动态无功补偿设备在高压直流输电换相失败中的应用研究

摘要

换相失败是高压直流输电系统最常见也是比较严重的故障之一，可能会导致系统直流电流剧增、换流阀寿命缩短、直流输电功率减少及逆变侧弱交流系统电压不稳定等严重后果。若换相失败后的处理方式不当，可能引发后续的换相失败，连续换相失败可能引起换流站双极闭锁，导致直流传输功率中断。
　　分析了高压直流输电换相失败理论并通过对华东地区的案例进行统计分析，找出这一事故的主要原因，即交流侧电压跌落。提出在逆变站母线处配置一定容量的动态无功补偿设备抑制换相失败。为了对动态无功补偿设备发出动作指令，需选取量化判据。综合考虑了对称故障与不对称故障及换相失败采取措施的安全裕度问题，本文提出抑制换相失败采取措施的动作判据临界值:电压跌落幅值，即临界电压降0.1pu。
　　分析对比现有动态无功补偿设备相关性能后选择STATCOM。详尽分析了STATCOM的需求原则、性能指标、主电路拓扑结构、等效模型，提出了合理的无功容量配置方案、主参数设计，以及STATCOM针对抑制直流输电换相失败的控制目标与控制策略。在PSCAD/EMTDC软件平台上仿真分析了在系统电压不同跌落范围时投入STATCOM对系统电压的动态支撑效果。研究表明:STATCOM可动态地提供电压支撑，等效扩大母线电压安全运行范围，可在一定程度上解决由电压跌落所引起的换相失败及协助换相失败母线电压恢复。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 直流换相失败的研究现状

1．2．2 STATCOM的国外发展应用

1．2．3 STATCOM的国内发展应用

1．2．4 STATCOM技术应用范围及评价

1．3 本论文的主要工作

2 直流输电换相失败理论

2．1 高压直流输电系统基本原理

2．2 换相失败的定义

2．3 换相失败的机理分析

2．4 换相失败的影响因素

2．4．1 换相电压波动

2．4．2 直流电流增大

2．4．3 换相电抗增大

2．4．4 越前触发角减小

2．4．5 系统脉冲异常

2．4．6 晶闸管误导通

2．4．7 弱交流系统

2．4．8 多馈入交互因子过大

2．5 预防换相失败的措施

2．5．1 设计合理的主回路参数

2．5．2 减小多馈入交互因子

2．5．3 控制系统中增加换相失败预防功能

2．5．4 使用新型直流输电技术

2．5．5 采用无功补偿设备

2．6 换相失败的动作判据

2．7 华东地区换相失败统计分析

2．7．1 换相失败的原因统计

2．7．2 换相失败前交流电压最低跌落幅度数据统计

2．7．3 交流电压跌落数据统计

2．7．4 故障持续时间统计

2．7．5 换相失败次数统计

2．8 换相失败故障仿真

3 直流输电系统无功补偿

3．1 直流输电系统无功补偿原则

3．2 直流输电系统无功补偿设备

3．3 动态无功补偿技术

3．3．1 静止无功补偿器SVC

3．3．2 静止同步补偿器STATCOM

3．4 动态无功补偿设备比较

3．4．1 SVC与STATCOM的输出特性比较

3．4．2 SVC与STATCOM的提高输电系统稳定性的比较

3．4．3 SVC与STATCOM的晌应时间比较

3．4．4 SVC与STATCOM的损耗比较

3．4．5 SVC与STATCOM的谐波特性比较

3．4．6 SVC与STATCOM的谐振特性比较

4 STATCOM技术方案

4．1 STATCOM需求分析原则

4．2 直流输电系统具体无功容量配置

4．3 主电路拓扑结构

4．4 STATCOM性能指标

4．4．1 主要性能指标

4．4．2 基值系统

4．5 等效模型

4．5．1 STATCOM单相换流器等效电路

4．5．2 三角形接法结构的STATCOM等效数学模型

4．6 主设备参数设计与计算

4．5．1 连接电抗器

4．5．2 换流链的链节数

4．5．3 直流侧电容器

4．7 STATCOM控制策略及控制方法

4．7．1 无功电流控制与分相校正

4．7．2 系统级控制策略

5 仿真分析

5．1 STATCOM在系统不同电压跌落范围下的作用

5．1．1 STATCOM在系统电压跌落范围在[0，0．05)pu

5．1．2 STATCOM在系统电压跌落范围在[0．05，0．09)pu

5．1．3 STATCOM在系统电压跌落范围在[0．09，0．6)pu

5．1．4 STATCOM在系统电压跌落范围大于等于0．6pu

5．2 STATCOM对典型直流换相失败情况的应用

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 后续工作展望

参考文献

作者简历

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