张翔[1]2004年在《高压直流（HVDC）输电系统交流侧的谐波抑制》文中指出本文对高压直流(HVDC)输电系统交流侧的谐波抑制进行了一系列的研究，主要内容有以下几个方面： 1．简要分析了高压直流(HVDC)输电系统谐波的特点和目前HVDC交流侧所采用无源滤波器的缺点。 2．以国际大电网会议(CIGRE)公布的HVDC标准模型为基础搭建了自己的HVDC模型。 3．分析了有源滤波器的原理和其优、缺点，在此基础上引入了混合有源滤波器(HAPF)。 4．对有源滤波器的谐波检测理论进行了分析、概括，并用PSCAD／EMTDC仿真软件对p-q理论和ip-iq理论进行仿真计算和对比。得出结论：ip-iq法在稳态时对谐波的检测结果比p-q法的检测结果准确，但是ip-iq法在系统暂态时对谐波的检测精度远远差于p-q法。 5．对脉宽调制(PWM)的原理进行了分析，用PSCAD／EMTDC搭建了PWM电路模型，并对其特性进行了仿真分析。 6．用PSCAD／EMTDC搭建了混合有源滤波器(HAPF)的模型，进行了一系列的仿真计算。得出结论：①采用HAPF比只采用PF时滤波效果有明显改善；②提高PWM电路的调制性能后，HAPF的滤波效果可以进一步得到明显提高：③虽然ip-iq法比p-q法的检测精度有了很 摘要广西大学硕士学位论文大的提高，但是这一点对于提高并联型HAP「的滤波效果来说显得不是很重要。 7.对日AP「的原理进行了进一步的研究，提出一种新的日Ap「，并在理论上证明了它的优越性。 本文的研究成果对电网公司提高电能质量有一定的参考价值;对电力设备生产企业的产品开发有一定的启发作用。
李勇[2]2010年在《感应滤波理论及其在直流输电系统中的应用研究》文中研究说明电力滤波是提高电能质量的重要手段。无源滤波、有源滤波、混合滤波是目前普遍采用的滤波技术。论文就一种新的感应滤波技术开展了深入系统的研究。介绍了感应滤波技术的发展历程,从理论上分析了感应滤波的机理,给出了实现感应滤波的阻抗条件,通过论文的研究表明,将感应滤波应用于直流输电中将可以提高滤波效果、抑制谐波不稳定、减少无功需求、降低逆变状态下换相失败可能性、使得轻型直流输电系统展现各种优越性能。感应滤波在大功率整流系统中应用的测试结果初步验证了感应滤波技术的优越性。论文开展的基础性研究工作以及取得的创新性研究成果主要体现在以下几个方面：1、从理论上揭示了感应滤波的工作机理与电磁特性提出了一种应用“超导”闭合回路磁链守恒原理和磁势平衡原理对感应滤波的工作机理进行理论分析的方法。分别从场、路两方面揭示了感应滤波实施需要满足的特定次谐波频率下的“超导”闭合回路条件。提出了感应滤波的场路耦合电磁分析法,建立了场路耦合模型,对感应滤波装置的电磁特性进行了比较全面的分析。研究发现,就本质而言,感应滤波充分利用了变压器固有的安匝平衡特性,通过构建特定次谐波频率下的“超导”回路线圈,实现对特定次谐波电流与换流变压器网侧绕组及交流电网的隔离与屏蔽；就表现形式而言,感应滤波的实施抑制了特定次谐波频率下变压器铁心中的磁谐波磁通,这有利于从根本上改善谐波对换流变压器造成的诸如绝缘、损耗、振动等危害。2、提出了非理想参数下感应滤波性能的灵敏度分析方法根据多绕组变压器理论和电路基本原理,推导并建立了含电磁约束关系的感应滤波换流变压器解耦等值电路及相应的数学模型,应用系统灵敏度理论,研究了谐波源扰动、电网参数波动、以及内部阻抗参数摄动对感应滤波性能的灵敏度特性。研究发现,感应滤波不易与电网系统阻抗发生串/并联谐振；只要按照常规换流变压器设计网侧绕组等值阻抗使得滤波绕组等值阻抗接近为零、调谐装置工作在调谐点,就能保证感应滤波的滤波效果。3、建立了基于感应滤波的直流输电谐波传递数学模型提出了基于感应滤波的直流输电新型换流站的等值电路和谐波传递解析数学模型建立方法。首先,针对新型换流站特有的主电路拓扑,建立了以阻抗特征(包括基波阻抗与谐波阻抗)为表达方式的等值电路；建立了反映感应滤波对HVDC系统谐波分布特性影响的谐波传递模型：通过对换流器换相过程进行理论分析,得到了反映换流器谐波特性的阀电流时域表达式；结合谐波传递数学模型,对感应滤波换流变压器绕组谐波电流特性进行了研究。统一化的等值电路及相应数学模型的建立,为深入开展感应滤波对直流输电谐波特性及其它技术特性的研究奠定了理论基础。4、揭示了感应滤波抑制直流输电谐波不稳定的机理感应滤波可以双向抑制换流器交流侧并联谐振电流,通过对2次谐波实施感应滤波,还可以抑制直流偏磁引起的饱和型谐波不稳定,这就是感应滤波抑制直流输电谐波不稳定的机理。论文采用频率扫描的方法,从互补谐振的抑制角度揭示了其工作机理。