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直流输电系统主回路和控制器参数优化选择研究

杨汾艳  
【摘要】: 直流工程设计及设备制造的国产化,对增强我国在直流输电核心技术领域的实力具有重要意义。本文在直流输电系统主回路及控制器参数优化选择等方面进行了相关研究。主要内容如下: (1)研究了典型直流输电系统的暂态响应特性。分析了直流输电系统主要控制环节的功能,以及各控制环节之间的控制配合关系。按照直流线路的不同类型,对分别采用架空线、电缆的直流输电系统模型、以及背靠背直流输电系统模型,仿真比较了各种故障下的暂态响应特性。特别研究了交流侧发生故障时,直流输电系统的换相失败及其恢复过程,以及直流线路短路时直流输电控制器的动作特性和直流线路的过电流水平。 (2)提出了一种基于系统稳定性及动态性能准则的具有全局最优特性的HVDC控制器PI参数优化方法——参数可行域划分优化方法。以定电流控制为例,根据控制系统开环传递函数,建立了满足系统稳定性的PI参数可行域;对可行域进行不同步长的划分,在得到的样本集中寻找对应由综合性能指标ITAE(integral of time multiplied by We absolute value of effor)表征的目标函数为最小时的一组PI样本,作为控制器PI参数的最优值。采用上述参数可行域划分优化方法得出的控制器具有良好的鲁棒性。这种方法克服了常规数学优化方法只能得到局部最优解的缺点,也避免了以往工程中采用试凑法进行PI参数调节的盲目性。 (3)对直流输电主回路参数的优化选择进行了初步研究。首先,通过分析换流变压器短路阻抗对换流阀浪涌电流水平、换流器消耗的无功功率、以及换流站总费用等因素的影响,得出可根据换流阀的浪涌电流水平来优化短路阻抗的结论。其次,通过分析平波电抗器电感值的主要制约因素,指出用于初步选择电感值的综合公式;引入了电流斜率系数S_i,并分析了S_i用于表征系统故障时平波电抗器抑制故障电流上升的效果。最后,以葛南直流输电工程为例,验证了参数选择优化方法的合理性。 (4)对直流侧滤波系统抑制谐波的效果、以及直流滤波器的参数优化进行了分析研究。指出了用于衡量直流线路谐波水平的标准,分析了平波电抗器布置方式、杂散电容、中性母线对地电容等因素对直流线路谐波水平的影响关系;揭示了直流线路等效干扰电流随中性母线对地电容值的变化规律,进而提出了直流侧滤波系统中中性母线对地电容的参数优化选择原则。分析了直流滤波器相关参数对直流侧滤波效果的影响,并对直流滤波器的优化进行了初步探索。 (5)提出了HVDC系统采用CCC(Capacitor Commutated Converter)技术时,换相电容最优值的选取原则及具体实现方法。推导出换流阀电压峰值的表达式,分析了换相电容的变化对阀电压峰值的影响,从中揭示了换相电容的优化选取原则,以及实际工程应用中最优电容值的选取方法。提出了一种测量换流器实际关断角和视在关断角的方法。分析了CCC-HVDC系统的稳态响应及暂态响应特性,并与LCC-HVDC系统进行了对比。研究了CCC换流器在直流工程应用中的工程经济性,揭示了CCC技术在HVDC系统中的主要应用场合。


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