本發(fā)明屬于高壓直流輸電領(lǐng)域，具體涉及一種具有無功調(diào)節(jié)功能的HVDC系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定抑制方法。
背景技術(shù)：
：高壓直流輸電(HighVoltageDirectCurrent，HVDC)系統(tǒng)具有傳輸容量大、損耗低、潮流調(diào)節(jié)靈活、快速、自動化和智能化程度高等優(yōu)點，是堅強智能電網(wǎng)極為重要的組成單元之一。我國經(jīng)濟發(fā)展和疆域資源分布的特點是，大型煤炭基地、水電基地集中在西北、東北、西南偏遠地區(qū)，而能源缺乏、電力供應(yīng)不足則集中體現(xiàn)在經(jīng)濟發(fā)達的東部、南部沿海地帶。這些因素決定了我國必然實施“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的電網(wǎng)戰(zhàn)略。高壓直流輸電以其獨特的優(yōu)勢，在遠距離送電和大型電網(wǎng)互聯(lián)中起到越來越重要的作用。諧波不穩(wěn)定問題是高壓直流輸電系統(tǒng)所面臨的典型挑戰(zhàn)之一。由于換流變壓器飽和或者互補諧振等原因，將有可能會引發(fā)諧波不穩(wěn)定。發(fā)生諧波不穩(wěn)定時，諧波電流將放大幾倍甚至幾十倍，對換流變壓器、電抗器、電容器等元件造成很大威脅。諧波電流過大還會造成電壓畸變，進而造成換相失敗，使直流輸電系統(tǒng)運行困難甚至閉鎖。嚴重情況下，直流輸電系統(tǒng)的崩潰可能會造成整個系統(tǒng)的崩潰。因此，對于諧波不穩(wěn)定的抑制具有十分重要的意義。目前，文獻[1]提出采用二次濾波器抑制諧波不穩(wěn)定在消除交流側(cè)二次諧波的同時也改變了交流側(cè)的頻率阻抗，增大平波電抗器實際上是直流側(cè)的諧波阻尼；文獻[2]雖然提出附加直流控制能提高諧波阻尼，但是實現(xiàn)直流附加控制協(xié)調(diào)控制是比較困難的；文獻[3]論述了有源濾波器在高壓直流輸電系統(tǒng)中的應(yīng)用，提出采用有源濾波器抑制諧波不穩(wěn)定，但是基于目前的技術(shù)條件下，高壓大容量有源濾波器的工程應(yīng)用技術(shù)還沒有完全突破，安全穩(wěn)定運行水平還有待進一步提高，而且造價昂貴。相關(guān)文獻[1]楊小兵，李興源，金小明，等.云廣特高壓直流輸電系統(tǒng)中換流變壓器鐵心飽和不穩(wěn)定的抑制；[2]KAULN，MATHURRM.SolutiontotheproblemofloworderharmonicresonancefromHVDCconverters；[3]JIANGX，GOLEAM.AnenergyrecoveryfilterforHVDCsystems。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述諧波不穩(wěn)定抑制方法的不足，本發(fā)明提供一種具有無功調(diào)節(jié)功能的HVDC系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定抑制方法，從諧波不穩(wěn)定產(chǎn)生機理出發(fā)，通過改變HVDC系統(tǒng)頻率阻抗特性改變換流器交流側(cè)阻抗，使HVDC系統(tǒng)原諧振點發(fā)生偏離，與此同時，利用靜止無功補償裝置的特性，來避免HVDC系統(tǒng)交流阻抗改變帶來的HVDC系統(tǒng)無功功率以及電壓的變化。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：本發(fā)明提供一種具有無功調(diào)節(jié)功能的HVDC系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定抑制方法，所述方法包括以下步驟：步驟1：判斷是否滿足諧波不穩(wěn)定條件，若滿足則在換流母線上并聯(lián)電容器；步驟2：通過在HVDC系統(tǒng)的換流母線上并聯(lián)靜止無功補償器進行無功調(diào)節(jié)。