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多馈入直流系统动态无功补偿优化研究

周仕豪  
【摘要】:我国幅员辽阔,电力负荷与发电能源分布不均,为了改善能源需求与供应不平衡的局面,采用大规模远距离输电技术势在必行。高压直流输电具有远距离输电经济性能好,不存在同步运行稳定问题、非同步联网和快速可控等优势,在我国发展得如火如荼。随着越来越多的高压直流输电工程的建成和投运,有多条直流的落点在同一区域,在我国长三角和珠三角地区已经形成了多馈入直流系统(Multi-infeed HVDC,MIDC)。相比于单馈入直流,多馈入直流系统中交流系统故障有可能造成多条直流同时连续换相失败,甚至造成系统崩溃。动态无功补偿可以在系统故障期间快速提供无功功率,满足直流从受端系统吸收无功的需求,维持换流母线的电压,从而避免发生换相失败。因此研究多馈入直流系统中动态无功补偿优化配置的问题具有十分重要的意义。本文在学习与借鉴当前研究工作的基础上,对多馈入直流系统中动态无功补偿优化进行了较为深入的研究。论文的主要工作包括以下几个方面:(1)研究换相失败过程中换流器的无功特性。分析了换流阀的换相过程,指出换相失败的根本原因是因为换流器的熄弧角小于临界值。在多馈入直流系统中,多条直流的相互影响会使换相失败的问题更加严峻。换相失败期间换流器与受端交流系统的无功交换会大幅波动。为了分析这种无功特性,首先给出了直流稳态受端无功方程,然后分析了直流受端在换相失败及恢复期间的无功特性,最后在此基础上研究了直流控制系统参数对暂态无功特性的影响,并通过仿真验证。(2)研究多馈入直流系统无功补偿的布点。比较不同无功补偿装置的响应特性,指出无功补偿提升多直流抵御同时换相失败的机理,分析影响无功补偿效果的三个因素:装置类型、布点和容量。提出了基于换相失败持续时间的换相失败风险降低效果指标、灵敏度指标和基于电气距离的直流距离耦合度指标。通过时域仿真的方法,充分考虑动态无功补偿的暂态特性,确定大电网中动态无功补偿的薄弱节点。采用华东电网算例验证了所提方法的有效性。(3)提出了完整的动态无功补偿优化配置方法。为了能够同时对无功补偿装置的类型、安装地点和安装容量,以动态无功补偿效果和成本为目标函数,建立降低直流换相失败风险的动态无功配置优化模型,通过基于分解的多目标进化算法求其帕累托最优解集,利用熵权法计算各方案的贴近度,确定各方案的相对优劣,为决策人员提供决策依据。最后采用华东电网八馈入直流系统算例验证了所提方法的有效性。


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