混合直流输电内容简介

随着电力电子器件的不断发展和直流输电技术的广泛应用,结合电流源LCC换流器与电压源VSC换流器的混合直流输电系统已成为研究热点.本书针对三种典型的混合直流输电系统进行介绍,即并联混合多馈入直流输电系统、一端LCC 一端VSC 的混合直流输电系统、含STATCOM 的LCC HVDC系统.主要内容包括混合直流输电系统的基本运行原理、各系统间相互作用机理、协调控制策略、建模与仿真技术等。

《混合直流输电》适合从事传统直流输电与电压源换流器直流输电系统相关工作的工程师使用，也可以作为高等学校电力系统相关专业教师和学生的参考书。

博士，华北电力大学教授，博士生导师。2013年1～3月在加拿大Manitoba大学做客座教授。入选华北电力大学学科带头人支持计划，教育部、国家外国专家局“高等学校学科创新引智计划”项目中方成员，IEEE会员，中国电源学会电能质量专业委员会委员。

发表论文210篇，被SCI、EI收录100余篇，获省部级科学技术奖励3项。负责国家863计划课题和国家自然科学基金项目等国家级项目4项；在研项目10项，全部围绕直流输电开展。

《智能电网研究与应用丛书》序

前言

第1章绪论

1.1LCC—HVDC的优势和不足

1.2VSC—HVDC的优势和不足

1.3并联混合多馈入直流输电系统结构

1.3.1拓扑结构

1.3.2作用和应用前景

1.4一端LCC一端VSC的混合直流输电系统结构

1.4.1拓扑结构

1.4.2作用和应用前景

1.5含STATCOM的LCC—HVDC系统结构

1.5.1拓扑结构

1.5.2作用和应用前景

参考文献

第一篇并联混合多馈入直流输电系统

第2章并联混合多馈入直流输电系统的运行特性

2.1LCC—HVDC的运行特性

2.1.1数学模型

2.1.2CIGRE标准测试模型

2.1.3稳态和暂态特性

2.2VSC—HVDC的运行原理与控制策略

2.2.1基本运行原理

2.2.2控制策略

2.3并联混合双馈入系统的控制策略和稳态特性

2.3.1系统结构

2.3.2控制策略

2.3.3稳态特性分析

2.4传统双馈人和并联混合双馈入系统的对比分析

2.4.1传统双馈人和并联混合双馈入系统

2.4.2稳态特性的对比分析

2.4.3暂态过电压的对比分析

2.4.4换相失败免疫特性的对比分析

2.4.5故障恢复特性的对比分析

2.5混合双极系统的控制策略和系统特性

2.5.1混合双极系统的结构

2.5.2混合双极系统的模型

2.5.3混合双极系统的协调控制策略

2.5.4混合双极系统的运行特性

2.6本章小结

参考文献

第3章并联混合双馈入系统中VSC—HVDC对LCC—HVDC的影响

3.1视在短路比增加量

3.1.1视在短路比增加量的提出

3.1.2视在短路比增加量的计算步骤

3.1.3视在短路比增加量的求解算例

3.2视在短路比增加量的验证

3.3本章小结

参考文献

第4章受端为无源网络的并联混合双馈入系统特性分析

4.1LCC—HVDC参与电网恢复的意义

4.2受端是无源网络时并联混合双馈入系统的结构和控制策略

4.3LCC—HVDC和VSC—HVDC的相互影响

4.3.1正常运行状态时的相互影响

4.3.2公共交流母线电压变化时的运行特性

4.3.3公共交流母线发生故障时的动态运行特性

4.3.4无功补偿装置容量对VSC—HVDC调节范围的影响

4.4受端是无源网络时并联混合双馈人系统的仿真分析

4.4.1系统参数

4.4.2启动和稳态特性分析

4.4.3故障特性分析

4.5本章小结

参考文献

第二篇一端LCC一端VSC的混合直流输电系统

第5章LCC—VSC混合直流输电系统

5.1接线方式和参数设计优化

5.1.1接线方式

5.1.2参数设计优化

5.2启动控制方法

5.2.1LCC—HVDC和VSC—HVDC的启动方式

5.2.2LCC—VSC混合直流输电系统的启动方法

5.3仿真验证及分析

5.3.1仿真算例说明

5.3.2参数优化前后的特性对比

5.3.3无源网络供电特性分析

5.4本章小结

参考文献

