本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析領域，具體涉及一種多橋換流器高壓直流輸電送端諧波不穩(wěn)定抑制方法。
背景技術：
：高壓直流輸電系統(tǒng)在實際運行過程中會出現(xiàn)直流輸電線路諧波放大、換流母線電壓畸變、變壓器中性點直流電流增大等現(xiàn)象，會引發(fā)送端系統(tǒng)功率振蕩和電壓振蕩，嚴重時導致送端系統(tǒng)直流閉鎖，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構成了嚴重威脅。因此，研究多橋換流器高壓直流輸電系統(tǒng)送端不同工況直流偏磁下諧波不穩(wěn)定問題具有重要的意義。對于諧波不穩(wěn)定問題國內外已經有了許多研究，這些研究指出系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定主要是因為系統(tǒng)受到擾動或局部諧振后產生一個小諧波，該小諧波又通過交直流系統(tǒng)的互補諧振及飽和換流變壓器的作用逐漸放大，進而導致系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定。直流電流流入飽和變壓器，會產生大量二次諧波，且其幅度高于其他各次諧波。過去的研究均是針對6脈波換流器，基于開關函數(shù)調制理論，推導出適用于6脈波換流器的開關函數(shù)，進而考慮諧波通過換流器在交直流系統(tǒng)間的交互調制，推導出交直流互補諧振判據(jù)，又考慮換流變壓器的直流偏磁推導出6脈波換流器直流偏磁下諧波不穩(wěn)定判據(jù)。然而實際工程中大部分使用雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器，換流橋的增加在提高系統(tǒng)輸送功率及運行電壓同時，也改變了系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的響應特性，且不同工況下系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定響應特性也有差別，因此有必要對不同工況下多橋換流器直流偏磁諧波不穩(wěn)定問題進行專門研究。技術實現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種多橋換流器高壓直流輸電送端諧波不穩(wěn)定抑制方法，有效提高高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種多橋換流器高壓直流輸電送端諧波不穩(wěn)定抑制方法，包括以下步驟：步驟1：在正常運行時，系統(tǒng)通過合理安排開機數(shù)降低系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的風險；步驟2：當系統(tǒng)在機組檢修以及系統(tǒng)開機數(shù)最大，也無法保證系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性要求時，則應采用緊急情況下的諧波不穩(wěn)定抑制措施，包括：步驟2.1：通過調節(jié)換流變壓器分接頭降低直流運行電壓；步驟2.2：在采用步驟2.1后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小，則將一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器；步驟2.3：在采用步驟2.2后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小，在步驟2.2基礎上切除另一12脈波換流器，將系統(tǒng)從雙極運行方式切換成單極運行方式；步驟2.4：在采用步驟2.3后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小，則將剩余一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器；步驟2.5：在采用步驟2.4后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小，則將步驟2.4中切除一12脈波換流器后，剩余的12脈波換流器切除，至此系統(tǒng)完全雙極閉鎖，不再具有輸送能力。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)高壓直流輸電系統(tǒng)送端直流偏磁下不同工況下多橋換流器的諧波不穩(wěn)定情況，給出相應的提高系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性的措施，能較好地抑制高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波不穩(wěn)定。附圖說明圖1為單極換流器pscad模型。圖2為雙極換流器pscad模型。圖3為本發(fā)明步驟1不同阻抗比值實例仿真。圖4為本發(fā)明步驟2.3單極和雙極換流器算例仿真。圖5為本發(fā)明步驟2.2和步驟2.4單脈波和雙脈波換流器算例仿真。圖6為本發(fā)明步驟2.1直流系統(tǒng)降壓運行算例仿真。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明還推導出了諧波不穩(wěn)定判據(jù)。具體如下：一：根據(jù)開關函數(shù)理論，基于6脈波換流器的直流電壓以及交流換相電流得到6脈波換流器開關函數(shù)系數(shù)，在此基礎上考慮多橋換流器交流電流和直流電壓的疊加得到多橋換流器開關函數(shù)系數(shù)，包括單極單12脈波換流器、單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器。二：以單極單12脈波換流器為例說明諧波通過換流器的放大過程，推導出其諧波不穩(wěn)定判據(jù)以此類推出單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器的諧波不穩(wěn)定判據(jù)。三：根據(jù)步驟二提出的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，分析影響諧波不穩(wěn)定因素，進而提出改進措施。