特高压直流分层接入方式下电压稳定特性研究

摘要

特高压直流输电技术能实现大容量电能在远距离，特别是跨国、跨洲中输送，未来能源互联网中，强交强直将成为电网骨干架的主要形态。随着直流输送容量的不断增加，以及直流落点的越来越密集，现有直流接入方式将不利于受端系统的潮流疏散，并且会在电压支撑等方面带来一系列问题。所以，国家电网公司将在规划的特高压直流输电工程中采用直流分层接入技术。
　　分层接入方式下的直流系统不管在拓扑结构还是控制方式上都有别于传统的直流单层接入方式，为保证交直流系统的安全稳定运行，对这新型直流接入方式下受端混联系统的特性亟需一个整体的认识和研究。本文以此为背景，内容从以下4个方面展开。
　　首先研究了特高压直流分层接入方式下直流系统的模型和控制系统的实现。根据直流逆变侧高低端逆变器需要独立控制的特点，确定了主控制、极控制和阀控制的控制功能；以即将投运的锡盟-泰州特高压直流输电工程为背景，在电磁暂态仿真软件PSCAD中搭建了?800kV特高压直流分层接入的仿真模型，分析了直流及其控制系统的响应特性；进而，根据江苏实际电网数据，分析了分层接入方式在潮流疏散和提高受端电网电压支撑能力这两方面的优势。
　　其次研究了特高压直流分层接入方式下受端各层换流母线的电压稳定特性。分析了接入不同层逆变器的功率输出特性，并基于降阶雅克比矩阵推导了换流母线处电压稳定性因子的计算公式；提出了分层接入方式下受端各层换流母线电压稳定判据，以此分析了不同直流控制方式下电压稳定性的差异，得到了不同控制方式下电压稳定性的排序；同时，研究了直流功率输送水平对换流母线电压稳定的影响。
　　然后对特高压分层接入方式下受端各层换流母线的电压稳定裕度指标进行了研究。基于电网节点阻抗矩阵和多端口网络等值方法，将分层接入方式下的直流从其落点处等值成两个相对独立单端口网络的形式；利用阻抗匹配定理，推导了分层接入方式下，直流在各层换流母线电压稳定裕度的计算表达式；进而，研究了虚拟电压源、虚拟阻抗和虚拟功率的直流等值方案，分析了三者计算出的电压稳定裕度的差异及差异形成原因；最后，以实际电网数据为例，验证了该换流母线电压稳定裕度指标在实际电网中应用的可行性。
　　最后研究了特高压直流分层接入方式下，送受端换流母线电压变化对直流输送功率的影响。根据分层直流自身结构和控制系统的特点，提出了三种直流电流控制权的切换方案，并研究了不同切换方案下，交直流系统的相互影响。
　　本文对于分层接入方式下受端交直流混联系统特性的整体研究和提出的相关策略和方法可为实际工程的安全稳定运行提供技术参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1研究的背景及意义

1.2国内外研究动态

1.3本文主要工作

第二章 分层接入方式下特高压直流模型及控制系统研究

2.1引言

2.2分层接入方式下直流输电系统稳态数学模型

2.3分层直流系统的数学模型及其响应特性

2.4 分层直流系统静态响应特性分析

2.5 锡盟-泰州特高压直流分层接入的特点

2.6本章小结

第三章 特高压直流分层接入方式下换流母线电压静态稳定特性研究

3.1引言

3.2分层接入方式下换流器的功率外特性

3.3分层接入方式下电压稳定特性分析

3.4本章小结

第四章 特高压直流分层接入方式下换流母线电压稳定裕度指标研究

4.1引言

4.2基于阻抗匹配理论的节点电压稳定裕度指标

4.3特高压直流分层接入场景下电压稳定裕度指标研究

4.4本章小结

第五章 特高压分层接入方式下送受端电压变化对直流输送功率的影响研究

5.1引言

5.2影响分层直流功率送出的因素

5.3分层直流功率输出能力分析

5.4不同直流电流控制切换方案下交直流系统的相互影响

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