提高直流输电换相失败免疫力的新型拓扑和控制方法

摘要

电网换相高压直流输电(line-commutated-converter high voltage direct current,LCC-HVDC)技术在全世界范围内得到了广泛的应用，然而，LCC-HVDC采用晶闸管技术，依赖交流系统换相，交流系统扰动可能引起系统换相失败，导致阀臂过电流甚至是换流阀闭锁。直流系统不同的拓扑结构、不同的控制策略均会影响系统的换相能力。为预防换相失败的发生，现有技术基于换相失败原理，提出了触发角提前触发机制;基于强迫换相原理，提出了串联电容换相电容器(capacitor-commutatedconverters，CCC)和可控串联电容器的换流器技术(controlled series capacitor converter，CSCC)，抑制换相失败效果显著，但是在不对称故障时存在电容电压充电不平衡问题，故障恢复较慢。
　　文章首先提出了一种LCC-HVDC阀臂串联半控型H桥子模块的拓扑结构，故障时可为系统提供辅助换相电压，增大系统换相面积，从而提高直流输电换相失败免疫力。针对系统不同运行工况，设计了子模块的6种工作状态，研究了对应的电流流通路径，提出了阀臂子模块与阀臂晶闸管间的协调控制策略。理论分析了阀臂导通和关断两种典型状态下的子模块电压电流应力，同时揭示了子模块电容电压与电容容值间的相互影响机理。
　　随后，在PSCAD/EMTDC中搭建新型拓扑结构模型，实现子模块和阀臂晶闸管间的协调控制策略。整流侧仍采用传统直流输电系统拓扑结构，逆变侧采用阀臂串联子模块的新型拓扑结构。系统基本控制策略仍然采用传统直流输电最常用的整流侧定电流、逆变侧定关断角的控制方法。对比分析新型拓扑系统和传统LCC-HVDC系统在稳态运行、单相故障、三相故障及不同故障严重程度条件下的系统参数运行特性。为了更好的评估子模块辅助换相能力，采用临界电感和换相失败免疫力作为评价指标，对比分析新拓扑、CCC-HVDC与LCC-HVDC三者间的动态变化特性。最后，为分析阀臂串联子模块的新型拓扑结构在多馈入直流系统中的作用，搭建了新型拓扑与传统LCC-HVDC混合馈入的双馈入直流输电系统模型。除此之外，对新型拓扑结构增加的经济成本进行了计算分析。理论和仿真结果表明，阀臂串联子模块的新型拓扑结构，在一定程度上可以降低换相失败发生概率，有效改善系统暂态运行特性，提高弱交流系统和多馈入直流输电系统故障期间的换相能力。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 高压直流输电系统的发展现状

1．1．2 多馈入直流输电系统的发展现状

1．1．3 课题的研究意义

1．2 课题研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 新型LCC-HVDC拓扑及其控制策略

2．1 引言

2．2 半控型H桥子模块拓扑结构

2．2．1 传统LCC-HVDC拓扑及其换相失败机理

2．2．2 新型拓扑结构

2．3 子模块T-FBSM工作状态

2．4 阀臂及串联子模块T-FBSM间协调控制策略

2．5 新型拓扑结构系统基本控制策略

2．6 本章小结

第3章 子模块T-FBSM参数计算方法及系统参数介绍

3．1 引言

3．2 子模块晶闸管电压电流应力分析

3．2．1 子模块晶闸管电压应力分析

3．2．2 子模块晶闸管电流应力分析

3．3 子模块电容容值计算方法

3．4 系统参数

3．5 本章小结

第4章 仿真验证与经济性分析

4．1 引言

4．2 仿真模型

4．3 单馈入系统仿真分析

4．3．1 电容初始充电特性仿真分析

4．3．2 稳态运行特性仿真分析

4．3．3 故障运行特性仿真分析

4．3．4 电压电流应力仿真分析

4．3．5 子模块串联个数与CFII关系分析

4．4 双馈入系统仿真分析

4．5 经济性评估

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

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他成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