摘要：特高压直流输电(UHVDC)以其输送容量大、输电损耗小和运行成本低等特点，在远距离输电工程中发挥着重要作用。但是，随着特高压直流工程的投运，多回直流集中馈入同一地区引发的潮流分布不合理和电压稳定问题日益突出。基于电网换相换流器(LCC)的多回直流落点集中不仅导致局部潮流过重和短路电流水平提升，而且使换流器在换相失败后恢复过程中吸收大量无功功率，易引发弱交流系统电压失稳问题，严重威胁受端交流电网的安全稳定运行。基于此，本文对同步调相机对特高压直流输电系统最大传输功率的影响进行了阐述。
关键词：同步调相机；特高压直流输电系统；最大传输功率；影响
中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号
1调相机运行原理
调相机系统主要由调相机本体、励磁系统、升压变压器系统、启动系统、冷却系统、油系统以及保护系统组成。调相机本体和励磁系统是整个调相机系统的核心部分，通过调节励磁系统使得调相机工作于不同的状态，实现对电网的调节功能。
2同步调相机的控制策略
2.1经同步调相机补偿的HVDC电压稳定控制策略
高压直流（HVDC）传输系统在最近的几年里逐渐成为电力研究中令人关注的领域。HVDC传输系统控制DC功率以控制负载和电源之间的相角，从而稳定由电力系统中的功率变化引起的电能干扰。因此，HVDC传输系统可以实现两个异步通信系统。连接不需要考虑AC系统之间的相位差。此外，HVDC传输系统还可以实现以不同频率工作的AC系统的连接。因此，HVDC传输系统通过允许不兼容网络之间的电力交换来提高每个电网的稳定性和经济性。尽管HVDC传输系统具有各种优点，但是必须提供足够的无功功率以确保HVDC传输系统的安全和稳定操作。
现有的无功功率补偿装置主要包括电力电容器，静态补偿器和同步调相机。在保持电压稳定性和调节平滑度方面，功率电容器不如同步调相机。静态补偿器响应速度快，电压调节效果好，但其设计和制造非常复杂，成本高。当同步调相机在运行的时候可以通过快速调节激励方式来增加或减少同步相机的无功功率输出。如果当同步调相机的无功输出不会受到电网运行情况的影响时，那么同步调相机对就能提高内部交流电压的稳定性。
2.2同步调相机的HVDC输电系统电压稳定控制策略
电力系统中出现电压扰动时，需要进行相关的无功补偿得以实现电压稳定。随着直流输电系统的容量迅速增加和电压逐步升高，无功功率的补偿显得尤为重要，直流输电系统中的换流器正常运转需要的无功功率是由交流电网提供以实现其安全稳定运行。目前换流站内无功功率补偿装置主要是静态无功功率补偿装置和同步调相机。静态无功功率补偿装置与同步调相机相比，同步调相机自身容量较大，其原因是当有无功输出时不受电力系统的运行状态所扰动。同步调相机可以在自动励磁调压器AVR系统作用下实现快速高效的无功电能输出。
3同步调相机对分层接入特高压直流输电系统最大传输有功功率的影响
在分层接入特高压直流输电系统的500 kV侧交流母线处投入同步调相机，可对母线电压提供支撑，有利于系统的稳定运行，而直流输电系统稳定极限可以用最大传输功率(MAP)指标来表征，MAP值越大，代表系统的稳定性越大。通过仿真和计算直流系统最大功率曲线(MPC)的方法，可进一步得到MAP值，从而研究同步调相机对分层接入系统稳态运行极限的影响。MPC曲线是指不采用特殊的交流电压的控制时，不断改变直流电流定值形成的Pd?Id关系曲线。
最初MPC曲线纵坐标直流功率Pd随着直流电流Id的上升而逐渐增大，当直流电流上升的速率小于直流电压下降的速率时，Pd随之下降，故在MPC曲线中存在Pd极大值，即最大传输有功功率MAP值。
下文将根据含同步调相机的分层接入特高压直流输电系统功率传输数学模型，在保持1 000 kV侧SCR2不变情况下研究500 kV侧交流系统短路比SCR1和同步调相机容量对分层接入特高压直流输电系统MPC曲线和MAP值的影响。其中，SCR1从2变化到5。
计算出投入与不投入300 MVA同步调相机时，分层接入特高压直流输电系统在不同SCR1下的MPC曲线和MAP值，对比计算值与仿真值，以验证分层接入特高压直流输电系统功率传输数学模型的正确性。其中计算出的MPC曲线和MAP值均已标幺化，功率基准为10 000 MW。
1）仿真值和理论计算的误差分析结果，可得出投入和不投入同步调相机的条件下，直流输电系统MPC曲线的计算值与仿真值均基本一致，表明本文建立的分层接入特高压直流输电系统功率传输数学模型是正确的。
2）保持受端1 000 kV侧交流系统SCR2不变，当受端500 kV侧交流系统SCR1增大时，无论投入还是不投入同步调相机，相同直流电流条件下系统传输功率均随之增大。可见，SCR1越大，分层接入特高压直流输电系统的传输功率越高。
3）当SCR1相同时，投入比不投入同步调相机的传输有功功率Pd大(相同的直流电流下)，系统最大传输功率MAP值也增大。表明同步调相机能提高分层接入特高压直流输电系统MAP值，从而提高了分层接入特高压直流输电系统的稳态运行极限。
将同步调相机接入分层接入特高压直流输电系统的受端500 kV侧交流系统母线，计算同步调相机容量变化时分层接入特高压直流输电系统的MPC曲线和MAP值，结果SCR1为3。
保持受端500 kV和1 000 kV侧交流系统SCR不变时，在相同电流条件下，不投入同步调相机(即投入0 MVA)、投入150 MVA和300 MVA同步调相机所对应的直流输电系统传输功率依次递增，随着同步调相机容量增大，分层接入特高压直流输电系统的最大传输功率(MAP)随之增大，表明增大同步调相机容量可以提高分层接入直流输电系统的稳态运行极限。同步调相机容量变化时的MAP值和在不投入同步调相机条件下SCR1变化时的MAP值有类似变化趋势。可见，增大同步调相机容量能等效增大分层接入特高压直流输电系统受端500 kV侧交流系统强度。
为了更加直观表明SCR1和同步调相机容量同时改变时同步调相机对分层接入特高压直流输电系统MAP值影响，下文将采用最大传输有功功率增加量(IMAP)指标来表征同步调相机的作用效果。IMAP是指在SCR1不变时，用同步调相机容量改变后的MAP值，减去不含同步调相机的MAP值所得到的增加量。将300 MVA的同步调相机接入分层接入特高压直流输电系统受端500 kV侧交流母线处，SCR1越大，IMAP值越小。要使SCR1为5与SCR1为4的IMAP值相同，同步调相机的容量须超过350 MVA，大于SCR1为4时所需要的300MVA。可见，随着SCR1的增大,相同容量的同步调相机对MAP值的作用效果逐渐减弱，要使同步调相机在SCR1增大后达到同样作用效果，同步调相机的容量必须相应地增大。
4结束语
随着新型调相机在直流特高压工程中的应用，调相机的无功特性以及状态监测研究具有重要意义。研究了同步调相机对分层接入特高压直流系统最大传输有功功率、最大传输有功功率增加量的影响，为实际工程配置同步调相机提供了理论依据。
参考文献
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