建立了用于分析直流输电谐波不稳定的阻抗等值网络,并根据等效性原则建立了可与CIGRE直流输电标准测试系统作对比研究的基于感应滤波的直流输电系统测试系统；采用电力系统电磁暂态仿真工具PSCAD/EMTDC对这两种测试系统的阻抗网络在频域范围内进行扫描。研究发现,感应滤波的实施在一定程度上修改了换流器交流侧等值阻抗的并联谐振状态,使得低次并联谐振频率向高频方向漂移,从根本上避开了交直流侧互补谐振的频率点,这对于消除直流输电谐波不稳定发生的潜在性,增强直流输电交流系统的强度,提高直流输电运行的可靠性和稳定性是非常有益的。5、从理论上揭示了感应滤波具有的阀侧绕组无功补偿的优越特性根据多绕组变压器理论和基尔霍夫电流定律,对感应滤波的直流输电换流器所具有的阀侧绕组无功补偿特性进行了理论推导和矢量分析；得到了计及无功补偿度的新型换流变压器及其感应滤波系统等值阻抗表达式,通过频率扫描法对其阻抗频率特性进行了深入的研究,通过引入谐波参与因子,定义并详细研究了感应滤波对换流器等值换相电抗的影响,并进一步地研究了感应滤波对运行于不同控制模式时的换流器无功功率特性的影响。研究工作揭示了感应滤波在无功补偿方面的优越特性：等值换相电抗降低,直流输电各自控制模式下的无功消耗均较电流源型换流器低。动模试验结果验证了相关的研究结果。6、揭示了逆变状态下感应滤波增强换流器稳定运行能力的机理通过对正常运行、对称性故障运行以及非对称性故障运行下,感应滤波的实施与否对逆变器换相特性的影响进行了机理性的研究；其次,基于CIGRE直流输电标准测试系统和与之等值的基于感应滤波的新型直流输电测试系统,对新型和传统换流器的稳态响应特性进行了研究,揭示了感应滤波的实施对换流器控制性能的影响；最后,对采用感应滤波的新型直流输电在故障运行条件下的暂态响应特性进行了电磁暂态仿真测试,其结果与CIGRE直流输电标准系统的测试结果相比较,揭示了基于感应滤波的新型直流输电在暂态特性方面的优点。研究结果揭示了感应滤波在提升逆变器关断角裕度、降低逆变器换相失败概率、进而提升逆变器稳定运行能力方面具有的优点。7、建立了基于相分量法的感应滤波换流变压器数学模型为了从电路原理角度分析由感应滤波技术构建的新型换流变压器及其配套全调谐装置的运行特性,整定这类新型换流变压器的保护判据,论文在此部分提出并建立了基于相分量法的感应滤波换流变压器数学模型。该模型以变压器耦合电路原理为基础,包括了基本模型、节点拓展模型、支路拓展模型叁大类,便于在实际应用中灵活选择。在此基础上,提出了基于模型法的感应滤波换流变压器保护方案,并初步整定了相应的保护判据。通过对感应滤波换流变压器的多种运行状态进行仿真计算,验证了保护方案和保护判据的正确性。8、提出了由感应滤波技术构建的轻型直流输电新模式具体地研究了电压源型感应滤波换流器应用于轻型直流输电的可行性及相关的技术特性。通过电磁暂态仿真计算,初步揭示了感应滤波对轻型直流输电滤波特性、换流器PQ特性、双向潮流控制特性、电压稳定性、以及故障恢复特性等方面的运行特性,对感应滤波理论在现代直流输电领域的进一步应用拓展进行了有益探讨。9、对感应滤波在工业直流系统中的工程实践进行了研究对感应滤波首次应用于直流415V,22kA,交流35kV,10080kVA整流系统的工程进行了测试研究。介绍了基于感应滤波的新型工业直流供电系统的电气主接线、感应滤波整流变压器及其配套全调谐装置的现场安装图、以及主要的设计参数；最后,对基于感应滤波技术的新型工业直流系统的实际运行情况进行了现场测试。测试结果表明：实施感应滤波,使得整流系统滤波效果好,功率因数高,系统效率高,铁心谐波磁通得到抑制。验证了本论文相关理论成果的正确性。论文通过系统深入地研究感应滤波理论及其在直流输电中的应用,构建了一套比较完善的理论与应用研究体系,并结合直流输电在实际应用中存在的主要问题,通过深入性研究,揭示了感应滤波对直流输电技术特性的影响及其内在作用机制。研究成果深化了感应滤波的技术理论,并拓宽了感应滤波的应用范围,这对于积极推动电力滤波技术和直流输电技术的理论创新与技术发展具有重要的科学意义。