所述步驟一根據(jù)開關函數(shù)調制理論推導的換流器開關函數(shù)系數(shù)，具體包括：1.1)根據(jù)開關函數(shù)調制理論，直流電壓可看成交流電壓經過開關函數(shù)調制而得，交流電流看成由直流電流經過開關函數(shù)調制而得，表示為其中，ud和id為直流電壓和電流；ua、ub、uc為換流器閥側三相換相電壓；ia、ib、ic為三相換相電流；sia、sib、sic表示電流的開關函數(shù)，sua、sub、suc表示a、b、c相對應電壓的開關函數(shù)。1.2)單極單12脈波換流器副邊三角型繞組換相電壓與副邊星形繞組換相電壓幅值相等，相角相差π/6，電流向量滿足其中，ia1為第1個換流橋a相換相電流；ia2和ib2為第2個換流橋a、b相換相電流。1.3)ud1和ud2為兩個換流橋直流側輸出電壓，則12脈波換流器直流側輸出電壓1.4)根據(jù)上述分析，得單極單12脈波換流器開關函數(shù)系數(shù)aun、ain分別為6脈波換流器電壓、電流開關函數(shù)系數(shù)，則單極單12脈波換流器開關函數(shù)系數(shù)是6脈波換流器2倍，同理得：單極雙12脈波換流器開關函數(shù)是6脈波換流器4倍，雙極單12脈波換流器電流開關函數(shù)系數(shù)和電壓開關函數(shù)系數(shù)分別是6脈波換流器的4倍和2倍，雙極雙12脈波整流器交流電流和直流電壓開關函數(shù)系數(shù)分別是6脈波換流器的8倍與4倍。所述步驟二：以單極單12脈波換流器為例說明諧波通過換流器的放大過程，推導出其諧波不穩(wěn)定判據(jù)，以此類推出單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，具體包括：2.1)將換流器直流側有一基頻諧波電流idc1(t)和換流器電流開關函數(shù)系數(shù)代入步驟1.1)的公式中，得到換流變壓器閥側諧波電流，并采用對稱分量法重新表示諧波電流并化簡取其傅里葉分解第一項，可得經換流器調制后換流變壓器閥側諧波電流2.2)考慮最嚴重情況：與同相位，且所占比值k為1，可得系統(tǒng)換流變壓器網側二次諧波電流2.3)換流變壓器網側二次諧波電壓uac2(t)的大小為2.4)電壓開關函數(shù)系數(shù)和諧波電壓代入步驟1.1)的公式中，再化簡取其傅里葉分解第一項可得δt時間后調制回直流側諧波電壓為其中，udc1為直流側基頻諧波電壓；zdc1為直流側基頻諧波阻抗。2.5)經過一個調制周期后，直流側的基頻諧波電流為2.6)如果表明系統(tǒng)不穩(wěn)定，按照上面的推導，可得單極單12脈波換流器、單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器、雙極雙12脈波換流器諧波不穩(wěn)定判據(jù)及其一個調制周期相對于6脈波換流器諧波放大倍數(shù)如表1所示。表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)所述步驟三：根據(jù)步驟二提出的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，分析影響諧波不穩(wěn)定因素，提出如下改進措施包括，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，為了降低緊急處理措施對系統(tǒng)輸送功率的影響，通常按照故障響應時間以及對系統(tǒng)影響程度的由小到大來安排策略。在正常運行時，系統(tǒng)通過合理安排開機數(shù)降低系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的風險，通過仿真分析得知交流側二次諧波阻抗隨孤島運行方式下開機數(shù)量減小而增大，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性隨著交流側二次諧波阻抗增大而降低，因此可以直通過控制最小開機數(shù)來控制系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定。但是當系統(tǒng)在機組檢修以及系統(tǒng)開機數(shù)最大時也無法保證系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性要求時則應采用緊急情況下的諧波不穩(wěn)定抑制措施：措施1：可以通過調節(jié)換流變壓器分接頭降低直流運行電壓，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，當直流輸電系統(tǒng)電壓降低，即換流變壓器變比n增大時，諧波放大倍數(shù)將減小。如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓運行。措施2：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極單12脈波和雙極單12脈波相比，其換流器經過一個調制周期諧波放大小于雙極單12脈波換流器。如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓雙極雙12脈波運行。措施3：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將上一步驟中切除一12脈波換流器后那極另一12脈波換流器切除，將系統(tǒng)從雙極運行方式切換成單極運行方式。根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極和雙極相比，其換流器經過一個調制周期諧波放大小于雙極換流器，如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓雙極雙12脈波運行。措施4：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將剩余一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器。如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓雙極雙12脈波運行。措施5：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將上一步驟中切除一12脈波換流器后剩余的12脈波換流器切除，至此系統(tǒng)完全雙極閉鎖，不再具有輸送能力。下面結合具體例子對本發(fā)明方法及所能達到的技術效果進行驗證。一、搭建單極和雙極模型，如圖1和圖2所示。