换流站在不同故障条件下对区域电网的影响

摘要

随着我国“西电东送”和大规模互联电网工程的全面推进，高压直流输电已经成为我国跨地区输电最重要的途径，交直流混合运行的格局在我国电网中已逐渐形成。高压直流输电在远距离、大容量输电中有着诸多优势，同时也应清楚地认识到直流输电发展所面临的潜在问题。换流站是高压直流输电系统中最为重要和复杂的部分，同时也是故障频发的地方，其运行方式、控制保护策略、故障形式和机理都与传统交流系统有很大差异。换流站故障会造成较大的功率损失，导致受端交流系统功率不平衡和电压失稳，若受端系统较弱并对故障处理不当，可造成整个交直流系统的崩溃。所以分析换流站在不同故障条件下对区域电网的影响对保证高压直流输电及受端交流系统的安全稳定运行有着十分重要的意义。
　　本文以±800kV糯扎渡高压直流工程和南方电网科技项目“换流站对江门电网的影响研究”为背景，研究换流站基本工作原理、控制系统特性以及保护系统的配置和功能，在此基础上采用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序，建立对应的±800kV双12脉动高压直流输电系统和受端220kV及以上交流系统的仿真模型，实现了对实际工程的精确模拟。
　　从换相失败的机理入手，分析换相失败的过程和各个影响因素，采用运算法研究换相失败时直流和交流电流的变化，以及向受端注入高谐波电流和容性电流产生的影响。仿真分析逆变换流站正极超前触发角过小和交流系统线路三相短路导致的换相失败过程及对受端电网的影响，并分析得出交流系统三相经电阻接地不发生换相失败的临界电阻值。
　　研究逆变换流器各类常见短路故障的机理、过程以及对受端交流系统可能造成的影响，并对每一类短路故障选取了典型情况进行仿真分析。分析了四种故障情况下的直流系统电磁暂态过程、控制系统调整措施以及对受端交流系统的具体影响，并对受端系统数据进行了总结对比。最后提出减小受端电网因换流站故障带来的影响的措施，分析不同短路比情况下的故障影响程度，换流站无功配置优化，以及直流控制方式对交流系统的影响，确保受端交流系统安全稳定运行。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 高压直流输电的建模

1．2．2 换相失败

1．2．3 高压直流输电对交流系统的影响

1．3 本文研究的主要内容

第二章 换流站及其控制保护系统

2．1 换流站介绍及站内主接线

2．2 换流站控制原理及其配置

2．2．1 控制系统的多重化与分层结构

2．2．2 直流输电控制原理

2．2．3 换流站的控制方式

2．3 换流站保护

2．3．1 高压直流系统保护配置原则

2．3．2 换流站保护分区

2．3．3 换流站保护系统的主要配置

2．4 PSCAD电磁暂态仿真模型的建立

2．4．1 仿真软件的选择

2．4．2 高压直流输电系统模型的建立

2．4．3 受端交流系统模型的建立

2．5 本章小结

第三章 换流站换相失败对受端电网的影响

3．1 换相失败的机理

3．2 换相失败时直流电流与交流电流的分析

3．3 换流站触发脉冲故障导致的换相失败对受端系统的影响

3．4 换流站交流母线电压过低导致的换相失败对受端系统的影响

3．4．1 受端电网输电线三相金属性接地故障

3．4．2 换流站交流母线三相经电阻接地故障

3．5 本章小结

第四章 逆变换流器短路故障对受端电网的影响

4．1 换流站设备短路故障的机理分析

4．1．1 逆变器阀短路故障

4．1．2 直流侧出口短路故障

4．1．3 直流侧对地短路故障

4．1．4 交流侧单相接地短路故障

4．1．5 交流侧相间短路故障

4．2 逆变换流器短路故障仿真分析

4．2．1 直流侧出口短路仿真分析

4．2．2 直流侧对地短路仿真分析

4．2．3 交流侧单相接地短路故障仿真分析

4．2．4 交流侧相间短路故障仿真分析

4．3 本章小结

第五章 减小受端电网因换流站故障带来的影响

5．1 提高交流系统强度和稳定性

5．1．1 短路比和有效短路比

5．1．2 有效惯性常数

5．2 换流站的无功配置优化

5．3 高压直流输电控制方式对交流系统的影响

5．3．1 整流侧控制方式对交流系统的影响

5．3．2 逆变侧控制方式对交流系统的影响

5．3．3 低压限流控制对交流系统的影响

5．4 紧急功率支援对受端电网恢复的影响

5．5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

声明

致谢