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《华南理工大学》 2010年
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基于复数力矩系数法的HVDC阻尼特性的频域理论分析

童家鹏  
【摘要】: 高压直流输电在一定条件下会引起发电机轴系的扭振互作用,在各种因素中,以整流器控制的影响最为显著,扭振的实质是系统对扰动呈现出负阻尼,结果则是导致发电机轴系的疲劳损坏,威胁电力系统的稳定运行。随着高压直流输电的相继投入运行,大规模交直流并联输电系统成为我国电力系统发展趋势,高压直流输电与附近发电机之间的相互作用日趋突出,非常有必要研究由高压直流输电引起的次同步振荡,而网络拓扑结构的变更和高压直流输电技术革新使得次同步振荡的理论分析越来越复杂。本文从电气阻尼的角度出发,运用复数力矩系数法,从理论上分析与HVDC引起次同步振荡相关的各种问题。 首先,本文简要的介绍了次同步振荡现象,阐述了关于高压直流输电引起次同步振荡现象机理的三种解释,从次同步振荡的影响因素、分析方法和控制措施三个方面对国内外的研究现状进行总结,指出现有研究成果中需要改进的地方,为本文的研究提供指导思想。 其次,根据理论分析的需要,建立了研究对象的详细模型,包括高压直流输电模型、交直流并联输电模型和控制系统模型;复数力矩系数法是分析次同步振荡的常用方法,本文结合模型的特点,推导出电气阻尼系数的数学表达式,为下文的理论分析奠定基础。接着是本文的核心部分,以系统模型为基础,复数力矩系数法为分析手段,结合扫频法,在频域上分析HVDC阻尼特性,根据理论推导的表达式借助Matlab编写相应的程序,计算并绘制电气阻尼特性曲线,理论研究包括三个方面:HVDC整流侧发电机阻尼特性分析、HVDC逆变侧发电机阻尼特性分析和AC/DC系统阻尼特性分析。对HVDC整流侧的分析主要包括线性定电流控制、线性定功率控制和非线性定电流控制方式及参数的影响,此外,还详细分析了直流线路参数、受端交流系统强度、直流功率水平、触发延迟角、降压运行、换流站无功补偿和锁相环对系统阻尼特性的影响,计算结果表明,HVDC整流器控制方式及参数对次同步振荡的影响最为显著,非线性定电流控制具有最好的正阻尼特性;直流电抗、直流功率水平、触发延迟角、降压运行和换流站无功补偿对系统的阻尼特性影响较大。对HVDC逆变侧发电机阻尼特性的研究主要包括线性定电压控制、线性定熄弧角控制和非线性定熄弧角控制对逆变站附近发电机电气阻尼特性的影响,结果表明,在线性定电压控制和非线性定熄弧角控制下,系统对次同步振荡表现出正阻尼,只有在线性定熄弧角控制时在低频段出现较小的电气负阻尼,因而逆变侧发电机一般不会发生次同步振荡。AC/DC系统次同步振荡分析主要研究交流输电线路及其串联电容补偿对系统阻尼特性的影响,计算结果表明,无串补的交流线路与HVDC并联可缓解HVDC与附近发电机的扭振互作用,改善系统的电气阻尼特性;而交流线路存在串联电容补偿时,AC/DC系统的阻尼特性有明显恶化的趋势,此时的扭振特性主要是由串联电容补偿度和交流线路电阻共同决定。 最后,根据次同步振荡发生的本质原因,对易发生次同步振荡的整流侧线性控制方式设计三种附加次同步阻尼控制器,以改善系统的阻尼特性,结果表明,三种阻尼控制器均能不同程度的提高系统阻尼。 本论文的研究得到国家自然科学基金面上项目(50807016)、广东省自然科学基金项目(9151064101000049)的资助。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TM721.1

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