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特高压直流输电对系统安全稳定的影响及对策

郑旭  
【摘要】:特高压直流是高效的“点对点”输电方式,是我国特高压电网规划的重要组成部分,也是我国电力工业发展的必由之路。特高压直流输送功率巨大,在为受端电网输送大量电力的同时,也将对系统的安全稳定运行产生较大影响;并且目前特高压直流线路发生短路故障后所采取的控制措施还存在一定的隐患和风险。本论文主要针对特高压直流输电系统建模、特高压直流输电对交流系统安全稳定的影响和相应的对策,以及直流换流器失效情况下,特高压直流线路短路故障的后备保护等内容进行研究。针对目前主要电力系统分析软件中采用的直流输电模型各异、精度不一,并且普遍存在一定不足的问题,基于中国电科院PSASP仿真程序的用户自定义环境(UD),建立了用于稳定计算分析的特高压直流输电的准稳态模型,包括直流换流器和直流控制系统两部分的建模,并结合算例研究了各种工况下自定义建立的特高压直流输电模型的系统特性,仿真结果证明了所建立模型的合理性,为开展后续研究奠定了基础。综述了电力系统电压稳定的定义、分类和稳定控制方法。基于PSASP仿真平台,结合实例仿真分析了特高压直流接入后,受端电网的强度及其在各种故障下的电压稳定性,针对严重故障下系统出现的电压失稳问题,提出了在相关站点加装STATCOM动态无功补偿装置的措施,并仿真验证了其改善系统电压稳定水平的有效性。仿真分析了特高压直流接入后对交流系统小干扰稳定的影响,通过分析不同年份、不同运行方式下各种振荡模式,研究得出当特高压直流工程输送不同功率时,将引起交直流系统阻尼的变化。分析了通过优化PSS参数的方法提高系统阻尼,通过仿真表明,对相关机组PSS参数优化后,可起到较明显的抑制系统低频振荡的效果。针对STATCOM在抑制功率振荡方面的不足以及PSS参数优化存在适应性不强的问题,研究提出采用并联储能型STATCOM装置来同时解决特高压直流接入后,受端电网的暂态电压失稳和交直流系统功率振荡问题。基于PSASP建立了并联储能型STATCOM装置及其多目标稳定控制器模型,仿真结果表明,并联储能型STATCOM装置在系统故障情况下,不仅可以对特高压直流受端系统的暂态电压起到有效的支撑作用,提升直流逆变站的母线电压,避免换相失败引发直流闭锁;还能够显著增强互联系统阻尼,抑制功率振荡。针对目前(特)高压直流输电系统中隔离和切除直流线路短路故障控制策略存在的不足和风险,论文提出一种直流换流器失效情况下,基于新型直流断路器的特高压直流线路短路故障后备保护方案,并设计了一种新型电流源型机电混合式直流断路器。仿真结果表明,提出的新型直流断路器能够快速有效的开断直流线路故障,可达到常规的换流器闭锁动作来开断直流线路故障的类似效果,验证了所提出的基于新型直流断路器的直流线路后备保护的有效性。


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