谐波对特高压直流输电换相失败影响的研究

【摘要】：随着我国经济迅猛发展,西部能源丰富与东部电量需求大的矛盾日益突出,高压直流输电技术成为连接西部和东部重要的能源通道。特高压直流输电(Ultra-high Voltage Direct Current,UHVDC)技术也在我国得到前所未有发展,然而直流输电系统中换相失败故障仍是目前尚未解决的难题之一。换相失败严重影响UHVDC的正常运行,其主要由电压降低以及电压畸变引起的,目前电压降低引起换相失败的研究较多,后者研究较少,谐波是造成系统电压发生畸变的重要原因,在UHVDC中存在丰富的谐波源,因此进一步探究谐波对UHVDC换流站发生换相失败的影响是非常有必要的。本文从换相失败的机理、谐波产生的机理、电磁暂态仿真和分析计算等方面,来探究谐波对换相失败的影响,主要做以下几方面的工作:第一,在PSCAD/EMTDC中搭建±800kVUHVDC的模型,并对其整流侧与逆变侧的电压、电流波形,以及直流电压、电流的波形进行了仿真分析,仿真结果验证了仿真模型的正确性。第二,谐波种类繁多、复杂多样,为研究谐波对特高压直流输电换相失败的影响,本文引入了谐波注入法,并搭建谐波注入模型。在UHVDC中分别在直流输电线上、整流站交流侧分别注入单相谐波源、负序和正序谐波,仿真结果表明,系统中谐波次数越低、幅值越大,对换流器的换相过程影响就会越大,多次仿真发现负序谐波比正序谐波对换相失败影响大。第三,对双极平衡运行工况和单极-大地运行工况故障状态进行仿真,验证了直流偏磁产生的谐波加剧了换相失败的发生。为进一步探究谐波对直流输电换相失败的影响,采用谐波换相电压时间面积的分析方法,谐波对其的负面影响超过一定值数值,换流器将出现换相失败现象,谐波增大了其发生的可能性。