新型混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)的基礎(chǔ)特性研究.pdf

1、傳統(tǒng)電網(wǎng)換相高壓直流輸電（Line-Commutated-Converter High Voltage DirectCurrem，LCC-HVDC）以其技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，目前在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。而大功率全控電力電子器件的進(jìn)步和規(guī)?；稍偕茉吹拈_發(fā)，使得電壓源換流器高壓直流輸電(Voltage Source Converter based High VoltageDirect Current，VSC-HVDC)得到了快

2、速發(fā)展。因此，在未來的電網(wǎng)中將形成由VSC-HVDC和LCC-HVDC構(gòu)成的混合雙饋入或多饋入直流輸電系統(tǒng)的格局，給未來電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。所以，需要深入研究分析該混合雙饋入或多饋入直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理。論文針對(duì)由 LCC-HVDC和VSC-HVDC組成的混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行全面深入的基礎(chǔ)研究。
　　 1) LCC-HVDC和VSC-HVDC的控制策略和運(yùn)行特性研究
　　 為了研究混合雙饋入直

3、流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理，分別對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)和VSC-HVDC系統(tǒng)的控制策略和運(yùn)行特性進(jìn)行了研究。針對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)，從短路比(Short Circuit Ratio，SCR)、最大傳輸有功功率(Maximum Available Power，MAP)、暫態(tài)過電壓(Transient Overvoltage，TOV)、換相失敗免疫性指標(biāo)(Commutation Failure Immunity Index，CFII)和故障恢復(fù)

4、特性多個(gè)方面出發(fā)，對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行特性進(jìn)行了全面的分析。結(jié)果表明，交流系統(tǒng)的強(qiáng)度是影響LCC-HVDC系統(tǒng)運(yùn)行特性的關(guān)鍵因素。
　　 對(duì)于VSC-HVDC系統(tǒng)，利用坐標(biāo)變換和變量代換提出了一種可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率解耦的控制策略，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制器，并推導(dǎo)出在該控制策略下 VSC-HVDC的有功功率和無功功率的傳輸極限。從圓特性出發(fā)，從理論上證明了所設(shè)計(jì)的控制器可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制?；?/p>

5、 Hooke andJeeves算法對(duì)控制器的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。PSCAD/EMTDC下的仿真結(jié)果表明，采用優(yōu)化后的PI控制參數(shù)，系統(tǒng)性能得到很大改善;而且所設(shè)計(jì)的控制器可以實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制，并具有快速的響應(yīng)速度、良好的穩(wěn)定性和較好的魯棒性。
　　 2)受端系統(tǒng)為有源網(wǎng)絡(luò)時(shí)混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理研究
　　 首先建立了混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)供電有源網(wǎng)絡(luò)的模型，設(shè)計(jì)了LCC-HVDC和 VSC-HVD

6、C的協(xié)調(diào)控制策略，并仿真分析了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性。然后建立了由兩條 LCC-HVDC組成的傳統(tǒng)雙饋入直流輸電系統(tǒng)的模型，從短路比SCR、最大傳輸有功功率MAP、暫態(tài)過電壓TOV、換相失敗免疫性指標(biāo)CFII和故障恢復(fù)特性出發(fā)，對(duì)比研究了混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)和傳統(tǒng)雙饋入直流輸電系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)情況下的運(yùn)行特性。結(jié)果表明，混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中的VSC-HVDC子系統(tǒng)，可以有效地調(diào)節(jié)公共交流母線處的電壓穩(wěn)定性，增加LCC-HVDC子系統(tǒng)的最大傳

7、輸有功功率，降低LCC-HVDC子系統(tǒng)的暫態(tài)過電壓，而且可以增強(qiáng)LCC-HVDC對(duì)換相失敗的免疫能力，加快LCC-HVDC的故障恢復(fù)速度，最終改善LCC-HVDC系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
　　 3)混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中VSC-HVDC對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)性能的影響
　　 基于最大功率曲線MPC和最大傳輸有功功率MAP的概念，提出了視在短路比增加量(Apparent Increase in Short Circuit Ra

8、tio，AISCR)的指標(biāo)，來定量描述混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)中VSC-HVDC系統(tǒng)對(duì)LCC-HVDC系統(tǒng)運(yùn)行性能改善的程度。然后基于“等效運(yùn)行特性”的思想，建立了短路比增加后的獨(dú)立運(yùn)行的LCC-HVDC系統(tǒng)，從最大傳輸有功功率MAP、暫態(tài)過電壓TOV、換相失敗免疫性指標(biāo)CFII以及故障恢復(fù)特性出發(fā)，對(duì)比研究了混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)和獨(dú)立運(yùn)行的LCC-HVDC系統(tǒng)之間的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性。為了進(jìn)一步驗(yàn)證AISCR的有效性，針對(duì)TOV和CFII

9、特性進(jìn)行了更加深入的研究。結(jié)果表明，所提出的視在短路比增加量AISCR，可以用來描述VSC-HVDC對(duì)LCC-HVDC穩(wěn)態(tài)特性的改善程度，但是對(duì)于暫態(tài)特性并不能準(zhǔn)確的描述。
　　 4)受端系統(tǒng)大停電后電網(wǎng)恢復(fù)初期混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理研究
　　 基于 LCC-HVDC系統(tǒng)和 VSC-HVDC系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，提出受端電網(wǎng)大停電后電網(wǎng)恢復(fù)初期利用混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)向無源網(wǎng)絡(luò)供電的思想，并在PSCAD/EMTDC

10、環(huán)境下建立了相應(yīng)的模型。提出利用 VSC-HVDC啟動(dòng)LCC-HVDC的原理，以及混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)供電無源網(wǎng)絡(luò)時(shí)的控制策略。而且，深入分析了 VSC-HVDC與 LCC-HVDC之間相互作用的機(jī)理。為了研究混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)供電無源網(wǎng)絡(luò)時(shí)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性，在PSCAD/EMTDC環(huán)境下分別對(duì) VSC-HVDC啟動(dòng) LCC-HVDC的動(dòng)態(tài)過程和公共交流母線發(fā)生故障時(shí)混合雙饋入直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)恢復(fù)特性進(jìn)行了仿真研究。結(jié)果證明，借