并联电容器对VSC-HVDC供电无源网络的影响

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1、2009年第5期东北电力技术43并联电容器对VSC—HVDC供电无源网络的影响TheImpactofShuntReactorsonPassiveElectronicalNetworkswithVSC—HVDCPowerSupply乔丽，程佳音(1．华北电力大学，河北促定07103；2．邯郸供电公司，河北邯郸05600)摘要：当负荷超过基于电压源换流器的高压直流输电(VSC～HVDC)系统的调节能力时，其不能满足负荷的需求。基于VSC—HVDC的稳态物理模型，设计了其供电无源网络时的控制系统。分析了在逆变侧母线投入

2、并联电容器时对VSC—HVDC系统调节能力和输送功率的影响，提出了由VSC—HVDC和电容器组成的“可变电容器”的理念。PSCAC／EMTDC仿真结果证明了所设计控制系统的有效性。同时证明了并联电容器可以改善VSC—HVDC供电无源网络时的调节特性和输送功率能力；且当负荷增加时，“可变电容器”对无功功率的调节具有速度快，冲击小的特点。关键词：电压源换流器；高压直流输电；并联电容器；调节特性；可变电容器[中图分类号]TM53；TP3O3．3；TN711．3[文献标识码]B[文章编号]1004—7913(209)05

3、—0043—04基于电压源换流器的高压直流输电(VSC—1所示，￡为换流电抗器的等效电感；R为VSC功HVDC)是一种新型直流输电技术。其核心是利用率损耗的等效电阻；为交流侧系统电压相位超前由全控制电力电子器件构成并基于脉宽调制VSC交流侧电压基波相位的角度；P、Q为交流(PWM)技术控制的VSC代替了HVDC中的可控统输出的有功功率和无功功率；P、Q为VSC吸硅换流器。电流能够自关断，可工作在无源逆变方收的有功功率和无功功率。式。因此，可以对无源网络供电。直流线路近年来，VSC—HVDC在国外得到了成功的应用，

4、并日益受到重视』。目前，针对并联电容器对改善VSC—HVDC供电无源网络的运行特性还未见报道。本文在VSC—HVDC稳态物理模型的基础上，对供电无源网络时的控制系统进行了设计。基于所图1VSC—HVDC原理图设计的控制器，研究了VSC—HVDC系统调节能力假设换流电抗器无损耗，忽略谐波分量时，换和输送功率同逆变侧母线处所投入并联电容器大小流器和交流电网之问传输的有功功率P及无功功的关系。根据二者的关系，提出了由VSC—HVDC率Q分别为和电容器组成的“可变电容器”的理念。为了验P：si(1)证所设计的控制器及“可

5、变电容器”的理念，在11PSCAC／EMTDC环境下进行了仿真研究。仿真结果Q：(2)证明了所设计的控制系统是有效的，具有良好的动Al态性能；也证明当VSC—HVDC逆变侧母线投人并式中：为换流器交流侧的电压基波分量：为联电容器后，可以有效改善VSC—HVDC供电无源交流系统母线电压；6为滞后的角度；L为网络时的调节能力和输送功率能力；而且当负荷增换流电感。加时“可变电容器”对无功功率的调节速度快、式(1)、(2)表明，VSC吸收的有功功率及冲击小。无功功率可以通过PWM调制6和的大小来控制。1VSC—HVDC运

6、行原理在VSC—HVDC系统中，换流站主要有以下三VSC联接有源交流网络时的稳态物理模型如图种基本控制方式]。东北电力技术2009年第5期ifPQ=手(Usdl~‘du,qi)堪：；屯一唧9一取式(6)作为Park矩阵时，lZ=0，“={三i加U，Us为系统相电压的幅值，此时：fl手(10)Q=一手一式(10)说明i。与有功功率成正比，i与无2VSC—HVDC供电无源网络的控制器设计i=“一(+￡警)：一∞L一R+誓’q=[]=[三]一[三]一尺[]c322m：(12)￡L孥■■：ub一Mah一Rik(L4)6：

7、aretan(13)其中，u，i已归算到换流器交流侧。／2cabe为，，rsin(wt+]⋯6-l2㈣(5)二ILsin(tot+6+120。)Jl制方式(采用了d轴和q轴解耦的控制策略)。整costotCOS(+l20。slnwtsin(+120。)1l’’(6)由Park变换得坐标系下交流侧三相动态微分方程为didud—MfR，．．Id￡—一一了￡d+‘totg一图2VSC—HVDC整流侧控制系统图【d￡Lq’其中：廿肌mUd[sinai(8)VSC吸收的有功无功功率可以表示为图3VSC—HVDC逆变侧控制系

8、统图2009年第5期东北电力技术45l图4VSC—HVDC系统图流侧和逆变侧的控制系统分别如图2、图3所示。3稳态特性仿真分析及验证为了验证所设计控制系统的正确性和有效性，利用PSCAD／EMTDC对VSC—HVDC供电无源网络时的稳态特性进行了仿真分析。仿真电路如图4所示。毒警lO系统参数：频率为50Hz，整流侧线电压。有图8VSC—HVDC逆变侧的调制度0加O∞O∞效