许加柱[3]2007年在《新型换流变压器及其滤波系统的理论与应用研究》文中研究表明为了实现对发明专利和实用新型专利:“自耦补偿与谐波屏蔽整流变压器”的产业化,湖南省以“十五”“十一五”重大科技专项05GK1002-1,06GK1003-1予以支持。本文以该重大专项为背景,围绕着建立起此项专利在直流输电领域应用的新型换流变压器及其滤波系统(简称新系统)的理论分析体系开展了如下几个方面的研究工作:结合我国未来二十年“西电东送,南北互供,全国联网,电力市场”的电力工业发展方针,阐述了我国高压及特高压直流输电技术的应用发展现状,指出我国发展特高压直流输电是必须的和可行的。但是,传统高压直流输电中谐波抑制和无功补偿方案存在滤波效果不好、增加换流变压器负担等问题。分析了换流变压器的功能、技术特点及结构型式;建立起传统换流变压器的数学模型;并基于数学模型,分析了上下两组换流变压器阻抗不等对换相电压的影响;分析了在不计及和计及换流变压器换相电抗两种条件下换流变压器的谐波特性;在此基础上,对传统换流变压器的设计容量进行了计算;给出了传统换流变压器及其滤波和无功补偿方案。分析了新型换流变压器绕组电压之间的相量关系,给出了四种可能结构型式;分析了新系统的自耦补偿功能,并以单相谐波屏蔽变压器以例,分析其谐波抑制的机理;分析了新系统的谐波特性;在此基础上,对其设计容量进行计算;最后,建立了基于新型换流变压器及其滤波系统和传统换流变压器及其滤波系统的两种直流输电系统仿真模型,仿真结果验证了感应滤波的思想。提出了以多绕组变压器理论为基础,结合磁势平衡方程、基尔霍夫定律、回路电压、电流方程的系统化建模方法,建立了新系统的数学模型;分析了负载电流与绕组电流之间的矩阵变换关系及阀侧端口电压与网侧绕组相电压之间的矩阵变换关系;分析了网侧叁相电压不对称对新系统运行特性的影响;对电压损失进行了分析计算;建立了新系统在相坐标下的节点导纳矩阵,为系统统一建模提供方便。针对新系统的特点,提出了一种换相电抗的叁相测量法,并同时采用单相及叁相测量法对系统的换相电抗进行计算,与基于数学模型的换相电抗计算结果进行对比,结果表明叁者是完全一致的,验证了新系统数学模型的正确性;简要分析了滤波支路基频阻抗对换相电抗的影响。创造性提出了一种滤波换相换流器(Filter Commutated Converter, FCC)的概念;给出了FCC阀侧无功补偿度(简称补偿度)的定义;分析了补偿度对阀侧线电压损失、换相电抗、阀侧空载线电压、直流侧电压、换相角及功率因数的影响;建立了FCC等效Graetz桥电路模型及其等效直流侧电路模型,为进一步研究FCC提供了理论基础;通过分析逆变器发生换相失败的机理和影响换相失败的因素,分析了FCC逆变器各运行变量对换相失败的影响及运行变量对关断角的灵敏度函数;依据上述分析结果,给出FCC逆变器避免换相失败的预防措施。综述了传统滤波装置的设计方法,给出了传统单调谐、双调谐及二阶高通滤波器及并联电容器的参数设计步骤;基于谐波屏蔽变压器的谐波抑制机理,提出了基于谐波屏蔽变压器的滤波器的设计方法,给出了此类单调谐、双调谐滤波器参数设计步骤;最后,根据拟建立的新型直流输电系统研究平台设计参数,对平台的滤波和无功补偿装置进行了综合设计,详细给出了滤波器和并联电容器的设计参数。详细给出了新型直流输电系统研究平台的设计思想,系统的结构框图和各子系统的功能设计;在建设完成的研究平台上,开展如下试验研究:阀侧无功补偿度对换相电抗的影响、阀侧无功补偿度K对阀侧空载线电压的影响、补偿度K为零时各绕组谐波电流分析影响、阀侧无功补偿度对直流侧电压及换相角的影响及传统滤波方式和新型滤波方式滤波效果对比;试验结果进一步验证了新系统良好的运行特性和滤波效果。新系统充分利用变压器自身的电磁感应原理和无源滤波器的滤波及无功补偿功能,克服了传统换流变压器及其滤波系统存在的不足。新系统良好的运行特性和滤波效果,使其必然具有广阔的工程应用前景。新型直流输电系统研究平台的建立也为进一步推广新系统在地铁供电、化工、冶金等领域的应用提供了中试产品。
梁继云[4]2012年在《高压直流输电中的谐波分析》文中认为高压直流输电(HVDC)技术从1954年的工业化发展至今经历了近60年的发展历程,在技术上越趋成熟,但随着电网规模的扩大和新的电子和计算机技术的引进将会带来更加复杂多变的问题,谐波问题就是其中一个重要的方面。从我国的自身情况出发,我国的HVDC系统的发展趋势是建成复杂的大规模混合输电系统,其交直流系统间的配合及之间的谐波相互作用也将变得异常复杂,所以对于高压直流输电中的谐波问题的分析非常重要。本文以调制理论为基础,对直流输电中的谐波间谐波问题做了探讨,主要包括以下几方面。首先,分析了直流输电系统中的谐波产生机理及原因,利用调制理论对交直流侧的谐波传递过程进行了说明,归纳其规律,并以叁相6脉冲整流器为例,来仿真交流侧迭加谐波时直流侧的非特征谐波随换相角变换的规律。文中推导了无需迭代直接计算HVDC系统的电压电流谐波的数学算法,以一个12脉冲的两端直流输电系统为例计算其交流侧和直流侧的电流谐波,并用MATLAB/SIMULINK仿真软件的仿真结果对计算结果进行对比,验证了算法的准确性。