專利名稱：一種提高雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高壓直流輸電線監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)換相高壓直流 (Line-Commutated-Converter High Voltage DirectCurrent,LCC-HVDC)技術(shù)在遠(yuǎn)距離輸電、異步聯(lián)網(wǎng)、海底輸電等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。截止到2012年8月，我國已建成投運(yùn)的LCC-HVDC工程有20項(xiàng)。LCC-HVDC換流器采用晶閘管作為換流元件，LCC-HVDC運(yùn)行需要交流系統(tǒng)提供換相電流，使得LCC-HVDC的運(yùn)行可靠性受兩端交流電網(wǎng)影響。因此，為了可靠換相，LCC-HVDC逆變側(cè)交流系統(tǒng)必須有足夠的強(qiáng)度。隨著“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”戰(zhàn)略的全面實(shí)施，多條直流線路經(jīng)過一定的電氣距離饋入到同一地區(qū)形成了多饋入直流(Multi-Indeed Direct Current,MIDC)系統(tǒng)。根據(jù)交直流電網(wǎng)規(guī)劃，到2015年將有8回以上的直流系統(tǒng)饋入華東電網(wǎng)，將有7回以上直流系統(tǒng)饋入南方電網(wǎng)。MIDC系統(tǒng)必將在交直流電網(wǎng)運(yùn)行中發(fā)揮重大作用。但是，某一直流子系統(tǒng)交流側(cè)故障所造成的鄰近直流子系統(tǒng)交流母線電壓波動(dòng)問題，將成為影響多饋入直流系統(tǒng)發(fā)展的一大難題。靜止同步補(bǔ)償器(StaticSynchronous Compensator, STATC0M)具有對無功功率進(jìn)行獨(dú)立快速控制和提高電壓穩(wěn)定性的特點(diǎn)。STATC0M憑借其優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，能顯著提高輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，即系統(tǒng)抗擾動(dòng)能力。根據(jù)不同的系統(tǒng)需求，STATC0M可實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)電壓控制、功率振蕩抑制、提聞系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)/暫態(tài)穩(wěn)定極限等功能。鑒于上述背景，本發(fā)明提出將STATC0M接入不同落點(diǎn)雙饋入直流輸電系統(tǒng)其中一個(gè)直流子系統(tǒng)逆變站的交流母線，利用STATC0M對無功功率進(jìn)行獨(dú)立快速控制和提高電壓穩(wěn)定性的優(yōu)勢，既能改善本地直流子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行特性，又能經(jīng)過一定的電氣距離改善遠(yuǎn)端直流子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運(yùn)行特性，從而為交直流電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和規(guī)劃發(fā)展提供指導(dǎo)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種提高雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，用于解決現(xiàn)有雙饋入直流系統(tǒng)兩回直流子系統(tǒng)相互影響，本地直流子系統(tǒng)交流側(cè)故障會(huì)引起遠(yuǎn)端另一回直流子系統(tǒng)交流母線電壓波動(dòng)的問題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種提高雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在雙饋入直流系統(tǒng)中增加靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)，將靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)和兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)中的任意一個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)直接并聯(lián)到同一交流母線上，再使用與設(shè)定電氣距離等值的阻抗將兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)的交流母線相連。所述靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)包括順次相連的換流電抗、補(bǔ)償子系統(tǒng)換流變壓器漏抗和電壓源型換流器。所述電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)逆變側(cè)包括順次相連的受端交流子系統(tǒng)、系統(tǒng)阻抗、高壓直流子系統(tǒng)換流變壓器漏抗、逆變側(cè)濾波器和無功補(bǔ)償裝置的等值電納和逆變側(cè)換流器。本發(fā)明中將靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)接入不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)其中一個(gè)直流子系統(tǒng)逆變站的交流母線，建立含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)的雙饋入直流系統(tǒng)模型，其能夠有效改善不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)的運(yùn)行特性。


