2.2 增加系统短路比和短路容量
酒湖特高压直流送端建设在新能源集中开发的边远地区，网架相对薄弱，交流对直流的支撑有限。一般利用有效短路比来衡量交流系统对于直流的支撑能力。对比加装调相机前后酒湖直流送端的短路比和短路容量如表 2 所示。调相机作为旋转设备，增强了交流电网的短路容量和支撑能力，增加短路电流约 2.3 kA，增加有效短路比约 0.39。
2.3 降低新能源高压脱网风险
考虑受端换流站近区短路故障等原因可能引发酒湖直流换相失败，仿真模拟直流换相失败故障。酒湖直流换相失败期间，交流滤波器无功大量释放， 换流站母线电压大幅升高。由图 3 可知，酒泉换流站暂态电压升高达 0.19 pu(152 kV)。同时，近区桥湾风机暂态电压升高最大为 0.22 pu，可能引发风机大面积高压脱网。按照风电机端电压不超过1.15 pu 的耐高压标准，需要预控风机初始运行电压不超过 0.93 pu，运行控制压力大。
采用加装调相机方案后，如图 4 所示，调相机在次暂态特性作用下，可发出大量感性无功抑制暂态过电压。如图 5，酒泉换流站暂态压升为 0.16 pu(128 kV)，相比未加装调相机方案降低了 24 kV。同时近区风机最大暂态压升降低至 0.19 pu，减小了运行控制压力，降低了风机高压脱网的风险。
2.4 抑制稳态过电压
酒湖直流发生双极闭锁故障，为保证系统功角稳定，以及柴达木 330 kV 母线电压在 315 kV 以上，需要采取切除配套电源 3000 MW 和近区风电1200 MW 的安控措施。故障后换流站母线电压由766 kV 升至 787 kV，稳态压升 21 kV，如图 6 所示。
采用调相机方案后， 利用进相能力在故障后吸收系统多余无功，稳态压升降至 12 kV，相比未加装调相机方案降低了 9 kV，改善了系统稳态电压水平。
3 调相机在直流受端的应用研究
华东长三角地区作为重要负荷中心，“十三五”期间负荷增长约 1.1 亿 kW。按照国家有关环保要求，长三角地区除热电联产机组外，原则上禁止审批新建燃煤发电项目，主要依靠直流馈入受电，呈现多直流集中馈入结构。以 2017 年规划电网为例，华东共 10 回直流馈入，上海馈入直流 4 回，江苏馈入直流 4 回，浙江馈入直流 2 回，如图 7 所示。
对于华东长三角直流多馈入地区，受端交流故障可能引发多回直流同时发生换相失败，一方面按照目前在运直流控制保护策略，直流发生换相失败2~3 次后需闭锁直流，多回直流若同时闭锁可能引发受端电网低频问题;另一方面多回直流同时换相失败扰动传递到直流送端，对送端系统造成巨大的能量冲击，导致送端存在失稳解列的风险，由局部孤立故障逐渐转变为系统性连锁故障[6,17]。同时，华东地区高比例受电，本地电源支撑少，系统发生严重故障时多回直流同时从系统中吸收大量无功，存在电压失稳的风险。
研究考虑在华东长三角地区的奉贤换流站、苏州换流站、政平换流站、南京换流站、泰州换流站分别加装 2 台调相机，单台额定容量 300 Mvar。
3.1 提高直流多馈入短路比
在直流多馈入地区，一般采用直流多馈入短路比(multi-infeed short circuit ratio， MISCR)来衡量交流系统对于直流的支撑能力[16]，对比加装调相机前后各直流的多馈入短路比如表 3 所示。调相机作为旋转设备，增强了长三角地区交流电网的短路容量和支撑能力，可有效提升各直流多馈入短路比。
3.2 降低多回直流同时换相失败的风险
调相机利用次暂态特性，故障瞬时可发出大量无功，能够降低直流换相失败的机率。对比加装调相机前后，江苏主要 500 kV 线路三永 N1 故障引发直流换相失败的线路条数如表 4 所示。
由表 4 可知，加装调相机可大幅减少多回直流同时换相失败的机率。以苏东善—秦淮三永 N1 故障为例，未加装调相机时，故障后导致葛南、复奉、锦苏、龙政、林枫、宜华、锡泰、晋南、溪浙共9 回直流发生换相失败，直流换相失败引发的暂态能量冲击高达 4800 万 kW，如图 8 所示。导致送端华中电网出现大量功率盈余，系统无法消纳华中机组的加速能量，华中对华北机组发生功角失稳，引发华北—华中电网失稳解列，如图 9 所示。
