交流故障下高压直流系统无功特性分析及无功控制策略研究

现有低压限流环节(voltage dependent current order limitation,VDCOL)使得高压直流系统的有功和无功强耦合,不能在交流故障持续及恢复过程中充分利用换流站自身的无功支撑能力来改善其恢复性能。该文以CIGRE HVDC标准测试模型与贵广Ⅱ工程模型作为算例,对两种模型交流故障下的直流电流及无功功率可运行范围进行了分析计算,并在PSCAD/EMTDC仿真程序中进行了验证;接着,对VDCOL的外特性进行了分析,结果表明其输出的直流电流指令不在所计算的可运行范围内;最后,采用了一种替换VDCOL的无功控制策略,该策略不仅能保证故障下直流两侧的控制指令位于可运行范围内,也能改善高压直流系统的故障恢复性能。

高压直流稳态工况无功调节能力

高压直流(high voltage direct current,HVDC)换流器具有一定的动态无功调节能力,充分利用换流站的无功调节能力,可显著改善HVDC系统的稳定性能。文中研究了HVDC系统稳态运行时的无功功率可调节能力,分析了有功功率和无功功率相互耦合的特性,以国际大电网(conference International des grands reseaux electriques,CIGRE)的HVDC标准测试模型和贵广Ⅱ直流输电工程模型为算例,对稳态工况的直流电流可运行范围进行了解析,进而求出整流、逆变两侧的无功功率可调节能力,并将其应用在无功控制中。研究发现,CIGRE的HVDC标准测试模型对于容性的无功功率和感性的无功功率调节能力相近,而贵广Ⅱ直流输电工程模型对感性无功的调节能力远大于对容性无功的调节能力。在电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC中验证了无功功率可调节能力的正确性和应用价值。

单相接地时LCC-HVDC换相失败时序机理研究

为准确掌握换流站交流母线发生单相接地故障时,高压直流输电系统中容易发生换相失败的换流阀,以便从原理上采取针对性更强的换相失败抑制措施,以A相故障为例推导出换流站母线电压以及换流变换相电压幅值和相角变化量故障前后随接地电阻、接地电抗之间的数学关系式,影响故障后首次换相时换相失败顺序的因素包括故障相别、系统等值阻抗、接地阻抗和换流变接线组别。进一步通过计算故障前后换流阀的换相面积比值,找出故障发生后更容易发生换相失败的换流阀。换流站母线通过电抗接地时,接地故障发生后首次换相的阀容易发生换相失败的顺序相同,A相故障时依次为Y3(Y6)、D5(D2)、D3(D6),其余阀在故障发生后首次换相时不会发生换相失败。但通过电阻接地时,容易发生换相失败的换流阀顺序与接地电阻大小密切相关,详细推导出不同接地电阻范围内故障后首次换相时容易发生换相失败的换流阀顺序,并在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中的CIGRE高压直流标准测试系统及实际工程模型中验证了文中理论研究结果的正确性。