CN101242139A - 特高压直流单12脉动换流单元投退时的功率调制方法 - Google Patents

Abstract

一种特高压直流单12脉动换流单元投退时的功率调制策略，该方法适用于特高压直流系统单极采用两个12脉动换流器串联的接线方式，对于单极的单12脉动换流器无论其投入运行或退出运行时，在直流系统功率控制的条件下，直流功率的调制通过对直流电流和直流电压的共同调节来满足直流功率的平稳调节以减小单12脉动换流器投入或退出运行过程中对送、受端交流系统的无功冲击。

Description

特高压直流单12脉动换流单元投退时的功率调制方法

技术领域

本发明涉及特高压直流单12脉动换流单元投退时的功率调制方法，更具体地说该方法用于两个串联的12脉动换流器构成一个单极的特高压直流系统中，其中一个12脉动换流器已经运行，另外一个12脉动换流单元投入或退出运行时，直流功率的调制策略。

背景技术

随着电力输送规模的加大以及输送距离的逐渐加长，现有的±500kV级直流输电将无法满足要求，客观上需要采用更高一级的直流输电电压等级。根据对西南水电外送输电规划方案的研究成果并结合国外的相关研究结论，±800kV直流输电在技术上是可行的，比较适合中国的实际情况[1-8]。特高压输电具有远距离、大容量、低损耗的优势，是实现我国能源资源优化配置的有效途径，能够取得良好的社会经济综合效益。发展特高压电网可以推动我国电力技术创新和电工制造业的技术升级。

对于±800kV直流输电，由于目前世界上还没有成熟技术，在中国乃至世界上仍是一个具有相当多技术难点的工程实践课题。±800kV特高压直流工程的主接线方式与常规直流不同，每极采用2个12脉动换流器串联而成，见附图1，这种接线方式使其运行方式更加多样化。对于特高压直流的这种接线方式，为提高直流系统的可靠性和可用率，需要在单极的一个12脉动换流器运行时能够在线投入或退出另外一个12脉动换流器，同时要求在投入或退出另外一个12脉动换流器时对交直流系统的影响最小。因此，在直流系统功率控制的方式下，需要对在线投入或退出另外一个12脉动换流器时的功率调制方法进行研究，本发明提出了在线投入或退出另外一个12脉动换流器时直流系统的功率调制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供在直流系统功率控制的方式下，特高压直流系统单极的一个12脉动换流器已经运行的情况下，在线投入或退出另外一个12脉动换流器时该单极直流功率的调制方法。通常情况下，直流换流器的控制首先考虑有功功率控制，在特高压直流中，由于换流站无功功率消耗也很大，因此需要考虑投入单12脉动换流器时的无功消耗。整流侧单12脉动换流器的无功需求按式(1)计算，逆变侧的无功需求计算只需将式(1)中的α用γ代替即可

$Q_{\mathrm{conv}}={2I}_d{U}_{\mathrm{di}0}\frac{2\mathrm{\μ}+\sin 2\mathrm{\α}-\sin 2(\mathrm{\α}+\mathrm{\μ})}{4[\cos \mathrm{\α}-\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\μ})]}---\left(1\right)$

式中：Q_conv为换流器无功需求；I_d为直流电流；U_di0为6脉动桥空载直流电压；μ，α，γ分别为换相叠弧角、触发角和熄弧角。

具有不同控制策略的特高压直流换流器的P-Q曲线如附图2所示，其中假设换流变压器抽头和交流系统电压恒定。

在投入或退出另外一个12脉动换流器时通过对直流电流和直流电压的共同调节来满足直流功率的平稳调节。同时减小单12脉动换流器投入或退出运行过程中对送、受端交流系统的无功冲击，使直流系统有功功率及无功功率按附图2中h-a的曲线变化。