所述步驟1中，先采用阻抗頻率掃描法得到換流器交直流阻抗掃描結(jié)果；然后判斷是否滿足諧波不穩(wěn)定條件，若滿足則在換流母線上并聯(lián)電容器，以改變HVDC系統(tǒng)交流側(cè)諧波阻抗，使HVDC系統(tǒng)偏離原諧振點。采用阻抗頻率掃描法得到交直流阻抗掃描結(jié)果具體包括：通過電磁暫態(tài)仿真程序PSCAD/EMTDC的頻率阻抗掃描模塊對HVDC系統(tǒng)進行頻率掃描，設(shè)置0～5000Hz的頻率掃描范圍，掃描步長設(shè)為1Hz，得到交直流阻抗掃描結(jié)果。所述交直流阻抗掃描結(jié)果包括換流器交流側(cè)(n+1)次正序諧波阻抗換流器交流側(cè)(n-1)次負序諧波阻抗以及換流器直流側(cè)n次諧波阻抗Zdcn。判斷是否滿足以下諧波不穩(wěn)定條件：(|Zac(n+1)+|+|Zac(n-1)-|)≥π29|Zdcn|]]>其中，表示換流器交流側(cè)(n+1)次正序諧波阻抗，表示換流器交流側(cè)(n-1)次負序諧波阻抗，Zdcn表示換流器直流側(cè)n次諧波阻抗。在換流母線上并聯(lián)的電容器最小容值C通過下式確定：|Zac(n+1)+||(1jω(n+1)C)+Zac(n-1)-||(1jω(n-1)C)|<π29|Zdcn|]]>其中，ω(n+1)表示換流器交流側(cè)(n+1)次正序諧波角頻率，ω(n-1)表示換流器交流側(cè)(n-1)次 負序諧波角頻率，Zdcn表示換流器直流側(cè)n次諧波阻抗。所述步驟2中，靜止無功補償器在抑制HVDC系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的同時，達到雙向調(diào)節(jié)無功功率的功能，以滿足HVDC系統(tǒng)的電壓要求。所述靜止無功補償器包括晶閘管控制電抗器TCR和晶閘管投切電容器TSC，晶閘管控制電抗器TCR和晶閘管投切電容器TSC均并聯(lián)在HVDC系統(tǒng)的換流母線上。當(dāng)換流母線電壓低于設(shè)定的運行電壓時，根據(jù)需要補償?shù)臒o功量投入相應(yīng)組數(shù)的晶閘管投切電容器TSC，并實現(xiàn)過補償容性無功，此時再利用晶閘管控制電抗器TCR調(diào)節(jié)輸出的感性無功功率抵消過補償容性無功；當(dāng)換流母線電壓高于設(shè)定的運行電壓時，則切除所有晶閘管投切電容器TSC，只留有晶閘管控制電抗器TCR運行。配置的晶閘管投切電容器TSC和晶閘管控制電抗器TCR的容量確定過程如下：換流站無功需求Qconv表示為：Qconv=NId32UVOπ·2θ+2sinα-sin2(α+θ)4(cosα-cos(α+θ))]]>其中，N為換流站中換流器的數(shù)量；Id為直流線路電流；UVO為換流器交流側(cè)空載線電壓；α為觸發(fā)角；θ為換相重疊角，表示為：θ=arccos(cosα-2XrId2UVO)-α]]>其中，Xr為換相電抗；設(shè)換流站中濾波器提供的無功為Qfilter，抑制諧波不穩(wěn)定并聯(lián)電容的容量為QC，則配置的晶閘管投切電容器TSC的容量QTSC為：QTSC＝Qconv-Qfilter-QC若將晶閘管投切電容器TSC分成M組時，則配置的晶閘管控制電抗器TCR的容量表示為：QTCR＝QTSC/M其中，QTCR為晶閘管控制電抗器TCR的容量。所述晶閘管控制電抗器TCR包括第一電抗器L1和第一晶閘管組件，所述第一晶閘管組件包括反并聯(lián)的晶閘管T1和晶閘管T2；所述第一晶閘管組件一端通過第一電抗器L1連接到 換流母線上，另一端接地。晶閘管投切電容器TSC包括補償電容C1、第二電抗器L2和第二晶閘管組件，所述第二晶閘管組件包括反并聯(lián)的晶閘管T3和晶閘管T4；所述補償電容C1的一端連接到換流母線上，另一端過第二電抗器L2連接第二晶閘管組件，第二晶閘管組件另一端接地。