圖I是含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)的不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)是不含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)時(shí)第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)最大功率MPC1曲線圖；·圖2(b)是不含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)時(shí)第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)最大傳輸有功功率MAP1曲線圖；圖3(a)是靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)容量變化時(shí)第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)最大功率MPC1曲線圖；圖3(b)是靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)容量變化時(shí)第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)最大傳輸有功功率MAP1曲線圖；圖4是不含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)時(shí)第二電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)最大傳輸有功功率MAP2曲線圖；圖5是靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)容量變化時(shí)第二電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)最大傳輸有功功率MAP2曲線圖；圖6(a)是不含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)時(shí)第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)甩負(fù)荷的暫態(tài)過電壓曲線圖；圖6(b)是靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)容量變化時(shí)第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)甩負(fù)荷的暫態(tài)過電壓曲線圖；圖7(a)是不含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)時(shí)第二電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)甩負(fù)荷的暫態(tài)過電壓曲線圖；圖7(b)是靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)容量變化時(shí)第二電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)甩負(fù)荷的暫態(tài)過電壓曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。圖I是含靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)的不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，將雙饋入直流系統(tǒng)的兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)分別記作第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)LCC-HVDC1和第二電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)LCC-HVDC2。如圖I所示，在雙饋入直流系統(tǒng)中增加靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)STATC0M，將靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)STATC0M和兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)中的任意一個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)直接并聯(lián)到同一交流母線上。不失一般性，在本實(shí)施里中，將STATCOM和第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)LCC-HVDC1直接并聯(lián)到同一交流母線上。第一電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)LCC-HVDC1和第二電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)LCC-HVDC2的交流母線之間存在一定的電氣距離，因此本發(fā)明中使用與該電氣距離等值的阻抗將LCC-HVDC1和LCC-HVDC2的交流母線相連。圖I中，STATCOM包括順次相連的換流電抗Xs、換流變壓器漏抗Xts和電壓源型換流器Cs。LCC-HVDC1逆變側(cè)包括順次相連的受端交流系統(tǒng)E1、系統(tǒng)阻抗Z1、換流變壓器漏抗 XT1、逆變側(cè)濾波器和無功補(bǔ)償裝置的等值電納Bc1和逆變側(cè)換流器CfLCC-HVDC2逆變側(cè)包括順次相連的受端交流系統(tǒng)E2、系統(tǒng)阻抗Z2、換流變壓器漏抗Xt2、逆變側(cè)濾波器和無功補(bǔ)償裝置的等值電納Bc2和逆變側(cè)換流器C2。在本實(shí)施例中，取LCC-HVDC1與國際大電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)直流測試系統(tǒng)(CIGRE)模型參數(shù)相同，容量為1000MW，其逆變側(cè)短路比SCR1=2. 5 ;LCC-HVDC2是根據(jù)LCC-HVDC1參數(shù)按比例修改得到的，容量為2000MW，其逆變側(cè)短路比SCR1=2. 5 ;STATC0M子系統(tǒng)容量為300Mvar，其交流側(cè)電壓為230kV，直流側(cè)電壓為±100kV。