交直流输电并联运行直流调制的原理

直流调制的原理是在直流输电的控制系统中加入附加的直流调制器，从并联的交流输电联网线路下取得反映交流输电联网线路是否异常(如功率大幅度突变、振荡等)的信号，来调节控制直流输电线路的功率，使之快速吸收或补偿交流输电联网线路的功率过大或缺额，起到阻尼作用甲从而消除交流输电联网线路上的功率振荡和不稳定因素，并提高交流输电联网线路的输送容量 。

交直流并联联网运行，总是在先有交流输电线联网的情况下，后加直流输电线而形成的。先有直流后有交流的例子很少。当两个相距甚远的电力系统间已有交流输电联网而又需要增加联网的输电容量时，面临着增设同样的交流输电联网线路，还是增加直流输电联网线路的抉择问题。增设交流输电联网线路有三个问题需要考虑:

①若起点、落点均与原输电线不同，则存在环流问题;

②即使起落点均相同，也存在增大短路电流容量问题;

③新增输电线的输送容量必然受系统稳定、网络参数等因素的限制，不可能充分利用。

而增设直流输电联网线路不但可避免上述缺点，而且可用直流输电联网线路附加控制系统进行直流调制，能够抑制两个电力系统问的振荡。甚至还能增加原有交流输电联网线路的输送容量。因此，在技术经济比较中，增设直流输电联网线路方案，往往是有利的。

交直流输电并联运行是指两个交流电力系统之间既有交流输电线联网又有直流输电线相联而形成的交流输电与直流输电彼此并联的联网运行方式。交流输电和直流输电的起点，可以是在送端电网的同一点，也可以是不同地点，其终点往往是在受端电网的不同地点，也可以是同一点。这种输电方式，亦常称交直流混合输电。由于两个电力系统间有交流输电线相联，仍属同步联网，两个电力系统具有相同的频率。但在运行上却与纯交流联网有不同的特点 。

直流调制的效果与整个系统的结构有关。一般地讲，直流输电联网线路的容量相对于与之并联的交流输电联网线路的容量(或被联系统的容量)的比例愈大，调制的效果愈好。此外，直流调制的效果也与其在系统中的位置以及调制器本身的设计参数有关。

直流调制有大、小方式之分。大方式调制的目的在于提高交流输电联网线路的暂态稳定性，直流功率调制幅度达21%。采用大方式调制，直流换流装置应留有相应的裕度，因为换流器的过载能力很小。小方式调制在于提高交流输电联网线路的动态稳定性，抑制功率振荡，其直流功率调制幅度一般只有3%-11%。

直流调制最早应用于加拿大的魁北克和新不伦斯维克两省之间的交直流并联联网工程中，效果良好。20世纪60年代中叶，美国西部的太平洋联络线双回500kV交流输电线投产后，连续于1968/1969/1970年在重负荷情况下产生低频振荡,1970年增设并联的±400kV, 1440 MW, 1372 km的直流输电联网线路后，采用了小方式直流调制措施，调制幅值为3%(±40Mw),起到了抑制低频振荡的作用，还使原来的交流输电联网线路的翰送容量由2100 MW增加到2500MW。这是目前应用最成功的实例 。2100433B

既用交流线路同时又用直流线路把功率从一个交流系统传输到另一个交流系统的输电方式。这种输电方式亦称交直流混合输电。交流线路和直流线路的起点，可以在送端电网的同一地点，也可以在不同地点;其终点往往在受端电网的不同地点，也可能在同一地点。