此法既可作为谐波估算的直接算法,也可作为迭代过程中的一个步骤。其次,分析了在HVDC系统中间谐波在交直流侧的产生机理和组成成分,以直流侧的互调产物的谐波成分为分析点,得出整流、逆变侧的交流间谐波成分。该方法可以解决间谐波分析中谐波源多,产生机理不清晰的难点。然后通过相应的仿真例子对上述理论进行验证,得出理论与实际统一的结论,其中包括在非理想情况时的系统不平衡和存在背景谐波两种情况的谐波产生原理和组成成分仿真。最后,研究谐波不稳定问题,对分析此问题的两种方法进行比较,并用开关函数法推导交直流系统的等值阻抗,给出CIGRE逆变侧的等值直流阻抗的频率特性曲线。此方法可以用同一电路等效交流和直流阻抗,方便分析阻抗的频率特性。通过仿真对这一现象进行还原,进一步说明直流系统对交流系统谐振阻抗的影响,总结了谐波不稳定问题的抑制策略。本文对HVDC系统的谐波分析和计算方法可以推广到多源谐波的分析中去,寻找一种简单、有效的分析方法分析谐波,研究交直流混合输电中的谐波产生机理和相互作用过程对于电力系统稳定控制和后期的谐波抑制都有重要意义
段志芳[5]2011年在《高压直流输电系统滤波器与运行方式的仿真研究》文中研究指明高压直流输电技术在远距离、大容量电网以及电网互联中具有独特的优势,因此受到了世界各国的青睐。但是,直流输电系统中的换流器是由大量的电力电子元件构成的,是一个典型的强非线性系统,会对整个电路造成严重的谐波污染。因此,研究抑制高压直流输电系统中的谐波问题是电力系统的重要课题之一。本文针对上述谐波问题,对多种滤波器进行了设计研究,在给定了模糊控制方法的前提下,通过建立高压直流输电系统的多种运行方式的仿真模型,综合分析滤波器性能和总体性能,提出了较优的滤波方案和系统组合。论文分析了高压直流输电系统中谐波的产生机理和特点,给出了谐波的概念及可能对系统产生的危害,研究了谐波抑制的方法及优缺点,重点分析了12脉波换流器的特征谐波和非特征谐波,比较分析了交流滤波器与直流滤波器的区别和特性,为后续滤波器的设计及仿真奠定了理论基础。论文通过分析多种滤波器的工作原理和结构,研究了谐波检测的方法,在此基础上搭建了Matlab仿真模型。在单极大地运行方式下,采用模糊控制的直流输电线路系统模型进行了仿真,比较了仿真波形,分析出交、直流侧的电压谐波分量、电压畸变率等,记录了有关的控制数据。仿真结果表明：采用无源叁调谐交流滤波器和无源叁调谐直流滤波器的效果最好。高压直流输电系统有着多种运行方式,本文给出了七种直流输电线路的结构模型,分别是：单极大地接地、单极金属接地、单极并联双导线接地、双极两端中性点接地、双极单端中性点接地、双极中性线接地及背靠背直流输电系统。本文在分析对比了各种运行方式的优缺点后,建立了对应的Matlab仿真模型,加装了叁调谐交直流滤波器,调试了系统有关的控制参数,通过观察线路波形仿真曲线,记录了相关实验数据,对比其控制效果和滤波效果。通过仿真曲线和数据分析得出：加装叁调谐滤波器后,双极两端中性点接地方式下的高压直流输电模型效果最佳。通过本课题的分析论证,最终提出了一整套系统模型,其综合了最优控制策略——两端换流器采用模糊控制,较好滤波器组合——交直流滤波器都采用无源叁调谐滤波器,最优控制方式----双极两端中性点接地运行方式的总体最佳高压直流输电线路的系统模型,为日后的高压直流输电工程分析、研究提供了技术支持。
俞华[6]2007年在《基于新型换流变压器的高压直流输电系统滤波研究》文中研究指明当前我国叁峡电站输电线积极建设,西部大型水电站筹建和大量西电东送,大区高压电网互联,宜于采用HVDC线路,直流输电在我国的发展前景良好。而换流变压器是直流输电中的重大技术装备,它不仅关系交直流的变换和输送,也涉及到谐波的抑制和运行安全问题。本文是结合湖南省重大科技专项“高压直流输电新型换流变压器研制”(05GK1001-2)而开展的研究工作。本文的研究工作主要包括以下方面:本文介绍了高压直流输电的发展概况、前景及应用,在此基础上提出了“谐波”这一热点问题,并针对当前传统的换流变压器采用的滤波方式提出了一些不足,为此很有必要探索新的滤波方式。本文阐述了谐波分析的理论基础及谐波的基本概念,然后系统地阐述了高压直流输电换流站的交、直流侧的谐波分析,它们分别包括特征谐波、非特征谐波及其他谐波源。接着给出了谐波含量计算公式,这一部分主要是为基于新型换流变压器的实验平台的谐波分析和谐波含量计算提供理论基础。本文阐述了新型换流变压器的接线,并详细阐述了基于新型换流变压器的HVDC系统谐波抑制原理,从磁势平衡的角度重点分析了其滤波效果,在此基础上提出了采用新型换流变压器的主要技术性能。本文给出了无源滤波器、有源滤波器及混合滤波器的结构,并分析了它们的特性和滤波原理,为后一部分的研究提供理论指导和参考价值。本文给出了实验平台需要用到的参数计算公式,结合实际情况,分配各滤波器的无功补偿容量。应用这些条件和公式,对实验平台的整流侧和逆变侧的滤波方式的参数分别进行计算。根据实际参数,对实验平台的整流和逆变侧运用MATLAB/Simulink分别进行建模和仿真,对比两者仿真结果,验证了采用新型换流变压器的实验平台具有的优势。最后分析了采用新型换流变压器的HVDC系统的应用前景和效益分析。
