由于直流输电系统仿真模型模块繁多且结构复杂，本文仅给出部分仿真模块（换流站系统仿真模块），上图2为换流站内一次系统仿真拓扑结构，其它仿真模块不一一列举。

2电压特性

扎鲁特直流定位是送出辽宁目前盈余电力，1000 万千瓦功率通过500千伏线路从全网远距离汇集，电压控制十分困难，集中表现在直流初始功率超过一定限值时交直流系统故障过程中，换流站及其近区暂态电压和故障后的稳态电压直接威胁一、二次设备安全。

2.1不同电容切投策略对电压的影响

暂态电压升高引起的设备安全问题成为影响扎鲁特直流输电能力的关键因素。扎鲁特直流双极闭锁，采取不同电容切头策略下换流站交流侧母线电压暂态过程如图3-图4所示。

图3 直流双极闭锁，不同电容投切策略下“扎鲁特” 换流站交流母线暂态电压

图4 直流双极闭锁，不同电容投切策略下“穆家”母线暂态电压

从图中可以看到，若不采取任何措施，扎鲁特直流双极闭锁后，对辽宁电网电压冲击很大，换流站交流母线暂态电压最高超过1.3pu，恢复稳态后的电压超过 1.2pu，其它母线暂态电压超过 1.1pu，恢复稳态后的电压超过1.05pu，系统无法正常运行。

一次性投切电容和分组逐步投切电容，二者在系统恢复到稳态后电压基本保持一致，逐步投切条件下，电压暂态恢复相对慢一些，暂态电压超标的时段更长。从以上分析可以看到，为了抑制辽宁特高压电网发生直流闭锁故障后的电压超标问题，迅速切除换流站电容器组和滤波器组，是有效措施之一。

2.2 输送容量对电压的影响

直流输送容量与闭锁故障后的电压暂态特性密切相关[3]，若直流输送容量大，闭锁后系统失去电压较多，无功不平衡功率差额也较大，对电网电压的冲击和影响就更大。不同输送容量下，扎鲁特直流双极闭锁，扎鲁特直流输送容量分别为 10000MW，8000MW，6000MW时，换流站交流侧母线电压暂态过程如图5—图6所示。

图5 直流双极闭锁，不同直流输送容量下扎鲁特换流站交流母线暂态电压

图6 直流双极闭锁，不同直流输送容量下穆家换流站交流母线暂态电压

从计算结果可以看到，随着扎鲁特直流输送容量的增加，扎鲁特直流双极闭锁后，对辽宁电网电压冲击也逐渐增加，系统暂态电压随着扎鲁特直流传输容量的增加而不断增加。三者的主要区别在于初始暂态过电压不同，电压恢复过程中的暂态电压不同，而稳态恢复电压基本相近。从以上分析可以看到，为了抑制辽宁特高压电网发生直流闭锁故障后的电压超标问题，在某些运行方式下，限制扎鲁特直流输送容量，也是有效措施之一。

输送容量最大（10000MW）时，当扎鲁特直流双极闭锁时，扎鲁特换流站和辽宁典型500KV

母线电压计算结果如下图7-图8所示。

图7扎鲁特直流10000MW，双极闭锁时扎鲁特换流站母线电压曲线

图 8扎鲁特直流10000MW，双极闭锁时辽宁典型500kV母线电压曲线

从计算结果可以看到：（1）扎鲁特直流发生闭锁故障后，大量容性无功注入交流系统，导致换流站周边电网电压迅速升高。电网其余各部分的电压也有较大的暂态电压，但换流站附近暂态电压的升高最为显著；（2）双极闭锁时近区500 kV母线瞬间电压接近1.4pu。可见直流闭锁瞬间由于无功大量剩余，换流站周围变电站母线电压快速升高，但在无功装置切除后，近区变电站母线电压均能够恢复到正常水平附近；

2.3 控制策略

双级闭锁故障下电压稳定性控制策略如下：

（1）直流换相[4]失败，如果直流输送功率1000万千瓦，换流母线暂态电压最高将达到 1.4pu；若要控制暂态电压不超过 1.3pu，需控制直流初始功率不大于840万千瓦；如果控制暂态电压不超过 1.1pu（风场的 220 千伏电压母线），需控制直流初始功率不大于620万千瓦；

（2）直流闭锁后系统的电压暂态过程和恢复后的电压运行状态，与直流闭锁故障前的系统运行状态、无功配置、直流功率、开机方式等多种因素有关，为保证系统电压的稳定运行和新能源的大规模送出，建议开展针对辽宁特高压电网直流闭锁故障下的辽宁地区无功和电压优化配置和运行的研究；

