新型混合多端直流輸電系統(tǒng)理論及其若干關(guān)鍵問題研究.pdf

1、基于晶閘管電流源型換流器(CSC)的傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)功率等級(jí)高、運(yùn)行可靠、成本低，但僅適用于具有一定短路比的電力系統(tǒng)，難以向弱交流系統(tǒng)或無(wú)源負(fù)荷中心供電。由GTO、IGBT或IGCT等全控器件構(gòu)成電壓源型換流器(VSC)的直流輸電系統(tǒng)不僅可以工作在有源逆變狀態(tài)，也可以工作在無(wú)源逆變狀態(tài)，具有獨(dú)立控制有功功率和無(wú)功功率、提高交流系統(tǒng)穩(wěn)定性、輸出電壓波形好等優(yōu)點(diǎn)。然而，其功率等級(jí)較低、成本較為昂貴，難以應(yīng)用在大規(guī)模的電力傳輸上。為獲取最大的

2、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益，充分利用電壓源換流器和電流源換流器各自的優(yōu)點(diǎn)，本文對(duì)基于電壓源型換流器和電流源型換流器的混合直流輸電系統(tǒng)及其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 ⑴采用臨界換相電壓降指標(biāo)分析了基于晶閘管電流源型換流器的傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)與弱交流系統(tǒng)連接時(shí)的運(yùn)行特性，并利用STATCOM技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)，也分析了電壓源型直流輸電系統(tǒng)與弱交流系統(tǒng)相連接時(shí)的運(yùn)行特性，指出利用STATCOM 技術(shù)具有擴(kuò)大逆變器的運(yùn)行范圍，提高交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定

3、性；減小系統(tǒng)等值電抗，增大臨界換相電壓降，降低換相失敗概率；動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。然而，由于基于晶閘管的逆變器只能工作在有源逆變狀態(tài)，即使采用STATCOM技術(shù)，其向無(wú)源系統(tǒng)供電的實(shí)現(xiàn)仍相當(dāng)困難。為此，論文提出了一種含電壓源型換流器的混合雙端直流輸電系統(tǒng)，不僅可以向弱交流系統(tǒng)供電，也能向無(wú)源系統(tǒng)供電，擴(kuò)大了直流輸電系統(tǒng)的適用范圍。
　　 ⑵研究了一種基于電壓源型換流器和電流源型換流器的混合多端直流輸電系統(tǒng)，其換流器既可以是電壓源

4、型的，也可以是電流源型的，各個(gè)換流器之間以并聯(lián)方式連接。為驗(yàn)證該直流輸電模式的有效性和可行性，本文建立了一個(gè)混合三端直流輸電系統(tǒng)仿真模型，包含一個(gè)電流源型整流器、一個(gè)電流源型逆變器和一個(gè)電壓源型雙向換流器，并分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制策略。當(dāng)電流源整流器采用定電流控制，電流源逆變器采用定電流控制，電壓源雙向換流器采用定直流電壓控制和定交流電壓控制時(shí)，混合多端直流輸電系統(tǒng)在起動(dòng)、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、交直流故障等情況下均具有良好的運(yùn)行特性，不失為一種有效的

5、直流輸電模式，能夠綜合利用常規(guī)直流輸電和輕型直流輸電各自的優(yōu)點(diǎn)，有效擴(kuò)展常規(guī)直流輸電系統(tǒng)的適用范圍。
　　 ⑶提出了一種改進(jìn)的瞬時(shí)對(duì)稱分量分析方法，并將其應(yīng)用于序電流檢測(cè)。傳統(tǒng)對(duì)稱分量法定義在頻域范圍內(nèi)，只能用于電力系統(tǒng)不對(duì)稱運(yùn)行或不對(duì)稱故障狀態(tài)的穩(wěn)態(tài)分析，不能用于暫態(tài)分析。傳統(tǒng)瞬時(shí)對(duì)稱分量法定義在時(shí)域范圍內(nèi)，但在變換過程中采用了移相因子，具有一定的延時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)延遲對(duì)稱分量變換。本文采用三角函數(shù)分解法，根據(jù)電壓或電流的瞬時(shí)值

6、直接構(gòu)造對(duì)應(yīng)的無(wú)延時(shí)旋轉(zhuǎn)相量，然后再利用旋轉(zhuǎn)相量進(jìn)行對(duì)稱分量變換，進(jìn)而無(wú)延遲地獲取正序、負(fù)序和零序分量的瞬時(shí)值。將改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法用于實(shí)現(xiàn)一種新型序電流檢測(cè)，通過對(duì)三相不對(duì)稱電路序電流檢測(cè)的仿真研究，結(jié)果表明了該方法的正確性。
　　 ⑷提出了一種新型的正負(fù)序雙回路、雙閉環(huán)控制策略。電網(wǎng)三相不平衡時(shí)，故障側(cè)交流系統(tǒng)將產(chǎn)生負(fù)序分量，進(jìn)而在直流輸電線路上產(chǎn)生2n 次非特征諧波。直流非特征諧波通過直流輸電網(wǎng)絡(luò)傳遞至另一側(cè)換流器，并在所

7、連接交流系統(tǒng)中產(chǎn)生2n+1 次的非特征諧波，進(jìn)而影響電壓源型直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性。本文利用改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法獲取電壓和電流的無(wú)延遲正、負(fù)序分量，并基于瞬時(shí)功率理論提出了一個(gè)正負(fù)序雙回路、雙閉環(huán)控制策略，可以有效地抑制電網(wǎng)三相不平衡時(shí)電壓源型直流輸電系統(tǒng)的諧波傳遞特性。
　　 ⑸對(duì)混合多端直流輸電系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。主要研究了采用雙饋異步電機(jī)的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，提出了基于內(nèi)?？刂圃淼目刂撇呗?，并通過電壓源型換流器將大型風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)