基于新型电压调节器的HVDC系统换相失败抑制方法研究

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高压直流输电系统(HVDC)具有输送容量大、输电距离远、功率调节能力强等优点,在我国电力发展战略中扮演了重要的角色。而换相失败是高压直流输电中发生概率较高的故障,对电网的安全稳定运行造成威胁。国网智能电网研究院有限公司提出的新型电压调节器拓扑,为解决高压直流输电系统换相失败问题提供了新的思路。本文基于新型电压调节器拓扑,进行了抑制换相失败原理分析、调压功能验证、控制策略研究,最后对其抑制换相失败的功能进行了仿真并分析了对抑制效果的影响因素。首先,结合换相失败产生原因分析了新型电压调节器抑制换相失败原理,对其拓扑结构及调压原理进行了分析与仿真。以换流变压器有载调压分接头的选择方法为基础,提出了新型电压调节器的档位选择原则,通过计算分析,选择了适合的调压档位。在PSCAD/EMTDC环境中以可控电压源代替新型电压调节器输出,验证了其调压效果。其次,研究了新型电压调节器换相失败检测环节的控制策略、调压换流阀输出电压补偿策略以及新型电压调节器本体控制策略。在换相失败检测环节控制策略方面,总结分析了现有的换相失败检测方法,结合新型电压调节器对换相失败检测的功能需求,搭建了 sin-cos电压跌落检测法,并对不同跌落深度下的检测效果进行了仿真验证;在调压换流阀输出电压补偿策略方面,通过向量图以及数学模型对比分析了三种电压补偿策略的优缺点,提出采用完全电压补偿法的控制策略,并以理想电压源代替新型电压调节器的输出验证了补偿方法的可行性;在此基础上,对新型电压调节器的输入输出控制策略进行设计,采用电压电流双闭环控制策略,实现了电压稳定输出,并对控制策略进行了仿真验证。此换相失败抑制方法通过在调压换流阀逆变端控制中加入电压检测模块和电压补偿模块,实现了在交流系统母线电压跌落时支撑换流变阀侧电压,从而抵御换相失败。最后,搭建了带有新型电压调节器的直流输电系统模型,在交流母线单相电压跌落和三相电压跌落故障下,通过与传统直流输电模型对比仿真,以及新型电压调节器不同容量下的仿真,验证了其抑制换相失败的效果,同时也证明了新型电压调节器控制策略的正确性。结合上述仿真,对补偿效果的影响因素进行了分析。
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