白俊锋[7]2011年在《FCC-HVDC的典型故障响应特性研究》文中研究表明传统高压直流输电系统中，由换流器产生的大量特征次谐波通过变压器的电磁感应原理从阀侧传递到网侧，给交流系统带来严重的谐波污染，同时也会增加变压器的损耗、振动等问题。FCC-HVDC输电系统换流变压器采用感应滤波技术，在换流变压器阀侧抑制特征次谐波的同时补偿无功功率，可以大大降低上述问题。由于在推进FCC工程化应用过程中仍有诸多技术问题需要研究，本文以FCC为研究对象，开展了如下几个方面的研究工作：(1)为了研究滤波换相换流器(Filter Commutated Converter, FCC)单相接地故障的响应特性，本文参考CIGRE直流输电标准测试模型LCC-HVDC，在不改变交流系统短路比和相应参数的前提下，结合FCC的接线特点，在PSCAD/EMTDC仿真软件中建立了采用FCC的直流输电测试模型FCC-HVDC；在FCC-HVDC和LCC-HVDC两种测试模型的基础上，对两种模型发生单相接地故障条件下，换流变压器的激磁特性及谐波特性进行了对比分析研究。(2)在分析了交流系统强度、交流系统稳态模型和控制模块功能的基础上，针对实际工程中常见的典型扰动和不同的交流系统强度(短路比)情况，对FCC-HVDC的功率传输和动态恢复特性进行了仿真研究。仿真结果表明：FCC-HVDC可以有效提高直流输送容量，并且具有比较好的动态恢复特性。(3)本文结合FCC-HVDC的技术特点，提出了一种抑制谐波不稳定的新方法，该方法采用在阀侧绕组接入偶次非特征谐波滤波器的原理。文章分析了新方法的工作机理；建立了FCC-HVDC抑制谐波不稳定的仿真模型，对其进行仿真研究。仿真结果表明：该方法使FCC-HVDC输电系统具有良好的抑制谐波不稳定问题的优点。(4)利用FCC换流变压器的数学模型推导叁相保护的动作方程及差动电流表达式，建立了变压器的叁相保护模型，并从动作方程出发，对FCC-HVDC换流变压器发生典型故障时二次谐波制动原理和磁通特性原理两种鉴别方法的动作特性进行了仿真分析。本文对FCC-HVDC单相接地故障的激磁特性和谐波特性、功率传输和动态恢复特性、谐波不稳定及换流变压器典型故障时的保护问题进行了系统与深入的研究，为其工程化应用奠定了坚实的基础。
王金玉[8]2017年在《基于MMC的柔性直流输电稳态分析方法及控制策略研究》文中研究说明与传统两电平或叁电平电压源型换流器(Voltage Source Converter,VSC)相比,模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)具有许多无法比拟的优势:比如1)结构模块化,可以通过增加子模块个数方便地扩展功率、电压等级;2)开关频率低,显着减小了换流器及直流输电系统整体损耗;3)波形质量高,极大降低了对交直流侧滤波器的要求;4)均压难度低,采用子模块串联而非器件直接串联技术,大大降低了器件均压难度;5)运行可靠性高,方便的子模块冗余设计和桥臂电感直接串联结构提高了换流器运行的安全可靠性。由于上述优势,基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular MultilevelConverter Based HVDC,MMC-HVDC)被认为是最具潜力的柔性直流输电方式,也是近年来国内外实际工程中普遍采用的柔性直流输电方式。MMC-HVDC在远距离大容量输电,异步电网互联,分布式电源接入电网,风电场发电并网,无源海岛、钻井平台、偏远地区供电及城市电网增容改造等诸多领域均有广阔的应用前景,成为近年来国内外学术界研究的焦点,工业界关注的焦点。虽然MMC-HVDC有诸多优点,但是其机理分析,控制策略等均比传统VSC-HVDC更为复杂。为了保证MMC-HVDC的可靠经济设计,安全稳定运行及故障穿越能力,对MMC及其构成的柔性直流输电系统进行精确的稳态机理分析,可靠的控制系统设计,快速的并网策略研究,均有十分重要的理论研究价值和工程实用价值。