【摘要】：在中國(guó),電網(wǎng)換相高壓直流輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用為遠(yuǎn)距離、大容量、跨區(qū)域輸電帶來(lái)了巨大的便利,預(yù)計(jì)截止至2020年,將有700GW的電能通過(guò)直流輸送。多回直流落點(diǎn)于同一受端交流電網(wǎng),這些電氣距離較近的直流線路和高壓交流受端電網(wǎng)一起構(gòu)成了多饋入直流系統(tǒng)。與此同時(shí),隨著直流輸電容量的增加,受端交流系統(tǒng)強(qiáng)度變?nèi)?暫態(tài)過(guò)電壓、換相失敗諧振及電壓穩(wěn)定性等問(wèn)題日益凸顯。在理論研究和工程應(yīng)用中,通常使用短路比指標(biāo)來(lái)刻畫交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)之間的相對(duì)強(qiáng)度。然而,由于多饋入系統(tǒng)中不僅存在交流和直流的相互耦合,還存在不同直流換流站之間的相互作用,這些耦合及相互作用使得短路比不能直接應(yīng)用到多饋入系統(tǒng)中。為此,本文圍繞直流多饋入系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性問(wèn)題,從電壓穩(wěn)定性分析、電壓穩(wěn)定裕度計(jì)算和參數(shù)影響分析等方面開(kāi)展了研究,并以特征值法為基礎(chǔ),提出了一種能夠刻畫多饋入交直流系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的廣義短路比指標(biāo)。該指標(biāo)以與直流單饋入系統(tǒng)短路比指標(biāo)相同的特性體現(xiàn)了系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性,具有計(jì)算簡(jiǎn)單、物理意義明確、對(duì)系統(tǒng)強(qiáng)弱評(píng)價(jià)的邊界清晰等優(yōu)點(diǎn),并能適用于實(shí)際的大電網(wǎng)場(chǎng)合。本文的主要工作和創(chuàng)新成果如下:1)分析了靜態(tài)電壓穩(wěn)定和多饋入系統(tǒng)短路比的聯(lián)系,從特征根的角度探索了一種刻畫交直流系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的多饋入系統(tǒng)廣義短路比指標(biāo),克服了傳統(tǒng)短路比概念在多饋入下物理機(jī)理不明確及對(duì)交流系統(tǒng)強(qiáng)度刻畫不準(zhǔn)確的缺陷,實(shí)現(xiàn)了短路比概念在單饋入和多饋入下物理意義及數(shù)學(xué)形式上的統(tǒng)一。廣義短路比是在較弱的假定條件下定義,因此具有一般性。理論證明廣義短路比唯一存在且不小于最小多饋入短路比,而傳統(tǒng)短路比僅是廣義短路比在附加較強(qiáng)假設(shè)條件后的一個(gè)特例。仿真算例表明新定義下的廣義短路比能更準(zhǔn)確地描述多饋入系統(tǒng)受端交流電網(wǎng)的強(qiáng)度。2)分析了直流工作點(diǎn)對(duì)于廣義短路比的影響,提出了一種可考慮直流運(yùn)行狀況的直流多饋入系統(tǒng)廣義運(yùn)行短路比指標(biāo),可用來(lái)更好的分析交直流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。廣義運(yùn)行短路比具有能判斷多饋入系統(tǒng)在任意工作點(diǎn)能否穩(wěn)定運(yùn)行、給出某方向上的功率裕度以及最快失穩(wěn)方向的優(yōu)點(diǎn)。