第6章VSC—LCC混合直流输电系统

6.1运行原理与控制方法

6.1.1运行原理

6.1.2控制方法

6.2抑制LCC侧换相失败的控制方法

6.2.1LCC侧定关断角备用控制

6.2.2VSC侧低压限压控制器

6.3仿真验证及分析

6.4本章小结

参考文献

第三篇含STATCOM的LCC—HVDC系统

第7章STATCOM与LCC—HVDC的协调控制2100433B

整流侧采用电网换相换流器、逆变侧采用电压源换流器的混合直流输电系统结合两种换流器的优势，可彻底避免传统直流输电系统换相失败问题，在我国具有广阔的应用前景。架空线输电的混合直流输电系统线路故障多为瞬时故障，直流系统无需停运，正确识别线路故障可减少系统停运次数、提高系统运行可靠性。由于混合直流输电系统线路两端换流站不同，一次元件配置不对称，故障后响应不同，不能直接使用两端对称的传统直流或柔性直流输电系统的线路故障甄别原理。本项目采用数字仿真、理论分析、算法研究相互结合的方法，分析混合直流输电系统线路两端边界特性，研究直流线路区内外故障特征，分别针对整流侧和逆变侧提出能够准确识别线路故障的甄别原理和判据，设计实现算法。最终构建一套完整的具有原理冗余的混合直流输电系统线路故障甄别与保护方案，并利用仿真数据验证其有效性。本项目的研究为混合直流输电系统保护技术的发展奠定基础。

高压直流输电是远距离大容量电能输送的一种重要方式，然而受换流器结构的限制，传统高压直流系统存在换相失败等固有缺陷。整流侧采用电网换相换流器（LCC）、逆变侧采用电压源型换流器（VSC）的LCC-VSC混合直流输电系统既能够避免换相失败的发生，同时相较于纯柔性直流输电系统可降低成本，是未来高压直流输电的重要发展方向之一。由于LCC-VSC混合高压直流输电系统两端结构不对称，故障后的特征与传统的直流输电系统相差较大，传统的直流输电线路保护方案在混合直流输电系统中不再适用，因而必须研究适用于LCC-VSC混合高压直流系统的线路保护方案。本项目针对LCC-VSC混合高压直流输电系统，通过对线路边界的频率特性、线路区内外故障的特征进行深入分析，研究了适用于混合直流输电系统的线路保护原理并构建了完整的保护方案。具体工作如下：在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台建立了详细的LCC-VSC混合直流输电系统电磁暂态仿真模型，并提出了一种模块化多电平换流器的快速仿真模型。分析了现有高压直流输电系统线路保护在混合直流输电系统中的适应性，指出传统直流输电线路保护应用于LCC-VSC混合直流输电系统中的最大问题在于：当VSC一侧线路限流平波电抗器较小时，整流侧单端量主保护难以区分对端线路区外故障和线路区内末端故障及高阻故障情况。通过理论推导和仿真实验，对线路两端边界的折反射频率特性、区内外故障特征、线路极间耦合特性进行了深入分析。在此基础上提出了多种利用单极单端信息的故障选极原理和利用双极单端信息的故障选极原理，提出了基于反行波变化量的单端量主保护新原理、基于线模首行波电压回升比的超高速单端量主保护新原理，并提出了基于电流故障分量极性特征的纵联保护和基于混合方向元件的纵联保护作为线路后备保护。仿真测试表明所提的保护原理在速动性、选择性、耐受过渡电阻等方面具有良好的性能，所提超高速单端量主保护新原理的故障选区速度理论上最快仅需数十微秒、且保护性能受过渡电阻影响较小，很好的解决了现有保护存在的问题。 2100433B

轻型高压直流输电是ABB公司发展的一项全新的输电技术，尤其适用于小型的发电和输电应用，它将高压直流输电的经济应用功率范围降低到几十兆瓦.该系统由放在两个或两个以上的输电终端上的终端换流站及它们之间的联接组成。虽然传统的直流架空线可以作为联接，但如果我们应用地下电缆来联接两个变电站，整个系统将能最多地获益。在很多场合，评估下来的电缆成本低于架空线的成本，而且在一个轻型高压直流输电系统中，使用电缆所需的环境等方面的许可还更容易获得。比起交流输电和本地发电，轻型高压直流输电系统不仅具有成本优势，它对提高交流电网供电品质也提供了新的可能.自1997年提出轻型高压直流输电，数个输电线路已投入商业运营，其中最高容量已达330MW。更多的正在建设中。