交直流并网输电，往往是先有交流输电线路，后加直流线路而形成的。先有直流后加交流的例子很少。

第1章 高压输电的发展 1

1.1 电网发展历程 3

1.2 电网互联现状 8

1.3 未来电网发展 12

1.4 特高压输电发展动因 16

1.5 特高压电压等级选择的原则 21

1.6 国外特高压输电发展情况 26

1.7 国内特高压输电发展情况 30

1.7.1 中国特高压交流输电技术的发展 30

1.7.2 中国特高压直流输电技术的发展 32

第2章 高压交直流输电系统特性与经济分析 37

2.1 交流输电系统特性 39

2.1.1 可靠性与稳定性 39

2.1.2 输电特性与输电能力 41

2.2 直流输电系统特性 47

2.2.1 可靠性与稳定性 47

2.2.2 输电特性与输电能力 49

2.3 特高压交直流混合电网特征 51

2.4 交直流输电的经济性分析 54

2.4.1 交流特高压/超高压输电的经济性比较 54

2.4.2 交流/直流特高压输电的经济性比较 56

2.5 交流/直流特高压输电的适用场合 59

第3章 高压交直流混联系统特点及影响 65

3.1 直流系统接入交流系统的安全稳定 67

3.1.1 交流系统对直流系统运行的支撑 67

3.1.2 特高压直流系统接入交流系统的方式 68

3.1.3 特高压直流系统与交流系统的相互影响 70

3.2 交直流混联电网运行特征 73

3.2.1 直流电网运行特点 73

3.2.2 受端电网运行特性 79

3.3 交直流混联系统的相互影响 81

3.3.1 交直流混联电网相互影响途径 81

3.3.2 交直流混联电网相互影响评价 82

3.3.3 慢速变化工况 84

3.3.4 快速变化工况 85

第4章 高压交直流混联电网故障分析 91

4.1 故障特征变异的概念 93

4.2 基于竞争的故障特征变异机理分析 96

4.2.1 竞争的基本分析方法 96

4.2.2 交直流系统电气竞争范围分析 97

4.3 扰动下直流系统动态特性分析 99

4.3.1 直流系统电气量的扰动强度分析 100

4.3.2 直流系统电气量的特征分析 103

4.4 交直流混联电网故障对交流保护的影响 105

4.4.1 变化量方向元件 105

4.4.2 零序元件 109

4.4.3 负序元件 111

4.4.4 距离元件 118

4.4.5 差动元件 122

4.5 交流系统不接地故障时直流系统变化对交流零序保护的影响 126

4.6 交流系统接地故障时直流系统变化对交流零序保护的影响 130

4.7 交直流混联电网故障暂态功率导向分析 133

4.7.1 暂态快速功率倒向机理研究 133

4.7.2 影响保护动作的因素分析 138

4.8 保护运行环境对保护动作行为的影响及建议 142

4.8.1 纵联保护通道分析 142

4.8.2 正、反方向元件灵敏度的考虑 145

4.8.3 系统中运行交流保护的建议 147

第5章 高压交直流混联电网直流偏磁 149

5.1 直流偏磁的物理现象及来源 151

5.1.1 直流偏磁的物理现象 151

5.1.2 直流偏磁的来源 152

5.2 直流偏磁的影响 156

5.2.1 直流偏磁对系统的影响 156

5.2.2 直流偏磁对变压器的影响 158

5.2.3 直流偏磁产生的谐波对电容器的影响 165

5.3 变压器直流偏磁的影响 167

5.3.1 变压器结构对变压器偏磁影响 167

5.3.2 变压器直流偏磁对继电保护的影响 169

5.4 变压器直流偏磁的抑制措施 171

5.4.1 反向电流法 173

5.4.2 变压器电阻法 177

5.4.3 接电容器抑制法 178

5.5 直流偏磁抑制措施比较及其对继电保护的影响 183

5.5.1 受中性点串联电阻或电容影响的变压器和线路保护 184

5.5.2 中性点串联电阻法对继电保护的影响 187

第6章 高压交直流混联电网潮流计算分析 193

6.1 交直流混联系统潮流计算中换流器标幺值方程 195

6.2 交直流电力系统数学模型 199

6.3 交直流混联系统潮流计算的牛顿迭代法 202

6.3.1 整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制 204

6.3.2 整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制 205

6.4 交直流混联系统潮流计算的快速解耦法 208

6.4.1 整流侧定电流控制和逆变侧定电压控制 209

6.4.2 整流侧定电流控制和逆变侧定关断角控制 209

6.5 交直流混联系统潮流计算示例 211

第7章 高压交直流混联电网系统仿真 215

7.1 电磁暂态与机电暂态数字仿真初始化 217

7.1.1 发电机及其控制器的初始化问题 217

7.1.2 直流输电系统的初始化问题 219

7.1.3 输电线路的初始化问题 220

7.1.4 负荷的初始化问题 220

7.2 交直流混联电网电磁暂态数字仿真 222

7.2.1 交直流电力系统电磁暂态数字仿真的实现途径 222

7.2.2 用于模型离散化的常用数值积分公式及其特点 224

7.2.3 集中参数元件的离散化伴随模型 227

7.2.4 集中参数多相输电线路的离散化伴随模型 229

7.2.5 分布参数单根无损线的Bergeron模型 231

7.2.6 分布参数单根小损耗线路的Dommel模型 233

7.2.7 分布参数多相耦合输电线路的K. C. Lee模型 236

7.2.8 分布参数多相耦合输电线路的扩展Bergeron模型 240

7.2.9 输电线路电磁暂态计算示例 244

7.3 交直流混联电网机电暂态数字仿真 246

7.3.1 交直流电力系统机电暂态仿真的基本原理 246

7.3.2 直流输电系统的响应特性模型 247

7.3.3 机电暂态仿真中与发电机模拟相关的几个问题 249

参考文献 257

本书介绍了高压交直流混联系统的发展及现状，在高压交直流混联系统的框架下阐述了高压交直流混联系统的特性，重点研究了高压直流电网接入对交流系统的影响。主要内容包括：高压交直流混联系统的经济特性分析，高压直流系统接入交流系统的运行方式，高压交直流混联系统故障分析，高压交直流混联电网故障对交流继电保护的影响，高压交直流混联电网直流偏磁的来源与影响，高压交直流混联系统仿真分析。本书注重理论分析和工程应用，适合作为从事高压交直流混联电力系统的科研、规划、设计和运行人员的参考用书，也适合作为高等学校电力系统专业的参考书。