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多馈入直流系统电压稳定性和换相失败评估方法研究

肖浩  
【摘要】:多回电网换相换流器型高压直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)集中落点于同一受端交流电网而形成的多馈入直流(Multi-Infeed DC,MIDC)系统中,交流与直流之间以及直流与直流之间均存在着复杂的相互作用,这使得MIDC系统的电压稳定性和换相失败问题尤其突出,进而给整个交直流系统的安全稳定运行带来了巨大的威胁。为缓解MIDC系统的电压稳定性和换相失败问题,将高温超导故障限流器(High-Temperature Superconducting Fault Current Limiter,HTS-FCL)和电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based HVDC,VSC-HVDC)接入到MIDC系统,成为了MIDC系统的发展趋势。准确评估MIDC系统的电压稳定性和换相失败,并分析HTS-FCL和VSC-HVDC接入对换相失败的影响,具有重要的理论和工程意义。本文围绕MIDC系统电压稳定性和换相失败评估方法开展研究,主要研究工作如下:首先,提出了单馈入LCC-HVDC系统静态电压稳定性评估指标和换相失败快速评估方法。从单馈入LCC-HVDC系统静态电压稳定机理出发,提出了一种能够准确评估静态电压稳定性的综合短路比(Integrated Short-Circuit Ratio,ISCR)强度指标;通过建立换相失败抵御能力指标与ISCR强度指标之间的解析关系,提出了一种单馈入LCC-HVDC系统换相失败的快速评估方法。算例分析结果表明了ISCR强度指标和换相失败评估方法的有效性。单馈入LCC-HVDC系统静态电压稳定性和换相失败评估方法的提出,将为研究MIDC系统静态电压稳定性和换相失败评估方法提供参考思路。其次,提出了基于多馈入综合短路比(Multi-Infeed ISCR,MISCR)强度指标的MIDC系统静态电压稳定性评估方法。基于MIDC系统潮流分析模型和多馈入相互作用因子指标,定义了等值耦合导纳的概念,等值耦合导纳可定量反映MIDC系统中其余直流对被研究直流的影响;在建立MIDC系统单端口等值模型的基础上,从MIDC系统静态电压稳定机理出发,提出了一种能够准确评估静态电压稳定性的MISCR强度指标。算例分析结果表明了MISCR强度指标的有效性。然后,提出了综合考虑逆变站之间基波和谐波相互作用的MIDC系统同时换相失败快速评估方法。揭示了谐波影响LCC-HVDC换相失败的机理,分析了MIDC系统中逆变站之间基波和谐波相互作用对同时换相失败的影响;定义了谐波多馈入相互作用因子指标,用于评估MIDC系统中逆变站之间谐波相互作用的强弱;通过建立逆变站之间谐波相互作用影响MIDC系统同时换相失败的实用化判据,提出了一种综合考虑逆变站之间基波和谐波相互作用的MIDC系统同时换相失败快速评估方法。算例分析结果表明了评估方法的有效性。再次,提出了HTS-FCL影响MIDC系统换相失败的评估指标。结合逆变站之间基波和谐波相互作用影响同时换相失败的评估方法、以及故障恢复特性的评估方法,建立了MIDC系统换相失败的综合评估方法;提出了HTS-FCL影响MIDC系统换相失败的3种评估指标,分别用于刻画HTS-FCL对MIDC系统同时换相失败抑制效果和故障恢复特性改善效果。算例分析结果表明了评估指标的有效性。最后,提出了VSC-HVDC影响MIDC系统当地换相失败的快速评估方法。建立了含VSC-HVDC和LCC-HVDC的MIDC系统单端口等值模型,定义了LCC-HVDC换流母线处等值电压稳定因子(Equivalent Voltage Stability Factor,EVSF)指标;在分析VSC-HVDC和LCC-HVDC直流功率-电压特性和相角-电压特性的基础上,提出了EVSF指标的解析求取方法;通过建立换相失败抵御能力指标与EVSF指标之间的解析关系,提出了一种VSC-HVDC影响MIDC系统当地换相失败的快速评估方法。算例分析结果表明了评估方法的有效性。


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