增强型电容换相换流器的改进协调控制策略研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:tanshuyao
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基于电网换相换流器的高压直流输电系统(line-commutated-converter high voltagedirectcurrent,LCC-HVDC)由于采用半控型的晶闸管作为换流元件,当交流系统发生故障时,会导致逆变侧交流母线电压跌落,进而造成LCC-HVDC的逆变器发生换相失败。换相失败会导致直流系统传输的功率中断,降低设备的使用寿命,严重威胁系统的安全稳定运行。为了抑制换相失败,有文献提出了一种增强型电容换相换流器(evolved capacitor-commutated converters,ECCC)拓扑结构,通过在故障期间投入子模块电容,可以提高系统的换相失败抵御能力。但是当ECCC采用文献中的原控制策略时,其换相失败抑制效果受故障检测延时的影响,故障检测时间越长,换相失败抑制效果越差。本文在ECCC拓扑的基础上,提出了一种改进协调控制策略,在系统正常运行和故障期间,通过控制子模块的工作模式,可以带来以下3个优点:(1)ECCC的换相失败抵御能力不再依赖于快速的故障检测,发生故障后子模块电容可以立刻投入进行辅助换相,可以进一步降低ECCC的换相失败概率;(2)在系统正常运行期间,子模块电容可以加速阀臂的换相过程,增大系统成功换相的裕度;(3)子模块电容还可以向系统输出无功,可以降低逆变器的无功消耗,改善系统的功率因数。首先,分析了原控制策略对ECCC换相失败抑制能力的影响,发现子模块电容在经故障检测延时之后才投入进行辅助换相,因此对于采用原控制策略的ECCC,其换相失败抑制效果受故障检测延时时间的影响。基于此,文中提出了一种改进协调控制策略,使电容在正常运行和故障期间都处于投入状态,可以消除ECCC对于快速故障检测的依赖,并且可以进一步降低ECCC发生换相失败的概率。详细介绍了改进协调控制策略下ECCC主阀臂和子模块的协调配合过程,并对原控制策略和改进协调控制策略的子模块辅助换相能力进行了对比。然后,研究了所提改进协调控制策略对ECCC稳态运行性能的影响。改进协调控制策略下,系统正常运行时,子模块电容一直处于投入状态,通过子模块电容及电容电压的作用,可以加速阀臂晶闸管的换相过程,同时,串入的电容还可以向系统发出无功功率,因此可以提高系统的功率因数。建立了改进协调控制策略下ECCC的数学模型,理论分析了改进协调控制策略对阀臂换相过程和系统功率因数的影响,并仿真验证了该控制策略的有效性。最后,研究了所提改进协调控制策略对ECCC换相失败抵御能力的影响。研究了改进协调控制策略能进一步降低换相失败概率的原因,并重点对换相失败的抑制效果进行了仿真研究。分析了改进协调控制策略对故障期间系统恢复性能的影响,采用换相失败免疫指标、换相失败概率指标,对采用不同控制策略的系统换相失败抵御能力进行了定量评估,并研究了不同系统强度、不同子模块数量对换相失败抵御能力的影响。仿真结果表明,采用改进协调控制策略可以进一步降低ECCC的换相失败概率。
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