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±660kV银东直流输电系统换相失败研究

慈文斌  
【摘要】:高压直流输电在远距离大容量输电和大区联网方面具有技术和经济上诸多优势。截至目前,我国已建成并投运±800kV向上直流和±660kV银东直流等十多个特/超高压直流输电工程,成为世界上直流输电容量最大,发展最快,电压等级最高的国家。但是高压直流输电也带来了许多技术上的新问题,换相失败就是其中之一。它可能导致直流电压降低、换流阀寿命缩短、换流变压器直流偏磁及逆变侧弱交流系统过电压等不良后果,若控制不当,还会引发后继换相失败甚至导致直流功率传输中断。银东直流是世界上第一个±660kV电压等级直流输电工程,具有许多不同于以往直流工程的新特点。比如由于换流变短路电抗较大,比已建成的±500kV直流工程更容易发生换相失败。因此开展±660kV银东直流换相失败研究具有重要意义。 本文从换相失败仿真判据、电磁暂态仿真、机电暂态仿真和预防措施等方面对银东直流换相失败问题进行了研究。主要研究工作和取得的成果如下: 第一、比较了研究换相失败的仿真工具,并对换相失败的仿真判据进行了讨论。理论分析表明,当直流系统运行条件确定时,对应确定的临界熄弧角γcr,换相失败临界电压是确定的,可以利用特定临界电压值,判断直流系统在该运行方式下是否发生换相失败。 第二、综合利用电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC和机电暂态仿真程序PSS/E,分析了山东电网交流系统故障对银东直流换相失败的影响。首先,通过搭建电磁暂态仿真平台并进行交流系统故障仿真,获得了2011年银东直流额定运行方式下,对称故障引发换相失败的临界电压为0.887p.u.。然后,利用该值整定了机电暂态仿真程序中直流模型的换相失败临界电压,进行山东电网交流系统故障仿真。仿真结果表明,除郓城500站、聊城厂500站和德州500站一线以西之外,山东电网500kV线路三相短路都会导致银东直流换相失败;青岛区域内220kV线路、烟台莱阳500站附近220kV线路、潍坊境内500站附近220kV线路以及日照和淄博少数220kV线路三相短路故障会导致银东直流换相失败,且故障后换流站交流母线最低电压等高线呈现沿500kV线路分布趋势。接下来,通过搭建包含山东电网500kV网架的详细电磁暂态仿真平台,进一步对山东电网500kV线路故障进行电磁暂态仿真。结果表明,除了在故障后交流母线电压接近换相失败临界电压的区域,纯电磁暂态仿真时换相失败概率不足100%外,两种仿真方法对故障后是否发生换相失败的判定结果一致。同时,借助该平台对非对称故障对银东直流换相失败影响情况也进行了讨论。 第三、对预防换相失败的措施和效果进行了讨论。换流站增投电容器组、快速清除故障和故障后提前发出触发脉冲,都能够避免部分故障引起的银东直流的换相失败。为了增强预防效果,需要考虑多种预防措施协调配合,以及采取相应控制措施来避免连续的换相失败。 本文所采用的通过电磁暂态仿真程序确定换相失败临界电压,然后应用到机电暂态程序中进行大规模交直流混合电网中换相失败研究的方法,能够综合利用电磁暂态仿真的准确性和机电暂态仿真规模和速度优点,具有较强的工程实用价值,有利于更好的研究银东直流的换相失败问题。


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