高压直流输电系统的稳定性分析

【摘要】：维持高压直流输电系统的稳定、可靠运行是一项基本的要求。HVDC工程单极大地回路引起的直流偏磁、电力系统背景谐波和各种电力系统扰动等都有可能使HVDC系统运行于非理想的环境,在一定条件下甚至会导致HVDC系统稳定被破坏的严重后果。本文立足于交、直流系统的相互作用关系,以HVDC系统的稳定性为目标,重点研究了以下问题。 (1)逆变器正斜率伏安特性对HVDC稳定性的影响工程上使用逆变器正斜率伏安特性的本意为解决整流器和逆变器伏安特性多个交点的问题,但本文也证明,从小信号扰动的观点看,与负斜率伏安特性相比正斜率伏安特性可以使控制系统无条件满足稳定性的要求,不必对控制系统和一次回路参数作出任何要求。 (2) HVDC的小信号模型及稳定性分析在HVDC准稳态模型的前提下,针对HVDC换流器的常见控制模式,推导了各自的小信号状态方程。在建立小信号状态方程后,利用特征根分析的方法分析系统的小干扰稳定性,分析了控制系统参数对HVDC系统稳定性的影响。 (3) HVDC换流器阻抗频率特性与谐波不稳定谐波不稳定曾引起多个直流工程的闭锁,而HVDC换流器的阻抗频率特性是分析和解决谐波不稳定的一个重要因素。从分析换流器工作过程出发,基于开关函数理论,提出换流器阻抗频率特性的计算方法。该方法能准确确定从换流器交、直流端口向对侧看入的阻抗频率特性,因而将交、直流系统等效到同一电路系统中研究。该方法可用于交直流系统的谐波不稳定分析,仿真结果也证明行之有效。 (4)交流系统单相接地故障对HVDC的影响分析交流系统故障时,HVDC的稳定运行将遭到破坏。针对交流系统常见的单相接地故障,深入分析了交流系统单相接地故障时换流器的动态行为,为求解换流器不对称运行产生的非特征谐波,提出改进的开关函数法。该方法解决了开关函数法不能应用于阀不对称运行的难题,可用于直流谐波保护定值校验的辅助手段。 (5)抑制变压器直流偏磁的接地电阻配置方法直流偏磁引起的系统谐波增大和换流母线电压畸变会恶化HVDC换流器的运行环境,导致发生谐波不稳定等。针对传统方法不能解决全网变压器直流偏磁的问题,以使全网变压器中性点接地电流均不超标为目标,基于伴随网络的灵敏度分析,提出接地电阻的优化配置方法。以直流偏磁比较严重的南方电网的仿真分析表明该方法能够有效抑制中性点的直流电流,彻底解决电网中普遍存在的直流偏磁问题。