抑制多直流换相失败的故障限流器作用机理分析及多目标优化配置

摘要

在具有多馈入直流(multi-infeed direct current, MIDC)格局的交直流混联系统中，直流逆变侧发生短路故障时，一方面会带来短路电流越限的问题，另一方面，交流系统电压持续降低会引起多回直流输电系统连续发生同时换相失败，严重情况下甚至造成送端电网出现暂态稳定性问题。故障限流器（fault current limiter，FCL）不仅能够有效地限制短路电流，同时还具有抑制直流换相失败的效果。因此，本文通过在换流站附近短路故障发生区域内的不同位置加装FCL，研究其对直流换相失败及由此带来的电力系统暂态稳定性的影响，并利用FCL抑制多回直流换相失败的特点提出了一种多目标优化配置方法，具体开展的研究工作如下:
　　1)对直流换相失败的机理、影响因素等进行了研究和总结，并扩展到对多馈入直流输电系统中换相失败特点的探索。
　　2)针对多馈入直流输电系统中存在的换相失败问题，从机理上分别解释了FCL抑制单回直流换相失败与多回直流同时换相失败的原因，并利用扩展等面积准则(extendedequal area criterion，EEAC)理论，分析了不同功率流向情况下，FCL投入后对多馈入交直流混联系统送端暂态稳定性的影响。
　　3)在仿真软件PSD-BPA中，以国家电网公司规划的“三华”交直流电网为研究对象，选取串联谐振型故障限流模型进行仿真，验证了FCL能够有效抑制直流换相失败，并且可以降低具有MIDC的交直流混联系统发生同时换相失败的风险概率;同时也验证了FCL的投入可以缓解多回直流同时换相失败引起的交流系统功率波动，进而能够提高由于功率不平衡导致机群间相对运动下系统暂态安全稳定裕度。
　　4)综合考虑FCL成本、限流效果以及对换相失败的抑制效果等方面，提出了一种兼顾多直流换相失败抑制的FCL优化配置方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 交直流混联系统中存在的问题

1．1．2 课题研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 故障限流器的研究现状

1．2．2 故障限流器抑制直流换相失败的研究现状

1．2．3 故障限流器优化配置的研究现状

1．2．4 现有研究存在的问题

1．3 本文的主要工作

2 故障限流器模型与直流换相失败

2．1 故障限流器的仿真模型

2．1．1 故障限流器仿真模型简介

2．1．2 故障限流器仿真模型中相关参数选择原则

2．2 高压直流输电系统的换相失败

2．2．1 换相过程

2．2．2 换相失败机理

2．2．3 逆变侧换相失败影响因素分析

2．3 多馈入直流输电系统的换相失败

2．3．1 多馈入直流输电系统

2．3．2 多馈入直流输电系统的换相失败

2．4 本章小结

3 故障限流器抑制直流换相失败的机理分析

3．1 直流系统换流器等效电路

3．2 故障限流器对单回直流换相失败的抑制作用

3．2．1 单极双端直流输电系统简化模型

3．2．2 故障限流器抑制单回直流换相失败的机理分析

3．3 故障限流器对多回直流同时换相失败的抑制作用

3．3．1 多馈入直流输电系统简化模型

3．3．2 故障限流器投入后对网络结构的影响

3．3．3 故障限流器抑制多回直流同时换相失败的原因分析

3．4 基于实际电网的算例

3．4．1 “三华”电网概述

3．4．2 算例分析

3．5 本章小结

4 故障限流器抑制换相失败提升系统暂态稳定性的量化分析

4．1 扩展等面积准则(EEAC)

4．2 故障限流器抑制换相失败提升系统哲态稳定性的量化分析

4．2．1 长南线北送方式

4．2．2 长南线南送方式

4．3 基于“三华”刀电网的仿真算例

4．3．1 长南线北送方式

4．3．2 长南线南送方式

4．4 本章小结

5 兼顾多直流同时换相失败抑制的故障限流器优化配置方法

5．1 兼顾多直流同时换相失败抑制的指标

5．2 故障限流器优化配置的数学模型

5．3 故障限流器配置场景

5．3．1 故障限流器阻抗值的选择

5．3．2 故障限流器安装位置选择

5．3．3 故障限流器配置场景的生成

5．4 故障限流器优化配置方法及流程

5．5 基于上海电网的算例

5．6 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 今后工作的展望

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况