理論分析和仿真算例均表明所提出的廣義運(yùn)行短路比更具普適性,更能準(zhǔn)確地描述在任意工作點(diǎn)下的直流多饋入系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定特性。3)探討了弱化假設(shè)條件后廣義短路比的適用性問(wèn)題。首先基于功率分岔,分析了定功率-定熄弧角和定電流-定熄弧角直流控制方式下直流多饋入系統(tǒng)廣義短路比的適用性。研究表明,基于定功率-定熄弧角和定電流-定熄弧角的廣義短路比推導(dǎo)本質(zhì)上是統(tǒng)一的;臨界和邊界廣義短路比指標(biāo)適用于兩種直流控制方式下的直流多饋入系統(tǒng)。此外,還分析了線路阻抗及直流落點(diǎn)間交流聯(lián)絡(luò)功率對(duì)廣義短路比臨界和邊界值的影響,算例表明線路阻抗角及直流落點(diǎn)間聯(lián)絡(luò)功率對(duì)臨界和邊界廣義短路比的影響較小。進(jìn)一步,分析了無(wú)功補(bǔ)償電容對(duì)于廣義短路比的影響,提出了一種考慮無(wú)功補(bǔ)償?shù)膹V義有效短路比指標(biāo),克服了廣義短路比推導(dǎo)過(guò)程中需假設(shè)直流消耗無(wú)功近似完全補(bǔ)償,無(wú)功補(bǔ)償容量與直流系統(tǒng)標(biāo)幺值成比例的缺陷。此外,還提出了一種考慮線路電阻及無(wú)功補(bǔ)償?shù)膹V義短路比指標(biāo),二維廣義有效短路比,克服了短路比推導(dǎo)均不考慮線路電阻的缺陷。4)探討了直流多饋入系統(tǒng)中含異步電動(dòng)機(jī)時(shí),系統(tǒng)電壓支撐變化的情況。基于臨界電壓穩(wěn)定邊界下,雅克比矩陣奇異的性質(zhì),推導(dǎo)了含異步電機(jī)負(fù)荷的多饋入直流系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定數(shù)學(xué)表達(dá)式,基于表達(dá)式分析了不同控制方式下異步電機(jī)對(duì)于廣義短路比的影響,研究表明異步電機(jī)在合理控制方式下能有效提升受端系統(tǒng)的電壓支撐。同時(shí),基于改進(jìn)的單饋入直流標(biāo)準(zhǔn)算例對(duì)不同控制方式下異步電機(jī)對(duì)廣義短路比的影響進(jìn)行了對(duì)比研究,并分析了控制參數(shù)對(duì)于結(jié)果的影響。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM712
【圖文】：

２．２單憒入短路比理論基礎(chǔ)逡逑２．２．１單饋入直流系統(tǒng)模型逡逑單饋入直流輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖２．１所示，圖２．１僅保留逆變側(cè)及交流系統(tǒng)部分。逡逑對(duì)于穩(wěn)態(tài)模型而言，受端交流電網(wǎng)可以采用戴維南定理進(jìn)行等值，等值后的逆變側(cè)交流逡逑系統(tǒng)阻抗用Ｚ表示，逆變側(cè)受端交流電網(wǎng)電源用等值后的戴維南等值電勢(shì)五表示，逆變逡逑側(cè)換流母線交流電壓為直流和交流線路注入逆變側(cè)換流母線的有功和無(wú)功功率逡逑分別為Ｐ和０，／Ｖ厶、％分別為直流有功功率，直流電流和直流電壓，０／為直流和無(wú)逡逑功補(bǔ)償設(shè)備注入逆變側(cè)換流母線的無(wú)功功率，及為直流線路電阻（本章忽略不計(jì)），尺為逡逑逆變側(cè)變壓器變比，Ｘ為換相電抗，ｙ為熄弧角，＃為每極的６脈動(dòng)換流橋個(gè)數(shù)，＜７為逡逑逆變側(cè)換流母線交流電壓幅值，＜５為五和間的電壓相角，ｐ為直流功率因數(shù)角，凡為逡逑無(wú)功補(bǔ)償和濾波裝置基波下的等值電容，直流控制方式為定功率定熄弧角控制（ｃｏｎｓｔａｎｔ逡逑ｐｏｗｅｒ邋ｃｏｎｓｔａｎｔ邋ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ邋ａｎｇｌｅ

