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新型直流输电的控制和保护策略研究

刘洪涛  
【摘要】: 新型直流输电(VSC-HVDC)作为传统直流输电的发展和创新,与其相关的许多技术问题还没有解决或解决得不够好,本文着重对目前尚未解决或解决得不够好的一些问题进行了研究并提出了相应的解决方案,主要包括以下几个方面: (1)在分析稳态工况下VSC与所联交流网络之间功率变换关系的基础上,建立了分别适用于VSC-HVDC联结两个交流有源网络和向无源网络供电两种情况下的稳态数学模型,该模型确定了VSC-HVDC中有功、无功、直流电压、直流电流等被控量与VSC的控制量之间的约束关系,根据它们之间的约束关系制定了满足不同功能要求的分别适用于VSC-HVDC联结两个交流有源网络和向无源网络供电两种情况的多种控制策略,依据这些控制策略设计了具体的VSC-HVDC控制系统,并对控制系统中的几个主要环节的设计进行了较深入的研究,特别是两端VSC控制器的设计和VSC直流侧电容量及换流电抗器(或换流变压器)电感量的选取。NETOMAC时域数字仿真结果证实了所设计的控制系统能够完成设定的功能,并具有较高的稳态控制精度和良好的动态特性。 (2)对VSC-HVDC在没有保护控制的情况下其交流侧、直流侧和VSC内部等部位发生常见较严重故障时的运行特性进行了仿真研究,总结出这些较严重故障可能对VSC-HVDC造成的危害,并针对这些危害提出了几种切实有效的保护策略,仿真结果证实了应用这些保护策略可确保VSC-HVDC中的一些重要部件能够在大多数类型的故障时免遭过电压或过电流的损害。 (3)在比较和研究适用于VSC-HVDC容量提升的一些策略的基础上,论证了目前提升VSC-HVDC容量的一个现实途径是采用三电平VSC,并提出了基于二极管中点箝位型三电平VSC的HVDC系统的一种控制策略,设计了相应的控制器,仿真结果证实所设计的控制器具有良好的稳定性和稳态控制精度。 (4)基于时域仿真实现的复转矩系数法,对与静止无功补偿器SVC相联接的同步发电机组的次同步振荡(SSO)特性进行了深入的研究,得出了一些重要结论,可为SVC的设计和运行提供避免SSO的依据。


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