具有多馈入直流输电的交直流电力系统电磁暂态仿真研究

摘要

直流输电自身所具有的诸多优点,使得直流输电在世界范围内取得了广泛的应用,特别在远距离输电和大型电网互联中起着越来越重要的作用。到2020年我国直流输电工程预计达27项,其中包括6项特高压直流输电工程,届时将在我国珠三角和长三角等地区形成大规模的多馈入直流输电系统。直流输电带来了巨大的经济效益,但由于交直流系统之间的相互作用,尤其是与弱交流系统相连时,也可能产生电压不稳定、暂态不稳定、动态过电压和谐波不稳定等一系列问题。当多回直流输电系统馈入同一交流系统时,系统的相互作用更加复杂,将会带来许多特殊问题。此外,由于直流系统自身的开关特性,需要通过电磁暂态仿真详尽分析交直流系统的动态特性。为此,本文对多馈入直流输电的动态特性和具有多馈入直流输电的大规模交直流系统的电磁暂态仿真进行了深入研究,主要取得了如下成果:
　　1)对多馈入短路比和多馈入相互作用因子,及其相互关系进行深入研究。经理论推导,指出目前文献中出现的两种多馈入短路比定义在本质上是一致的,并推导出多馈入相互作用因子与系统阻抗间的关系,及其简化计算公式。在此基础上,给出多馈入直流输电系统中由直流闭锁引起的暂态过电压的计算方法。论文计算了华东多馈入直流输电系统的计算其多馈入短路比、多馈入相互作用因子,及由直流闭锁引起暂态过电压,并得出了一些有意义的结论。
　　2)论文研究了建立具有多馈入直流输电系统的大规模交直流系统的电磁暂态仿真模型的原则和方法。研究了实际运行的直流输电工程,及其控制系统。在此基础上,建立了高压直流输电系统和特高压直流输电系统的电磁暂态仿真模型。
　　3)根据华东电网2010年网架,建立了基于PSCAD/EMTDC平台的华东多馈入直流输电系统的电磁暂态仿真模型,通过潮流校核、直流系统电压/电流外特性校核,以及故障复算等方法对其进行校验,验证了所建立模型的有效性,同时也验证了所给出的建模方法和原则的合理性与正确性。在此基础上,研究了华东电网的系统特性,并针对系统中存在的问题给出合理的改进建议。最后指出换流母线电压的降低与畸变是导致多回直流同时发生换相失败的直接因素,可以采用有源滤波器和SVC来改善直流系统的换流特性。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 多馈入交直流系统的问题与分析方法

1.2.2 电力系统电磁暂态仿真

1.2.3 国内外研究存在的问题

1.3 本文的主要工作

第二章 直流输电系统及电力系统电磁暂态仿真原理

2.1 高压直流输电系统的主要元件

2.2 高压直流输电系统的控制系统

2.2.1 控制系统的分层结构

2.2.2 基本控制原理

2.2.3 基本控制方式

2.2.4 换流器触发控制系统

2.3 电力系统电磁暂态数字仿真的基本原理

2.3.1 电磁暂态仿真的基本思想

2.3.2 线性无耦合集中参数元件暂态等值计算电路

2.4 PSCAD/EMTDC 软件简介

2.4.1 典型用途

2.4.2 不同版本的限制

2.4.3 PSCAD 元件模型库

2.4.4 EMTDC 的程序结构

2.4.5 PSCAD/EMTDC 的几点应用说明

2.5 小结

第三章 多馈入直流输电系统及其特性

3.1 多馈入直流输电系统的定义及分类

3.2 传统短路比和有效短路比

3.3 多馈入短路比与多馈入相互作用因子

3.3.1 多馈相互作用因子的定义

3.3.2 多馈入短路比的定义

3.3.3 两者之间的关系

3.4 多馈入直流输电系统的暂态过电压计算

3.5 华东多馈入直流输电系统分析

3.5.1 系统概况

3.5.2 MSCR 和 MIIF 的计算

3.5.3 暂态过电压

3.5.4 结论分析

3.6 小结

第四章 大规模交直流系统的电磁暂态仿真建模

4.1 交流系统仿真建模

4.1.1 基本原则

4.1.2 确定需要保留的网络规模的方法

4.2 高压直流输电系统仿真建模

4.2.1 主回路

4.2.2 控制系统

4.2.3 实际直流输电系统仿真建模实例

4.3 特高压直流输电仿真建模

4.3.1 基本原则

4.3.2 实际特高压直流输电系统仿真建模实例

4.4 仿真步长的确定

4.5 初始化问题

4.6 校验方法

4.7 小结

第五章 实际大规模交直流系统的电磁暂态仿真与分析

5.1 华东电网简介

5.2 目标网架方案

5.3 目标网架仿真模型建模

5.3.1 仿真模型建模原则与方法

5.3.2 仿真系统规模

5.4 仿真系统的校核

5.4.1 潮流校核

5.4.2 故障复算

5.5 系统特性仿真分析

5.6 小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 今后工作的展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文