本文主要利用理论分析,仿真验证及部分实验相结合的手段,重点研究MMC及相应柔性直流输电系统的稳态运行机理,快速并网锁相,不同工况下的功率解耦控制及环流电流抑制等相关问题。(1)MMC的闭环时域稳态分析方法。精确的时域稳态分析可以实现MMC及MMC-HVDC的电气量评估,电路参数设计及半导体器件选择,是工程规划和工程运行中极其关键的技术。提出了一种闭环时域稳态分析方法,首先假定MMC精确调制函数及内部环流均为未知量,然后基于经典循环耦合原理在MMC内部构建两个闭合分析环路,以此建立两个非线性环路方程求解精确调制函数,环流电流及所有被其耦合的MMC内部电气量。提出的闭环稳态分析方法在MMC整个功率运行范围内均能保持很高的分析精度,且此分析精度不受运行条件影响。除此之外,该方法还能实现MMC-HVDC系统交流侧电压的优化设计和选择。(2)MMC-HVDC在复杂电网环境下快速精确并网锁相技术。该技术是实现MMC-HVDC正常并网运行,功率解耦控制及故障穿越的基础。提出了一种微分滑动滤波快速锁相技术。该技术将随输入信号频率变化而在线变化的比例模块引入滑动滤波锁相环(Moving Average Filter based Phase Locked Loop,MAF-PLL),以此快速滤除最低次谐波减小滑动滤波模块的窗口宽度,提升锁相速度。由于比例模块不会引入相位滞后,因此不会影响锁相系统稳定性。该锁相技术结构简单,计算量低,可以在复杂电网环境下,比如故障、高谐波污染、直流偏置等,实现精确、快速锁相,为所有并网换流器(包括MMC)及柔性直流输电系统的安全运行、可靠控制及故障穿越等提供保障。(3)MMC-HVDC不同工况下的功率解耦控制策略。研究了 MMC-HVDC在对称及不对称电网条件下的有功、无功解耦控制策略。交流电网不对称时,对旋转坐标系下的分序解耦比例积分(Proportionallntergral,PI)控制策略及静止坐标系下的比例谐振(Proportional Resonant,PR)控制策略进行了详细的对比分析及仿真验证。研究发现基于PR的MMC-HVDC功率解耦控制策略可以在静止坐标系下实现,无需交流电气量正负序分离、分序控制以及坐标变换和反变换,因此具有更加简单的控制结构和更低的计算量。(4)MMC-HVDC环流电流抑制策略。MMC自身拓扑结构和工作原理不可避免引起桥臂环流。研究了 MMC内部环流产生的机理及相应的环流抑制策略。得出在不对称电网条件下,将MMC环流抑制策略直接应用于MMC-HVDC系统时可能会引起直流母线电压波动或无法完全消除零序环流。针对这一问题,设计了新的MMC零序环流控制器并提出了相应的改进MMC-HVDC环流抑制策略。改进抑制策略结构简单,易于实现,在不增加额外成本的情况下能够完全消除对称及不对称电网条件下MMC-HVDC的内部环流,直流母线电流及电压波动,大大提升了系统整体运行性能及稳定性。
刘俊磊[9]2013年在《交直流系统故障相互作用分析计算模型及其应用研究》文中研究表明随着我国直流工程建设的快速推进，南方电网和华东电网已经形成了复杂的多馈入直流输电系统(multi-infeed direct current，MIDC)。在含有多条直流馈入的交直流混联大电网中，交直流系统间以及各馈入直流系统间所存在的极其复杂的相互作用关系，在故障情况下显得越发突出，其机理的揭示及相关问题的研究对于确保交直流混联大电网的安全稳定运行具有重要的理论和实用价值。本文围绕交流电网故障时，交直流系统间故障稳态相互作用分析计算方法和故障暂态过程对交流电网保护的影响机理展开研究工作。针对故障稳态，分析建立不引起换相失败的交流故障情况下直流系统等值模型，并基于其提出一种MIDC系统受端交流电网故障分析及谐波计算方法；研究直流输电系统谐波不稳定的机理以及提出直流谐波保护新判据。针对故障暂态，分析建立换相失败情况下直流系统等值工频及工频变化量电流动态相量模型，并基于其分析直流换相失败对交流电网继电保护的影响机理。主要内容如下：1．在分析交流系统故障情况下换流器动态开关特性和直流控制系统响应特性的基础上，建立了计及直流控制特性的直流系统等值模型。该模型反映了交流系统故障时由直流系统决定的直流系统注入交流系统电流的工频及各次谐波分量与换流母线电压的工频及各次谐波分量之间的关系，提供了多直流馈入交流电网故障分析所需的交直流系统间的接口模型。2．基于计及直流控制特性的直流系统等值模型，结合受端交流电网的拓扑结构和交流不对称故障的边界条件，提出了一种多直流馈入交流电网故障分析和谐波计算方法，能有效提高各种运行工况下直流系统注入交流系统电流以及换流母线电压的工频和各次谐波分量的计算精度。