附图说明

图1是特高压直流主接线。

图2是表示具有不同控制策略的特高压直流换流器的P-Q(有功功率-无功功率)曲线。图中曲线(a)表示恒直流电压控制和最小触发角控制，曲线(b)表示最小熄弧角控制，曲线(c)表示恒直流电流控制，曲线(d)表示恒无功功率控制，曲线(e)表示恒有功功率控制，曲线(f)表示最小直流电流，曲线(g)表示最大触发角控制，曲线(h)表示投入或退出单12脉动换流器时有功无功功率暂态变化曲线。

图3是投入另外一个12脉动换流器时直流系统的有功、无功功率、直流电压、直流电流变化曲线。

图4是投入另外一个12脉动换流器时直流系统有功功率、无功功率关系曲线。

图5是退出另外一个12脉动换流器时直流系统的有功、无功功率、直流电压、直流电流变化曲线。

图7是退出另外一个12脉动换流器时直流系统有功功率、无功功率关系曲线。

具体实施方式

在特高压直流输电系统中单极一个12脉动换流器已经在运行的情况下在线投入另外一个12脉动换流器时，功率调制策略为：

保持直流功率按设定速率上升，随着直流电压的快速上升，直流电流下降，随后直流电流按设定的直流功率上升速率换算成直流电流上升速率后逐渐升高。

通过仿真研究，该策略下系统的有功、无功功率、直流电压、直流电流变化曲线如附图3所示。有功功率和无功功率沿着附图2中h-a的路径变化，如附图4所示。采用该策略时，直流电压从400kV到800kV的上升时间为200～300ms。从附图3可以看出，除在电压升高约200ms的时间里对系统无功需求较大，200ms以后无功需求约1250Mvar，在投入另一12脉动换流器前预先投入1～2组交流滤波器便可满足要求。然后随着直流电流的上升，无功需求随直流功率的升高逐渐增加，交流滤波器也可以根据需要陆续投入，最终总无功需求约1685Mvar，因此投入另一个12脉动换流器时，对交流系统的无功冲击时间只有200～300ms，影响时间很短。

在特高压直流输电系统中单极两个12脉动换流器已经在运行的情况下在线退出另外一个12脉动换流器时，功率调制策略为：

直流功率先按设定的功率下降速率降低电流，然后快速降低电压同时升高电流，功率下降速率不变，在完成降压的同时，电流恢复到额定值。该策略的主要目的是在退出过程中避免要退出的12脉动换流器大角度运行的持续时间过长，从而可有效减少系统提供大量无功功率的时间，同时避免了送受端换流母线电压降低的持续时间。

通过仿真研究，该策略下系统的有功、无功功率、直流电压、直流电流变化曲线如附图5所示，采用该策略时，直流功率下降平稳，换流器无功需求随电流降低而降低。在退出该12脉动换流器时，随着直流电压的快速降低，直流电流快速上升，系统将短时提供一部分无功功率，系统承受无功冲击的时间约200～300ms。有功功率和无功功率曲线沿着附图2中a-h的路径变化，如附图6所示。

通过上述的功率调制策略，在单12脉动换流单元投入或退出运行时，可以有效的减小对交流系统无功冲击的时间，从而提高特高压直流系统运行的稳定性。

Claims (5)

1、特高压单12脉动换流单元投退时功率调制策略，其特征在于特高压直流系统单极两个串联的12脉动换流器的其中一个已经运行，另外一个处于热备用状态，该12脉动换流器投入运行时对极功率的功率调制方法。

2、如权利要求1所述，其特征在于：特高压直流系统单极的两个串联的12脉动换流器已经稳态运行，当其中一个单12脉动换流器退出运行式的功率调制方法。

3、如权利要求1和2所述，其特征在于：对于单极的单12脉动换流器无论其投入运行或退出运行，直流功率按照设定的速率平缓上升或下降，而不是阶越式的变化。

4、如权利要求1和2所述，其特征在于：对于单极的单12脉动换流器无论其投入运行或退出运行，该12脉动换流器大角度运行的持续时间很短，单12脉动换流器投入运行或退出运行时对交流系统的无功冲击持续时间缩短。

5、如权利要求3所述，其特征在于：对于单极的单12脉动换流器无论其投入运行或退出运行，直流功率的调制结合对直流电流和直流电压的共同调节来完成。

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