多直流落点系统中高压直流换相失败问题的研究

【摘要】：随着电力需求的逐年增长，加之我国幅员辽阔，能源资源分布极不均衡，西部地区能源资源丰富，但是电力需求较小；东南沿海地区经济发达，然而能源匮乏；因此，我国形成了“西电东送”的格局。高压直流输电由于在远距离、大容量输电中比高压交流输电更经济，加上无稳定性问题并具有快速调节的能力，使之在“西电东送”战略中担当了重要角色，形成了大规模、交直流互联和多回直流落点集中于同一地区的复杂网络，以我国南方电网和华东电网尤为典型。换相失败是HVDC输电系统常见的故障之一，它严重影响影响整个电力系统的安全稳定运行，对于多直流落点系统来说，交直流系统之间的相互作用更为复杂，单个逆变站的换相失败可能引发几个逆变站相继发生换相失败，甚至导致直流功率传输的中断，影响整个交直流系统的稳定运行。因此，多直流落点系统中高压直流换相失败问题的研究就非常必要。 本文介绍了直流输电系统的基本构成及特点，并从原理上重点分析换相失败的机理；提出了一种利用多馈入交互作用因子快速判断直流系统换相失败的方法。基于节点阻抗矩阵对多馈入交互作用因子进行定义，通过最小熄弧角判断标准推导出临界多馈入交互作用因子的通用表达式，提出了基于临界多馈入交互作用因子的换相失败判断方法。某一回直流逆变侧换流母线发生三相短路故障时，如果另一回直流与该直流间的多馈入交互作用因子大于临界多馈入交互作用因子，则认为另一回直流系统也会同时发生换相失败。并用小算例系统和实际电网的研究结果证明了该指标和方法的准确性和有效性。 进行了基于EMTDC仿真的换相失败特性及影响因素分析；介绍了南方电网多直流落点系统的电磁暂态建模；以南方电网2011年丰大运行方式EMTDC模型分析了逆变站换流母线电压变化对换相失败及功率特性的影响和交流严重故障对直流输电运行影响，最后进行了交流系统故障引起多回直流同时换相失败的研究，结合BPA和EMTDC仿真工具提出了一种快速判断能导致多回直流同时换相失败的交流故障区域的方法。