以CIGRE标准测试系统为基础搭建叁馈入直流输电系统模型，将所提方法用于该模型的故障分析和谐波计算，并与PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件的仿真结果相比较，结果表明所提方法计算简单，可靠收敛，精度较高，为MIDC系统故障分析、谐波抑制、滤波装置的配置和继电保护的整定配合等提供了定量分析依据。3．高压直流换流器谐波调制特性和换流变压器饱和特性的共同作用可以导致谐波不稳定现象的发生。对换流器的谐波调制特性和换流变压器饱和时的谐波变换特性进行分析，基于谐波在饱和换流变压器以及换流器交直流侧的闭环传变特性，提出了一种换流变压器铁心饱和型谐波不稳定判据。基于该判据，对换流器运行参数、换流变压器参数和交直流系统等值阻抗等影响因素进行了理论分析。利用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC建立测试模型证明了该判据简单，物理意义清晰，参数易得，且可定量评估换流变压器铁心饱和型谐波不稳定发生的程度，为高压直流输电系统谐波不稳定的风险评估和抑制措施等提供了理论依据。4．针对直流100Hz保护逻辑中存在识别换流阀故障和交流不对称故障的难题，在详细分析换流阀故障和交流不对称故障导致换流器电流开关函数产生工频负序分量机理不同的基础上，提出了利用两种故障情况下换流站6脉动换流器电流开关函数工频负序分量幅值比的不同来识别换流阀故障和交流不对称故障的新方法。该方法不仅能正确识别换流阀故障和交流不对称故障，而且能实现换流阀故障时故障桥的定位。基于贵广II回HVDC系统详细模型对该方法进行了仿真验证。结果表明，该方法简单可靠，具有工程实用价值。5．在交直流互联系统中，交流电网故障引发的直流换相失败可导致交流电网保护不正确动作。分析建立了换相失败情况下逆变器的开关函数模型和直流电流暂态变化模型；根据调制理论及卷积定理，推导出了换相失败情况下直流系统的等值工频及工频变化量电流的动态相量模型；通过分析表明该等值工频及工频变化量电流的变化特性有别于纯交流系统，可能造成交流电网故障引发换相失败时交流电网保护的不正确动作；最后，结合两种具体的交流电网保护，分析了直流换相失败导致交流电网保护不正确动作的机理，为交直流系统继电保护策略研究提供了理论基础。
蔡新红[10]2014年在《模块化多电平换流器型直流输电系统控制保护策略研究》文中研究指明模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter, MMC)是一种新型电压源换流器拓扑结构。相比于传统的2电平或3电平拓扑,基于MMC的高压直流输电(HighVoltage Direct Current, HVDC)系统因其开关损耗小、易于扩展、不依赖器件串联技术等优势,已成为电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter Based HVDC, VSC-HVDC)工程的建设趋势。MMC-HVDC系统控制保护策略的研究直接关系到MMC-HVDC输电系统的可靠性能及安全性能,具有明显的工程应用价值和现实意义。本文采用理论分析和仿真验证相结合的研究手段,重点研究了MMC-HVDC系统的稳态控制、故障控制、保护策略及其相关技术。(1)MMC-HVDC系统的数学模型为了研究MMC-HVDC系统的控制保护策略,建立了理想条件下和交流系统电网电压不平衡条件下MMC-HVDC系统的数学模型。基于MMC的运行工作原理,推导了理想条件下适用于暂态分析的MMC的开关函数数学模型和适用于稳态分析的低频动态数学模型。在此基础上,利用瞬时对称分量理论和同步旋转坐标关系,建立了交流系统电网电压不平衡时MMC的低频动态数学模型。并对这两种情况下MMC交、直流两侧的有功平衡关系进行了分析。数学模型的建立和功率平衡关系的分析是设计MMC-HVDC控制保护系统的基础。(2)MMC-HVDC系统控制保护体系框架控制保护系统是MMC-HVDC系统的核心之一,为了自上而下开展MMC-HVDC控制保护系统设计,构建了MMC-HVDC系统控制保护体系框架。首先阐述了MMC-HVDC控制保护系统的设计原则和主要功能,指出采用冗余配置和分层设计的必要性,其次在搭建了MMC-HVDC控制保护系统总体结构的基础上,提出了直流控制保护系统的设计和实现方案,建立了四层结构的MMC-HVDC控制保护体系框架,即直流系统控制层、极控制保护层、阀控层、子模块控制保护单元,并进一步明晰了各控制层的控制功能及各层相互关系,为直流控制保护系统的设计和研发奠定了基础。