基于静态电压稳定曲线的换相失败抑制策略研究

摘要

常规直流输电系统在我国乃至世界都已有了几十年的历史，运行经验极为丰富。在大容量远距离输电场合应用优势极为明显，具有广泛的应用。其核心设备——电网换相换流器(Line Commutated Converter,LCC)与柔性直流输电系统(Voltage Source Converter High Voltage Direct Current，VSC-HVDC)的电压源型换流器相比具有耐压等级高，通流能力强等优势，极大地提高了常规直流输电系统的额定电压和容量。但是LCC换流阀存在换相失败问题，在多馈入交直流混合系统中，直流系统发生换相失败将会对交流系统造成更大的冲击，严重威胁交流系统安全稳定运行。因此十分有必要对换相失败进行深入分析并研究其抑制措施。
　　本文首先分析了高压直流输电换相失败的机理，影响因素，指出在故障期间快速降低直流系统功率输送定值有助于在电压暂降期间顺利换相。因此其关键问题就在于确定系统故障期间直流系统功率参考值。分别通过对静态电压稳定分析的有功-电压的PV曲线和无功-电压的QV曲线进行理论分析得出:由于常规LCC直流输电无法快速可靠地控制无功功率，因此无功-电压特性曲线并不适合用于高压直流输电控制，从而提出了采用基于有功-电压特性(PV特性曲线)的换相失败抑制方法。
　　由于系统PV曲线在运行中会随系统运行状态发生变化，因此在直流控制系统中不能采用固定的曲线。本文通过对受端交流系统进行等值，提出了一种快速PV曲线求解方法，通过与PSCAD仿真结果进行对比，验证了方法的准确性。由于不同交流系统的特性不同，论文还分析了不同交流系统参数对PV曲线控制效果的影响，分析与仿真结果均表明:在短路比越小的系统中，PV曲线控制效果更为明显。
　　换相失败在多馈入交直流混合系统中的影响更为广泛，将本文提出的换相失败抑制方法应用于多馈入直流系统中。首先对多馈入系统进行了PV曲线求取算法的推导与验证，仿真结果表明，计算结果具有很好准确性;文中还分析了不同交流系统参数和不同联络线阻抗下基于PV曲线抑制在多馈入直流系统中的应用和效果，并通过PSCAD仿真进行验证。分析和仿真结果均表明，无论在何种系统参数下，PV曲线均可以有效地降低直流系统的临界换相电压，对高压直流输电系统换相失败具有很好的抑制作用。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 换相失败与静态电压稳定曲线

2．1 换相失败机理

2．2 换相失败影响因素分析

2．3 静态电压稳定曲线分析

2．4 本章小结

第3章 抑制策略及其单馈入直流系统中的仿真应用

3．1 基于静态电压稳定曲线的换相失败抑制策略的提出

3．2 故障检测

3．2．1 故障时动作模块

3．2．2 故障后恢复模块

3．2．3 故障检测模块仿真验证

3．3 PV电压特性曲线快速求解方法

3．3．1 换流器功率特性分析

3．3．2 无功补偿及滤波器功率特性分析

3．3．3 等值阻抗电压特性分析

3．3．4 曲线求解准确性验证

3．4 交流系统参数对控制效果的影响

3．4．1 不同短路比的影响

3．4．2 不同X／R比值的影响

3．5 仿真验证

3．5．1 控制效果验证

3．5．2 不同交流系统效果验证

3．6 本章小结

第4章 抑制策略在多馈入直流系统中的仿真应用

4．1 多馈入直流系统中的控制策略

4．2 交流系统参数对控制效果的影响

4．3 计算方法准确性验证

4．4 仿真验证

4．4．1 控制效果验证

4．4．2 不同交流系统效果验证

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果及参加的科研工作

致谢