南澳柔性直流输电系统运行控制研究及应用

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1、南澳柔性直流输电系统运行控制研究及应用第一章绪论1.1研究背景与意义高压直流输电（HVDC）的发展与换流技术的进步密切相关[1]。1954年，基于汞弧阀换流技术的世界上第一个直流输电工程在瑞典本土与哥特兰岛（Gotland）建成，标志着高压直流输电的开端，随后共计12项采用该技术的直流工程投入运行。20世纪70年代，高压大功率晶闸管问世，至今世界上已有近百个直流输电工程采用晶闸管阀换流技术[2]。落点于广东电网境内的七回直流（天广、高肇、兴安、楚穗、江城、普侨、牛从）均采用晶闸管阀换流技术，在远距离大容量输送功率方面发挥着重要作用。1990年，McGill大学的Boon

2、-TeckOoi等学者首次提出基于电压源换流器（voltagesourceconverter，VSC）的直流输电概念[3]，标志着第三代直流输电技术的诞生。其技术创新点在于采用大功率绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，IGBT)构成换流器，通过利用脉宽调制技术(pulseodulation，P)，可实现有功功率和无功功率的独立控制[4]，可有效提高系统稳定性、增加动态无功储备、改善电能质量，在新能源并网、孤岛供电、异步电网互联、城市电网供电等方面具有广阔的应用前景[5]。国际大电网会议（CIGRE）和美国电气与电子工程师协会

3、（IEEE）将其命名为VSC-HVDC；在我国，统一命名为柔性直流输电（HVDCFlexible）[6]。目前，世界上承建柔性直流输电项目的主要有ABB，Siemens和Alstom三家公司。早期由ABB公司建设投产的换流器拓扑主要为两电平VSC以及二极管钳位型三电平VSC。两电平及三电平换流器电路结构简单、所需电子器件电容器数量少，但由于输出电平数少，须采用高频P调制，对开关器件的一致性和均压性要求较高，并且损耗较大，成为制约VSC-HVDC发展的主要问题。2001年，德国慕尼黑联邦国防军大学R.Marquart和A.Lesnicar提出了模块化多电平换流器（modu

4、larmultilevelconverter,MMC）的拓扑结构[7]。MMC通过子模块(Sub-Module，SM)级联而成，采用阶梯波的方式逼近正弦波，使得IGBT的开关频率从lkHz以上降低至100Hz~300Hz左右，具有损耗减少、输出波形质量高、制造难度降低、故障处理能力强的特点，极大提升了柔性直流输电工程的运行效益[8]。我国已投运和在建的柔性直流输电工程均采用MMC拓扑结构。多端直流输电系统（MTDC）是指在同一直流网架下，是由3个及以上换流站，通过串、并联或混联方式连接起来的输电系统，能够实现多电源供电和多落点受电，比两端系统运行方式更加灵活、便捷，更适

5、用于分布式发电等领域[9]。由于柔性直流技术具有潮流翻转时不改变电压极性的特点，因此更适合于构成多端直流系统[10]，基于MMC的MTDC系统是当前国内外的研究热点和工程建设方案。........1.2柔性直流输电技术的研究与应用现状1.2.1研究现状对于MMC换流器，研究热点集中在拓扑结构、调制技术[20][21][22]、环流抑制和电容电压平衡控制策略[23][24][25]等方面。多端柔性直流系统比两端系统的控制器设计更加复杂。主要的方法包括，单点直流电压控制法[26]，带电压下降特性的控制法[27]、电压裕度控制法[28]等。在柔性直流输电系统的运行控制及调度管

6、理方面，相关文献主要于上海南汇工程。文献[29]分析了柔性直流换流站运行管理的难点并提出了相应的管理措施；文献[30]给出了柔性直流系统典型方式的启动、停运流程，并提出了改进措施；文献[31]对柔性直流系统不同运行方式进行分析比较，提供了不同运行方式的转换方法。.....第二章南澳柔性直流输电工程系统设计2.1引言南澳县是广东省唯一的海岛县，岛上风电资源丰富，装机总规模约为143MMC基本单元构成，在联结变压器阀侧中性点经电阻接地，起到钳制中性点电位的作用，使两根直流输电线路形成正、负极性对称的两极，减小直流线路对地电压。采用这种接线方式，其优点为结构简单，减少整体工程

7、造价成本，且在于正常工况下接地点不流过工作电流，有效避免电流持续长时间流过接地极产生的电磁效应、热力效应和电化效应等问题；其缺点是如换流器单元或一个单极的直流线路发生故障，则整个双极系统将闭锁，不能像传统直流系统保持单级运行，可靠性有所降低。此类接线也被称为伪双极系统接线[14]。目前已投运的柔直系统规模较小，多采用这种由电压源换流器基本单元构成的双极接线方式，并根据实际情况将接地点选择在交流侧或直流侧。如柔直系统的容量扩大，可靠性要求进一步提高，可采用由电压源换流器基本单元串并联构成的混合式换流器或像传统直流的双极接线。文献[36]提出