下面根據(jù)圖1，對含有STATCOM的不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)模型，當(dāng)STATCOM容量、直流子系統(tǒng)逆變側(cè)的短路比(Short Circuit Ratio, SCR)以及直流落點(diǎn)間的電氣距離不同時(shí)，通過MATLAB理論計(jì)算和PSCAD/EMTDC仿真對雙饋入直流系統(tǒng)的最大功率曲線(MaximumPower Curve, MPC)、最大傳輸有功功率(Maximum Available Power, MAP)、暫態(tài)過電壓(Transient Overvoltage, T0V)等運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)行評估，并根據(jù)評估結(jié)果說明增加STATCOM對雙饋入直流系統(tǒng)的改善作用。對于獨(dú)立的單饋入LCC-HVDC1的數(shù)學(xué)模型可描述為
^,[COSf1-COSif1+//,)]門、
剛 4=---(I)Udl 二—-^cosyl--Wdl(2)
UllπPdl = UdlIdl ⑶Qdl = Pdltan Φ 1 (4)嶺—哪丨”)(5)Pacl =[^005^- + )]/] !(6)Qml = [CZfsin^1 -ElUlSmiSm-Sm + ^1)] ; Iz IO)O,, =BJJ^(8)Pdl-Pacl-Pcl = 0(9)Qdl-Qacl+Qcl = 0(10)式中Udl，Idl為LCC-HVDC1系統(tǒng)直流電壓和電流；Pdl，Qdl為直流有功和無功功率；Pacl, Qacl為交流側(cè)有功和無功功率；ρ& Qcl為逆變側(cè)濾波器和無功補(bǔ)償裝置的有功功率消耗和無功補(bǔ)償容量；ΧΤ1為換流變壓器漏抗J1為換流變壓器變比；Βε1為逆變側(cè)濾波器和無功補(bǔ)償裝置的等值電納；Θ i為等值阻抗角辦為交流母線電壓幅值；Sm為交流母線電壓相角屯為交流電動(dòng)勢幅值；δ E1為交流電動(dòng)勢相角；Φ 為逆變側(cè)換流器C1的總功率因數(shù)；Z1為系統(tǒng)等值阻抗吼Z δ m為交流母線電壓屯Z δ E1為交流電動(dòng)勢；μ I是換流器的換相重疊角；Y 為關(guān)斷角。 含STATCOM的雙饋入直流系統(tǒng)的功率傳輸方程，需要考慮STATCOM與LCC-HVDC1之間的無功功率傳輸，同時(shí)還需考慮LCC-HVDC1與LCC-HVDC2之間聯(lián)結(jié)線的有功和無功功率傳輸。因此，將LCC-HVDC1功率方程式修改為Pdl-Pacl-Pcl-P12 = O(Il)Qdl_Qacl+Qcl_Ql2+Qs = 0(12)式中P12和Q12分別為聯(lián)結(jié)線上LCC-HVDC1向LCC-HVDC2傳輸?shù)挠泄蜔o功功率；Qs為STATCOM向LCC-HVDC1傳輸?shù)臒o功功率。若Qs在STATCOM容量范圍內(nèi)，則STATCOM按無功需求吸收或發(fā)出無功；若在STATCOM容量范圍之外，則STATCOM視作恒定電流源對待。LCC-HVDC2功率方程式為Pd2_Pac2_Pc2+Pl2_ Δ Ρ12 = 0(13)Qd2_Qac2+Qc2+Ql2_ Δ ^12 = 0(14)式中AP12和AQ12為聯(lián)結(jié)線有功和無功功率消耗。LCC-HVDC1向LCC-HVDC2的功率傳輸式為
權(quán)利要求
1.一種提高雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，其特征在于，在雙饋入直流系統(tǒng)中增加靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)，將靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)和兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)中的任意一個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)直接并聯(lián)到同一交流母線上，再使用與設(shè)定電氣距離等值的阻抗將兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)的交流母線相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)包括順次相連的換流電抗、補(bǔ)償子系統(tǒng)換流變壓器漏抗和電壓源型換流器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)逆變側(cè)包括順次相連的受端交流子系統(tǒng)、系統(tǒng)阻抗、高壓直流子系統(tǒng)換流變壓器漏抗、逆變側(cè)濾波器和無功補(bǔ)償裝置的等值電納和逆變側(cè)換流器。
全文摘要
本發(fā)明公開了高壓直流輸電線監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域中的一種提高雙饋入直流系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。包括在雙饋入直流系統(tǒng)中增加靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)，將靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)和兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)中的任意一個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)直接并聯(lián)到同一交流母線上，再使用與設(shè)定電氣距離等值的阻抗將兩個(gè)電網(wǎng)換相高壓直流子系統(tǒng)的交流母線相連。本發(fā)明將靜止同步補(bǔ)償器子系統(tǒng)接入不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)其中一個(gè)直流子系統(tǒng)逆變站的交流母線，有效改善了不同落點(diǎn)雙饋入直流系統(tǒng)的運(yùn)行特性。
文檔編號(hào)H02J1/00GK102904242SQ201210413379
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月25日
發(fā)明者趙成勇, 張巖坡, 倪俊強(qiáng), 郭春義 申請人:華北電力大學(xué)