高压直流输电系统基本设计若干问题研究

【摘要】：由于我国能源资源与需求呈逆向分布,客观上决定了我国要实行“西电东送、南北互供、全国联网”的电力资源优化配置,以实现能源的大范围转移,而直流输电技术在远距离、大容量输电方面的优势决定了其是最好的选择。虽然我国在直流输电技术方面起步较晚,但发展迅速,为了进一步提高直流工程的国产化水平,全面推动自主研发和科技创新,开发具有自主知识产权的高压直流输电基本设计软件包是其重要内容之一,本论文主要研究了高压直流输电基本设计中的几个关键问题,主要研究内容如下： (1)研究了换流变压器参数的确定方法。根据换流阀的浪涌电流水平,结合交流侧最大三相短路容量和直流系统的额定直流电压、电流等参数,应用数学解析公式计算最低要求的换流变压器短路阻抗,避免了工程上反复迭代的过程,并基于确定的短路阻抗值计算其他参数。以整流侧定电流逆变侧定电压控制方式为研究对象,考虑系统参数及相关的测量误差,研究了换流变压器分接头级数的计算。 (2)论述了高压直流输电主回路稳态参数计算需要的基础参数,包括运行方式、约束条件和原始数据。接着讨论了与主回路稳态参数计算密切相关的换流变压器分接头控制,包括其功能、分类以及各自的优缺点。然后在考虑这些基础参数,并基于整流侧定电流逆变侧定电压,两侧换流变压器分接头角度控制方式,具体研究了主回路稳态参数计算的过程,并制定了详细的计算流程。 (3)论述了无功设备的投切原则和高压直流输电无功管理需要考虑的因素。根据系统参数及无功设备容量,并基于主回路稳态参数计算结果和保持交直流系统间无功交换量在一定范围内的原则,详细研究了无功设备投切点的计算,并为确定和校验换流站无功设备投切顺序以及绘制无功投切曲线制定了详细的计算流程。 (4)基于主回路稳态参数计算结果,研究了在考虑各种非理想条件下采用确定性算法计算三脉动谐波电压源,包括特征与非特征谐波。计算时采用时域分段算法,该算法根据各三脉动组中三个阀的状态,将三脉动电压波形在一个周波内分为六段。根据计算获得的分段区间将交流基频电压与各次谐波电压作用下的三脉动电压按此六个分段区间分别进行傅立叶分解,然后再将同次谐波合并获得最终三脉动源各次电压。 (5)以计算高压直流输电工程的等效干扰电流衡量直流滤波器性能为目的,研究了在给定两侧三脉动谐波电压源条件下,线路采用全相耦合模型并结合网络分序模型计算沿线各次谐波电流的算法,包括直接流过直流极导线、接地极线路的谐波电流和感应到直流线路、接地极线路地线中的谐波电流。并基于直流侧谐波电流论述了等效干扰电流的计算过程。 (6)研究了一种基于滤波器等效原则并且适用于工程实际的直流滤波器设计方法。通过将多调谐滤波器等效成对应个单调谐滤波器,以多调谐滤波器的主电容值和调谐次数为限制条件,先计算各个单调谐滤波器参数,再经过等效公式得到多调谐滤波器的参数。根据该方法,可以方便地通过调整等效单调谐滤波器的参数而改变多调谐滤波器的参数,同时能保持多调谐滤波器的主电容值和调谐次数的不变,提高了直流滤波器设计的效率。