（3）为提高辽宁交直流混合电网电压稳定性和抵御事故的能力，建议开展主干网架动态无功补偿220KV风电接入网络动态无功补偿策略的研究。

3功角特性

扎鲁特直流发生单极闭锁或双极闭锁，辽宁送端电网均会失去大量负荷，产生电源过剩，从而引发较为剧烈的功率振荡和发电机功角摆动。在这个过程中，伴随着频率变化和电压的变化,本小节从功角角度来分析直流发生闭锁后电网的故障特性。

按照扎鲁特直流分别输送10000MW，8000MW，6000MW条件下，冬季大负荷，发生双极闭锁故障，研究辽宁电网典型机组功角特性。计算过程中暂不考虑切除机组措施，换流站电容器组在故障后0.5秒一次性投切，计算结果如下图9-11所示。

图9扎鲁特直流双极闭锁，不同直流输送容量下，绥中-伊敏机组功角特性曲线

图10扎鲁特直流双极闭锁，不同直流输送容量下，绥中-霍林河机组功角特性曲线

图11扎鲁特直流双极闭锁，不同直流输送容量下，绥中-白音华机组功角特性曲线

    经仿真计算结果可知：扎鲁特直流双极闭锁后辽宁电网重要机组的功角摇摆曲线如能够保持一致，典型大机组将发生功角摇摆[5]，最大功角差为20°，这表明同步稳定性[6]不是制约系统动态稳定问题的主要因素。

4频率特性

    扎鲁特直流工程投产后，当扎鲁特直流出现单极闭锁时，辽宁电网频率变化如图12-14所示。

图12扎鲁特直流双极闭锁时辽宁频率特性曲线

图 13扎鲁特直流双极闭锁时，切机5900MW，辽宁频率特性曲线

图14扎鲁特直流双极闭锁时，切机8540MW，辽宁频率特性曲线

从上图可以看出：（1）若扎鲁特直流双极闭锁，不采取任何切机措施，东北电网频率最高可能升至53.12Hz；（2）若扎鲁特直流双极闭锁或双极闭锁后再启动失败，为控制频率最高不超过51Hz，需切除东北电网590万千瓦电力，为控制稳态频率不超过50.2Hz需切除东北电网889万千瓦电力；

双级闭锁故障下频率稳定性及控制策略如下：为应对辽宁电网的高频问题，应在全网范围内组建频率稳定控制系统，系统以扎鲁特换流站为主站，以遍布全网的火电、风电、水电电源点或汇聚站为执行站，控制措施包括：集中切除运行风电场；切除运行水电机组；切常规火电机组，切除不影响或影响可以接受的供热火电机组。

5　结论

通过对扎鲁特直流输电系统投运后，辽宁地区部分电网的仿真研究了内容如下：分析了直流闭锁故障下，切投电容以及输送容量对辽宁部分电网电压特性的影响，并给出了相关应对措施；计算了辽宁部分电网在不同输送容量下的功角特性曲线，并通过分析得到了同步稳定性不是制约系统动态稳定问题的主要因素这一结论；研究了直流闭锁故障对辽宁部分电网频率的影响并制定相关应对措施。

参考文献

[1] 何金松，叶 鹏，马 坤，李家珏.特高压交直流混合电网无功优化控制[J].沈阳工程学院学报，2018，14（3）：247-252

[2] 王峰，刘天琪，丁媛媛，曾琦，李兴源.直流闭锁引起的暂态过电压计算方法及其影响因素分析[J].电网技术,2016,40(10):3059-3065 

[3] 韩平平 ，张海天 ，丁明 ，张炎 ，陈凌琦 ，李宾宾.大规模高压直流输电系统闭锁故障下送端风电场高电压穿越的控制策略[J].电网技术,2018,42(4):1086-1092.

[4] 陈光侵, 傅闯, 张勇军.基于阀电流特征的高压直流换相失败检测方法[J].电力系统自动化，2018,42（18）：1-6

[5] 顾卓远，汤涌，孙华东，易俊，何剑，安之.区域电网内弱联机群摆动对互联系统功角稳定性的影响[J]. 中国电机工程学报,2015, 35(6): 1337-1342 

[6] 许燕青，朱丽君，吕亚楠，任建平.基于复杂网络理论的电网同步稳定性研究[J].工况自动化，2015，41（10）：40-45 

                                     作者简介：郭祎珅  男  硕士研究生，主要研究方向为智能电网方向。