含柔性直流的交直流混合输电网运行特性研究

摘要

近年来，柔性直流输电作为一种优异的输电方式越来越得到关注。对于日益发展的高压交流电网，负荷的增加和有限输电容量的矛盾愈发凸显。与传统的直流输电不同，柔性直流输电系统可以实现有功功率和无功功率的独立传输，不需要进行无功补偿，有效改善电网的供电可靠性和电能质量。目前国内外已经建成多条柔性直流输电线路，柔性直流输电技术也越来越受到国内外学者的广泛关注和研究，其发展前景大为可观。对于含柔性直流的交直流混合输电系统，传统的研究都是将交流系统直接等效为无穷大电源或者无源负荷，并没有考虑不同节点自身的特性和相互之间的作用，不符合工程实际情况。本文通过构建含柔性直流输电的交直流混合输电网模型，分析混联系统在正常运行时的特性和发生短路故障后的动态过程。本文主要研究内容如下：
　　首先，分析了模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）的结构、特点以及子模块的运行模式，根据其结构构建了交直流解耦模型。结合某地区电网的特点搭建了等效的220kV高压交流电网模型，并对该电网的正常运行状态进行仿真，结果表明该电网存在电压跌落、部分线路功率过大等问题，针对上述问题，考虑加入一条柔性直流输电线路，搭建了等效交直流输电网模型，为后续的分析提供了理论基础。
　　其次，基于矢量控制的思想，将MMC的控制分为内环控制和外环控制两个部分，并设计了相应的控制器。通过分析交直流混合输电网的特点，制定了合适的直流系统控制策略，通过PSCAD分别对基于柔性直流的交直流混联系统正常运行、直流线路扰动、负荷增加、直流线路传输功率增加等情况进行了仿真分析。仿真结果验证了控制策略的有效性，表明加入柔性直流后可以改善交流系统各节点电压的运行水平和各条线路上的有功分布。
　　最后，通过 PSCAD仿真软件仿真分析了送端换流站、受端换流站交流侧发生三相短路故障和直流线路发生双极短路故障时系统的动态过程。针对直流系统双极短路故障发生时短路电流急剧增大、系统电压水平下降等问题，提出了在直流线路上串联限流电路的基础上配合切负荷等措施，仿真结果表明该策略有效抑制了系统的短路电流，提高了系统运行电压水平，优化了系统的有功分布。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 MMC-HVDC数学模型及交直流混合电网模型

2.1 引言

2.2 MMC特性分析

2.3 MMC-HVDC数学模型

2.4 交直流混合输电网模型及仿真分析

2.5 本章小结

3 交直流混合输电网正常运行特性分析

3.1 引言

3.2 交直流混合输电网的控制策略研究

3.3 交直流混合输电网正常运行状态仿真分析

3.4 本章小结

4 交直流混合输电网故障后动态过程分析及改善措施研究

4.1 引言

4.2 交流系统三相短路故障动态过程分析

4.3 直流系统双极短路故障动态过程分析

4.4 双极故障后提高系统动态稳定性措施研究

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献