交直流电力系统的分析和控制

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1、交直流电力系统的分析和控制交直流电力系统的分析和控制周孝信32交直流电力系统的分析和控制目录1．概述2．换流器的工作原理和基本方程式3．两端直流输电系统的控制和稳态运行方式4．交直流混合电力系统的标幺值系统5．交直流电力系统潮流计算6．交直流电力系统稳定计算中直流输电系统的数学模型7．交直流电力系统暂态稳定计算程序及算例8．交直流并列电力系统暂态和动态稳定分析和控制9．交直流并列电力系统的次同步谐振（SSR）分析和控制10．参考文献交直流电力系统的分析和控制周孝信（中国电力科学研究院，北京100085）32交直流电力系统的分析和控制1概述自19世纪末三相交流电力问世以来，交

2、流电以其巨大的优越性使其在发电和输配电方面都居于独占地位。近几十年来，交流电力系统规模越来越大，输电电压越来越高，电网的互联也日趋复杂。与此同时也产生了一些复杂的技术问题如稳定问题等需要解决。在这个过程中，人们又回过头来想到能否利用直流输电的优点，在某些特定条件下加以应用，以克服交流输电在技术上的困难，或者取得经济上的更加节省。首先，直流输电线路的造价比较低。尽管两端换流站造价较高，但对远距离输电来说，当输电线长度超过某一临界数值时，其总造价将比交流输电低。又如海底电缆输电，由于直流电通过电缆不需要充电电流，因而可传输更大的功率。此外，直流输电不存在通常交流输电的稳定问题，

3、在交流系统稳定问题非常突出的情况，采用直流输电是解决稳定问题的有效方案。直流输电可以联结额定频率不同的电力系统，采用“背靠背”的直流输电环节，可实现不同额定频率交流电力系统之间功率的传输和交换。直流输电传输功率控制的快速性，提供大功率和小信号快速调制的可能，可用以提供了紧急功率支援，平息交流系统的振荡，提高系统的稳定性。采用汞弧整流阀技术的第一代直流输电线路在20世纪50年代得到发展。1954年瑞典建成了110千伏电压约100公里的海底直流输电线（从Gotland到瑞典大陆），输电能力20兆瓦。60年代可控硅技术的发展，为直流输电提供了价格性能更好的换流元件，使直流输电技术

4、发展到一个新的阶段。1972年加拿大EelRiver建成了世界上第一个采用可控硅换流元件的直流工程。近年来，大型直流输电工程不断出现。据IEEE统计，截至1996年底，世界上已投运的直流工程已有56项，输电容量达54.166GW。可以预见，直流输电在未来的电力系统中将有更大的发展。我国自行设计，自己制造设备的舟山直流输电工程于1987年底投入试运行。±500千伏电压、线路长达1041公里，输送容量为1200兆瓦的双极超高压直流输电工程——葛州坝—上海直流工程已在1990年投入运行。更大容量的天（生桥）—广（州）±500kV、1800MW的直流输电工程也于2001年投产。±5

5、00kV、3000MW的三峡龙（泉）—政（平）直流输电工程将在2003年双极投产。同样容量的三（峡）—广（东）线和贵（州）—广（东）线正在加紧建设。预计随着我国“西电东送”工程的进展，将有更多的大容量直流输电工程建成投产。直流输电的广泛应用和发展，对电力系统计算分析提出了新的要求。为了分析交直流电力系统的运行问题，我们要在分析直流输电系统运行特性的基础上，制订直流环节数学模型，研究相应的计算方法，进一步发展适合于交直流系统的分析计算方法和程序，用于研究交直流系统的分析和控制问题。2换流器的工作原理和基本方程式换流器包括整流器和逆变器是高压直流输电的主要环节。用于高压直流输电

6、的换流器都采用三相桥式接线方式。每桥由六个桥臂组成，接于三相交流电源。6个桥阀以基波周期的等相位间隔依次轮流触发，称六脉冲换流桥。通常，高压直流输电采用双极方式，即每一换流站由正负极两组换流器组成。有时每极由两组换流桥在直流侧串联而成。此时，为了得到较好的直流电压波形，两组换流桥的交流电源电势相位差30°；相应地，阀的触发脉冲也相差30°，形成12脉冲换流器。为了对直流输电的运行方式进行计算分析，我们首先研究换流器的基本工作原理，在此基础上推导出换流的基本方程式。2.1整流器的工作原理和直流电压方程式整流器的原理接线如图1所示。图中Xci为从电势源到整流桥的每相等值电抗亦称

7、换相电抗，下标i表示整流侧（j表示逆变侧，下同）。6个桥阀按正常轮流导通次序编号。可控硅阀只有在承受正向电压，同时又在控制极得到触发信号时才开始导通。它一经导通，即使除去触发信号，仍保持导通状态，直到承受反向电压并导通电流过0时才会关断。但须待载流子完全复合后才恢复正向阻断能力。32交直流电力系统的分析和控制图1整流器原理接线图2.1.1不计换相过程不计换相回路电感时的各阀导通情况如下。由图2电势波形可见，当wt达到0°以前，电势ec的瞬时值最高，电势eb最低，接于这两相间的阀V5和V6处于导通状态，其余4个阀因承