(3)(?)MMC-HVDC系统阀控层控制策略研究从MMC-HVDC系统的控制体系结构出发,重点研究了MMC-HVDC系统阀控层的MMC内部环流抑制、MMC调制及子模块电容电压平衡控制策略。为了抑制MMC内部环流,在MMC内部数学模型的基础上,采用二倍频负序旋转坐标变换和欧拉近似公式,设计了基于离散模型的环流抑制控制器(Circulating Current Suppressing Controller, CCSC),消除了桥臂电流的环流分量,减少了桥臂电流的畸变程度和电容电压的波动幅度。针对MMC的调制策略,重点介绍了最近电平逼近调制(Nearest Level Modulation,NLM)策略和载波移相调制(Carrier Phase Shifted Sinusoidal Pulse Width Modulation, CPS-SPWM)策略的原理及实现。为了均衡MMC各个子模块的电容电压,对传统排序法进行了改进,通过排序前引入不同的保持系数,改善了子模块频繁投切的状况,有效地降低了开关器件的开关频率和开关损耗。最后在PSCAD/EMTDC环境下仿真验证了所提出控制策略的有效性。(4)MMC-HVDC系统极控层控制策略研究极控层是MMC-HVDC系统的核心控制层,重点研究了理想情况下MMC-HVDC系统极控制层的控制策略。针对串级PI调节的双闭环控制系统参数调节困难、稳定工作区域小等缺点,将PWM整流控制领域中的无源控制理论应用于MMC-HVDC的控制器设计。基于MMC的无源性和欧拉-拉格朗日(Euler-Lagrange,EL)数学模型,通过阻尼注入方法,提出了由状态期望稳定平衡点、状态及状态误差设计无源控制规律的新方法,设计了内环电流无源控制器,实现了MMC-HVDC有功功率和无功功率的解耦控制。基于广泛应用于计算机控制中的离散控制,建立了旋转坐标系下MMC离散数学模型,设计了内环电流离散控制器。为了补偿离散控制的延时,设计了基于Smith预估器的内环电流离散控制器,改善了系统的暂态性能。最后对向无源网络供电的MMC-HVDC系统的整流侧和逆变侧控制器进行了设计,并在PSCAD/EMTDC环境下对上述提出的控制策略进行了验证,仿真结果表明,所提出的控制策略具有良好的动稳态控制性能,便于工程实际应用。(5)交流系统故障时MMC-HVDC控制保护策略研究MMC-HVDC交流系统故障时的控制保护策略是MMC-HVDC安全、经济运行的保障。将MMC-HVDC系统的控制策略研究从理想情况过渡到交流系统发生故障的运行工况下,研究了交流系统故障时MMC-HVDC系统的控制保护策略。首先分析了MMC-HVDC系统交流系统故障时的故障特征,以抑制负序电流为目标,设计了基于MMC欧拉-拉格朗日模型的正负序无源控制器,抑制了不对称故障引起的负序电流,仿真表明无源控制器具有良好的控制性能和限流能力。其次分析了MMC-HVDC系统两侧交流系统分别发生故障时对MMC直流电压控制的影响,并提出了相应的控制保护对策。仿真结果表明,设计的含直流电压控制环节的外环有功功率控制器和保护策略能够实现直流电压的控制和限流,提高了MMC-HVDC系统的持续运行能力及安全性。最后针对向无源网络供电的MMC-HVDC系统交流系统故障时的故障特性,提出了故障时的正负序无源控制策略及保护策略。最后在PSCAD/EMTDC环境下对所提出控制保护策略的有效性进行了仿真验证。
参考文献：
[1]. 高压直流（HVDC）输电系统交流侧的谐波抑制[D]. 张翔. 广西大学. 2004
[2]. 感应滤波理论及其在直流输电系统中的应用研究[D]. 李勇. 湖南大学. 2010
[3]. 新型换流变压器及其滤波系统的理论与应用研究[D]. 许加柱. 湖南大学. 2007
[4]. 高压直流输电中的谐波分析[D]. 梁继云. 西南交通大学. 2012
[5]. 高压直流输电系统滤波器与运行方式的仿真研究[D]. 段志芳. 太原理工大学. 2011
[6]. 基于新型换流变压器的高压直流输电系统滤波研究[D]. 俞华. 湖南大学. 2007
[7]. FCC-HVDC的典型故障响应特性研究[D]. 白俊锋. 湖南大学. 2011
[8]. 基于MMC的柔性直流输电稳态分析方法及控制策略研究[D]. 王金玉. 山东大学. 2017
[9]. 交直流系统故障相互作用分析计算模型及其应用研究[D]. 刘俊磊. 华南理工大学. 2013
[10]. 模块化多电平换流器型直流输电系统控制保护策略研究[D]. 蔡新红. 华北电力大学. 2014
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