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2025-09-29
直流故障的频率特性分析
【摘要】：从以上分析可以看到，为了抑制电网发生直流闭锁故障后的频率超标问题，需要考虑最恶劣的运行方式，特别是小负荷运行方式。此时，系统的转动惯量较少，频率变化比较敏感，抵御能量的不平衡能力较差。图6.11输电网直流双极闭锁，冬季小负荷下，风电接入容量分别为2 000 MW、6 000 MW、8 000 MW、10 000 MW条件下，电网的频率特性曲线
对于电网供电质量而言，频率是电能质量指标体系中的一个，同时频率也能很好地表征电网的运行状态。正常情况下，系统负荷发生较小变化时，发电机组的调速系统就开始以自动响应的方式调节发电机组的出力大小，使得整个系统的功率回归平衡，从而保证系统的频率偏差在系统所运行的正常范围内。如果系统发生大规模功率失衡事件，如负荷脱落、脱机、直流闭锁等，系统的功率平衡的状态遭破坏，依靠系统电源的常规调节已经无法维持系统的功率平衡，系统频率就会出现下降或者上升，甚至会发生系统频率崩溃，造成大面积发生停电现象。因此对于现代的大型交直流电网的频率特性以及动态变化过程的特点有必要做深入的了解，确保电网的安全稳定运行。
以直流送出系统为例，若交直流混合电网的直流送出容量占区域电网总负荷的比例较大，大规模直流输电的功率特性使得系统电网频率调节能力下降，频率稳定就会成为制约电网稳定运行和电力输出的最关键因素。我国规定，电力系统频率偏差超出以下数值则构成事故：装机容量在3 000 MW以下电力系统，频率偏差超出（50±0.5）Hz，延续时间1 h以上；或频率偏差超出（50±1）Hz，延续时间15 min以上，即认为系统事故。系统装机容量一般在3 000 MW以上，频率偏差超出（50±0.2）Hz，延续时间1 h以上；或频率偏差超出（50±1）Hz，延续时间15 min以上，视为系统故障。
高压直流发生单极或双极闭锁时相当于电网同时损失大量负荷或电源，若为直流送端系统，相当于瞬间失去大量负荷，将面临系统频率迅速升高，需要切除部分运行机组；若为直流受端系统，相当于瞬间失去大量电源，系统将面临频率快速降低，需要切除负荷。
本小节介绍当某电网发生直流闭锁后的系统频率特性，同样以某特高压送端电网为例，进行计算分析。按如下计算条件：
（1）电网直流输送容量8 000 MW，双极闭锁，某电网冬季小负荷方式，电网风电接入容量分别为2 000 MW、6 000 MW、8 000 MW、10 000 MW，无旋转备用，无切机措施。
计算结果如图6.9所示，随着电网直流输送容量的增加，在发生直流双极闭锁后，对电网电压冲击也逐渐增加，系统频率上升高度随着某电网直流传输容量的增加而不断增加。
从以上分析可以看到，为了抑制电网特高压电网发生直流闭锁故障后的频率攀升问题，在某些运行方式下，需要限制电网直流输送容量。
图6.9 输电网直流双极闭锁，不同直流输送容量下，电网的频率特性曲线
（2）电网直流输送容量8 000 MW，双极闭锁，冬季大负荷、冬腰负荷和冬季小负荷下，无旋转备用，无切机措施。(https://www.chuimin.cn)
计算结果如图6.10所示，随着系统负荷水平的增加，系统的整体惯量增加，在发生直流双极闭锁后，电网抵御能量不平衡冲击的能力也逐渐加强，系统动态频率攀升高度随着系统负荷水平的增加而不断减少。
从以上分析可以看到，为了抑制电网发生直流闭锁故障后的频率超标问题，需要考虑最恶劣的运行方式，特别是小负荷运行方式。此时，系统的转动惯量较少，频率变化比较敏感，抵御能量的不平衡能力较差。
（3）电网冬季大负荷方式，无旋转备用，直流输送容量8 000 MW、6 000 MW、4 000 MW条件下，无切机措施。
图6.10 输电网直流双极闭锁，分别在冬季大负荷、冬腰和冬季小负荷下，电网的频率特性曲线
计算结果如图6.11所示，随着系统风电接入容量的增加，系统的整体惯量减少，输电网直流双极闭锁后，其抵御能量不平衡冲击的能力也逐渐减弱，系统动态频率攀升高度随着系统风电接入容量的增加而不断增加。
从以上分析可以看到，为了抑制电网发生直流闭锁故障后的频率超标问题，需要考虑最恶劣的运行方式，特别是小负荷、风电大发运行方式。此时，系统的转动惯量较少，频率变化比较敏感，抵御能量的不平衡能力较差。
图6.11 输电网直流双极闭锁，冬季小负荷下，风电接入容量分别为2 000 MW、6 000 MW、8 000 MW、10 000 MW条件下，电网的频率特性曲线
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2025-09-29
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