高压直流输电控制与保护电磁暂态建模及仿真应用研究

摘要

高压直流输电技术（简称HVDC）在我国得到了广泛应用，HVDC系统电磁暂态建模是研究控制和保护系统运行特性的重要技术方法。换流站作为HVDC系统的核心，建设复杂元件昂贵，因此分析换流站区内典型故障特征及相应地保护配置建模显得十分必要。另外，我国能源分布特点决定了大电源经弱交强直外送HVDC孤岛运行方式的出现，如何提高其安全稳定性也得到越来越多的关注。在此背景下，论文结合国内某500kV直流输电工程，开展了HVDC及其控制保护系统的详细建模与仿真研究，主要研究内容如下：
　　1)阐述HVDC技术的换流原理、数学模型、HVDC控制系统的分层结构及保护系统的配置方法等。重点讨论极控制层中换流器触发角控制（简称CFC）和换流变压器分接头控制(简称TCC)的相互配合方法，以及一次系统与控制、保护系统之间的通信方式。
　　2)在 PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上，搭建±500kV三峡至广东直流输电工程（简称三广直流）详细模型。详细地介绍HVDC一次系统元件和控制系统不同控制环节的工作原理和建模方法，同时根据需要开发自定义元件模型，并通过 HVDC稳定运行仿真结果验证三广直流详细模型的有效性和准确性。
　　3)对正常联网方式下换流站区内常见的三种典型故障（阀短路、阀间接地短路和直流侧极母线接地短路）的故障特征进行分析。以此为依据搭建HVDC保护系统模型，其中故障检测模型给出不同故障相应的保护判据，故障清除模型给出详细的保护措施及延时，PSCAD/EMTDC仿真结果验证换流站故障特性理论分析的准确性及保护系统建模的可靠性和灵敏性。
　　4)对HVDC系统进入孤岛和孤岛运行的控制策略进行了研究，其中包括孤岛工况下送端交流系统三相短路、发电机跳闸和换流阀单级闭锁等故障引起频率波动和过电压的控制策略，对提高HVDC孤岛运行的稳定性有着一定的参考意义。

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1绪论

1.1引言

1.2国内外的研究动态及选题意义

1.3本文的主要工作和章节安排

2 HVDC系统的组成及基本原理

2.1 12脉动换流桥的工作原理

2.2 HVDC系统的稳态数学模型

2.3双极HVDC系统的介绍

2.4本章小结

3基于PSCAD/EMTDC软件的HVDC及其控制系统建模

3.1 PSCAD/EMTDC仿真环境

3.2 HVDC系统控制系统建模

3.3 HVDC系统稳定运行结果分析

3.4本章小结

4 HVDC换流站区内主要故障模拟及保护系统建模

4.1 HVDC换流站内主要故障特征

4.2换流站主要故障模拟以及保护系统建模

4.3 HVDC系统主要故障仿真结果

4.4 HVDC保护系统仿真结果

4.5本章小结

5在孤岛运行工况下HVDC控制系统若干问题的探讨

5.1直流孤岛运行建模

5.2直流孤岛运行的频率控制

5.3直流孤岛运行的过电压控制

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作与展望

致谢

参考文献