二、根據(jù)所提得單極單12脈波換流器、單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，分析影響諧波不穩(wěn)定因素，進行改進。三、依次驗證各措施的正確性。在正常運行時，系統(tǒng)通過合理安排開機數(shù)降低系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的風險，通過仿真分析得知交流側二次諧波阻抗隨孤島運行方式下開機數(shù)量減小而增大，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性隨著交流側二次諧波阻抗增大而降低，因此可以直通過控制最小開機數(shù)來控制系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定。但是當系統(tǒng)在機組檢修以及系統(tǒng)開機數(shù)最大時也無法保證系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性要求時則應采用緊急情況下的諧波不穩(wěn)定抑制措施，包括：措施1：可以通過調節(jié)換流變壓器分接頭降低直流運行電壓，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，當直流輸電系統(tǒng)電壓降低，即換流變壓器變比n增大時，諧波放大倍數(shù)將減小。如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓運行。措施2：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極單12脈波和雙極單12脈波相比，其換流器經過一個調制周期諧波放大小于雙極單12脈波換流器。如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓雙極雙12脈波運行。措施3：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將切除一12脈波換流器后那極另一12脈波換流器切除，將系統(tǒng)從雙極運行方式切換成單極運行方式。根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極和雙極相比，其換流器經過一個調制周期諧波放大小于雙極換流器，如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓雙極雙12脈波運行。措施4：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將剩余一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器。如果此時系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復全壓雙極雙12脈波運行。措施5：若此時系統(tǒng)諧波不衰減，但增長幅度減小則應采取進一步措施。這時，就應將上一步驟中切除一12脈波換流器后剩余的12脈波換流器切除，至此系統(tǒng)完全雙極閉鎖，不再具有輸送能力。分別在單極和雙極模型下進行實例驗證，模型如圖1和圖2所示。系統(tǒng)交流電壓為100kv，單個6脈波換流器直流電壓為50kv，整流器采用cigre定電流控制。系統(tǒng)參數(shù)設置如表2所示，模型中除直流線路電感l(wèi)2以外，其他參數(shù)相同。表2參數(shù)設置r1[ohm]r2[ohm]r3[ohm]c1[uf]c2[uf]c3[uf]l1[mh]參數(shù)30301.21.001201397.4822.0676.207故障設置為，在換流站直流線路出口注入幅值為50a的基頻電流，以激發(fā)換流變壓器直流偏磁。故障設置的時序為：1s時線路注入基頻電流，持續(xù)0.1s后切除故障。對于步驟1，本發(fā)明實例中用單極單12脈波換流器進行驗證。電感參數(shù)l2分別設置為750mh和550mh。在模型中對諧波阻抗進行掃描，直流基頻阻抗分別為52.94ω和115ω，交流二次諧波阻抗為15.16ω。根據(jù)表1中單極12脈波換流器判據(jù)可得兩個算例的判據(jù)值分別為6.91和0.96。對仿真結果進行fft分析，如圖3所示。在諧波注入后，判據(jù)值大的系統(tǒng)交流側二次諧波電壓逐漸增加，判據(jù)值小的系統(tǒng)交流側二次諧波電壓逐漸減小，這與本發(fā)明推導過程及判據(jù)相符合。對于步驟2.3，本發(fā)明實例中用單極單12脈波換流器和雙極單12脈波換流器進行驗證。兩個模型輸送功率相同，直流線路電感l(wèi)2設置為550mh，對仿真結果進行fft分析，如圖4所示。在1s時向系統(tǒng)直流側中注入基頻諧波電流，系統(tǒng)交流側二次諧波增大。對于有抑制措施的系統(tǒng)在2s秒時，系統(tǒng)從雙極運行方式切換到單極運行方式，諧波逐漸減小，在6s時系統(tǒng)重合閘恢復雙極運行方式，系統(tǒng)恢復穩(wěn)定運行。對于沒有沒有諧波抑制措施的系統(tǒng)，二次諧波電壓逐漸增大，發(fā)生諧波振蕩。對于步驟2.2和步驟2.4，本發(fā)明實例中用單極單12脈波換流器與單極雙12脈波換流器進行驗證。兩個模型輸送功率相同，直流線路電感l(wèi)2設置為150mh，所得換流器交流母線二次諧波電壓仿真結果如圖5所示。在1s時向系統(tǒng)直流側中注入基頻諧波電流，系統(tǒng)交流側二次諧波增大。對于有抑制措施的系統(tǒng)在2s秒時，系統(tǒng)從雙12脈波運行方式切換到到單12脈波運行方式，諧波逐漸減小，在12s時系統(tǒng)重合閘恢復雙12脈波運行方式，系統(tǒng)恢復穩(wěn)定運行。對于沒有諧波抑制措施的系統(tǒng)，二次諧波電壓逐漸增大，發(fā)生諧波振蕩。對于步驟2.1，本發(fā)明實例中用單極單12脈波換流器進行驗證，直流線路電感l(wèi)2設置為750mh。通過調節(jié)換流變壓器分接頭實現(xiàn)直流系統(tǒng)70％降壓運行，所得換流器交流母線二次諧波電壓仿真結果如圖6所示。在諧波注入后，全壓運行系統(tǒng)產生不穩(wěn)定現(xiàn)象，交流側二次電壓逐漸增加，這與本發(fā)明推導過程及判據(jù)相符合。70％降壓運行后諧波逐漸減小，系統(tǒng)恢復穩(wěn)定，由此可見直流降壓運行工況系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性高于全壓運行工況。當前第1頁12