路比用于刻畫在不同運(yùn)行條件下直流系統(tǒng)輸送極限問(wèn)題，故可從靜態(tài)電壓穩(wěn)定角度分析逡逑短路比和輸送極限的關(guān)系Ｉｍ［４６］＇［４７１。經(jīng)典參數(shù)下，ＣＳＣＲ和ＢＳＣＲ與電壓穩(wěn)定鼻型曲線逡逑的關(guān)系如圖２．２和圖２．３所示。逡逑從圖２．２可以看出，當(dāng)ＳＣＲ＝２．０６時(shí)系統(tǒng)在額定工作點(diǎn)到達(dá)電壓穩(wěn)定極限；從圖２．３逡逑可以看出，當(dāng)ＳＣＲ從２．８變化到２．９丨的過(guò)程中，換相重疊角等于３０°邋（正常運(yùn)行中，１２逡逑脈換流器換相重疊角／／需小于３０°Ｗ）的工作點(diǎn)逐漸靠近最大傳輸功率點(diǎn)，當(dāng)ＳＣＲ＝２．９１逡逑時(shí)，系統(tǒng)在換相重疊角為３０°處到達(dá)電壓穩(wěn)定極哏。為方便起見(jiàn)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常將臨界逡逑短路比為和邊界短路比分別近似取值為２和３。因此，交直流系統(tǒng)中短路比可描述交流逡逑電網(wǎng)的電壓支撐強(qiáng)度，其初衷之一是刻畫直流系統(tǒng)電壓穩(wěn)定特性。逡逑１．０５邋邐＇邐＇邐ｒ，邐邐逡逑？邋Ｈ＝３０°邐ｓ邐Ｘ：邋１．０４９逡逑５邋0．９邋－邐＊邐Ｍ＝３０°邐Ｎ邋＼邋＼邋Ｙ：邋０．８８３３逡逑古邐邐－ＳＣＲ＝２．８邐１邐：邐■邋ＭＡ１Ｊ逡逑＃邐邐ＳＣＲ＝２．８５邐／邋＾Ｊ逡逑（）．８５邐邐ＳＣＲ＝２．９１邐？邋ｙ逡逑０．８邋－邋ｚＺ逡逑

改變直流１的額定輸送功率，計(jì)算直流２的額定輸送功率以保證系統(tǒng)在額定逡逑工作點(diǎn)或直流換相重疊角均為３０°的工作點(diǎn)到達(dá)電壓穩(wěn)定臨界點(diǎn)，計(jì)算此時(shí)兩饋入臨界逡逑和邊界廣義短路比如圖２．８所示。逡逑３．１１邐邋２．１１邐逡逑｜邐？？？？＿？邋？？…＿一一＇＿邐｜逡逑？邐３．０－邐ｉ邐２．０．邐．．．．．．．．．．．．逡逑ｉ邐？逡逑Ａ邐Ｊ逡逑２．９１邐＇邐１邐邋１．９１邐１邐＇邐■邐逡逑０．０邐０．５邐１．０邐１．５邐０邐１２邐３邐４逡逑功率比值功率比值ＰＢＲ（／Ｖ＆，）逡逑（ａ）邊界廣義短路比邐（ｂ）臨界廣義短路比逡逑圖２．８兩饋入臨界及邊界短路比逡逑Ｆｉｇ邋２．８邋Ｃｒｉｔｉｃａｌ邋ａｎｄ邋ｂｏｕｎｄａｒｙ邋ｇＳＣＲ邋ｏｆ邋ｄｕａｌ－ｉｎｆｅｅｄ逡逑從圖２．８可以看出，兩饋入系統(tǒng)的臨界廣義短路比約為２，邊界廣義短路比約為３，逡逑跟單饋入臨界和邊界短路比的結(jié)論一致。此外，從該圖還能發(fā)現(xiàn)，隨著額定容量的改變，逡逑系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的臨界和邊界廣義短路比的波動(dòng)都很小，其中臨界廣義短路比偏差約為丨．５４％，逡逑邊界廣義短路比偏差約為０．６１％，因此臨界廣義短路比和邊界廣義短路比對(duì)于交流系統(tǒng)逡逑強(qiáng)度具有較好的區(qū)分度。逡逑為了進(jìn)一步說(shuō)明多饋入臨界廣義短路比和邊界廣義短路比的值分別在２和３附近的逡逑性質(zhì)，下面基于ＣＩＧＲＥ的標(biāo)準(zhǔn)模型構(gòu)造圖２．４所示的多饋入系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上，改變逡逑網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)使得系統(tǒng)在額定功率下分別滿足ｇＳＣＲ邋＝邋２和ｇＳＣＲ邋＝邋３，并觀察臨界運(yùn)行逡逑點(diǎn)時(shí)的特性：１）當(dāng)ｇＳＣＲ邋＝邋２時(shí)

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本文編號(hào)：2783358