倍数18无功外环比例积分放大倍数5Vol.6 No.1 曹昊，等：直流故障引发直流外送系统新能源脱网问题研究 732 直流故障引发的暂态过电压问题为便于理论分析，可将风火打捆新能源直流外送系统进行等值简化17。简化后的直流外送等值系统如图2所示。Qbw1QscSCQbs1Qbw2QcPw+jQwPs+jQsPd+jQdPgw+jQgwUwUdUsjxwjxsQbs2图 2 直流外送等值系统Fig.2 DC outgoing equivalent system其中：Pgw、Qgw为风机有功和无功出力；Pw、Qw为风机侧送出有功和无功功率；Ps、Qs为系统侧受入有功和无功功率；Qbw1、Qbw2为风机侧充电无功；Qbs1、Qbs2为系统侧充电无功；Qc为换流站并联补偿无功；Qsc为调相机补偿无功；Uw、Us、Ud分别为风机侧、系统侧和换流站母线电压；xw、xs为风机侧和系统侧电抗。风电送出的有功和无功可由潮流参数得出：gwwPP=（1）lw1bwscgwwQ