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供的具有無功調(diào)節(jié)功能的HVDC系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定抑制方法，從諧波不穩(wěn)定機理出發(fā)，通過改變HVDC系統(tǒng)頻率阻抗特性達到諧波抑制的目的，給出了抑制諧波不穩(wěn)定的并聯(lián)電容器最小容值確定，同時通過加裝靜止無功補償器避免了換流器換流母線交流側(cè)阻抗的改變帶來的HVDC系統(tǒng)無功功率和電壓的變化，維持了HVDC系統(tǒng)無功功率的平衡和母線電壓的穩(wěn)定。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例中用于抑制諧波的靜止無功補償器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例中HVDC系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實施例中HVDC系統(tǒng)故障后直流電壓波形圖；圖4是本發(fā)明實施例中HVDC系統(tǒng)故障后換流母線交流側(cè)二次諧波波形圖；圖5是本發(fā)明實施例中加入電容器后HVDC系統(tǒng)頻率阻抗掃描圖；圖6是本發(fā)明實施例中加入電容器前后HVDC系統(tǒng)換流母線交流側(cè)正序諧波阻抗的比較圖；圖7是本發(fā)明實施例中加入電容器后HVDC系統(tǒng)換流母線直流側(cè)電壓波形圖；圖8是本發(fā)明實施例中加入電容器后HVDC系統(tǒng)換流母線交流側(cè)二次諧波波形圖；圖9是本發(fā)明實施例中未加電容器時HVDC系統(tǒng)無功波形圖；圖10是本發(fā)明實施例中加入電容器后HVDC系統(tǒng)無功波形圖；圖11是本發(fā)明實施例中加入電容器和靜止無功補償器后HVDC系統(tǒng)換流母線直流側(cè)電壓波形圖；圖12是本發(fā)明實施例中加入電容器和靜止無功補償器后HVDC系統(tǒng)換流母線交流側(cè)二次阻抗波形圖；圖13是本發(fā)明實施例中加入電容器和靜止無功補償器后HVDC系統(tǒng)無功波形圖；圖14是本發(fā)明實施例中靜止無功補償器吸收無功波形圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明提供的具有無功調(diào)節(jié)功能的HVDC系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定抑制方法，一方面通過改變系統(tǒng)交流側(cè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的方式改變系統(tǒng)頻率阻抗特性，從而使系統(tǒng)偏離原有諧振點，達到諧波不穩(wěn)定抑制的目的；另一方面，利用無功補償裝置特性，避免系統(tǒng)交流阻抗改變帶來的系統(tǒng)無功功率以及電壓的變化。為了驗證本發(fā)明對諧波不穩(wěn)定抑制以及無功雙向調(diào)節(jié)作用的有效性，在電磁暫態(tài)仿真程序(PSCAD/EMTDC)中對HVDC系統(tǒng)進行諧波仿真分析。搭建只含直流逆變器的HVDC系統(tǒng)，將整流側(cè)用電流源代替，逆變側(cè)控制為CIGRE逆變側(cè)控制，如圖2所示。HVDC系統(tǒng)的各參數(shù)如表1所示：表1參數(shù)數(shù)值電阻R1[ohm]50電阻R2[ohm]100電阻R3[ohm]1電容C1[μF]1000電容C2[μF]397.49電容C3[μF]22.066電感L1[mH]6.347電感L2[mH]600電感L3[mH]918直流側(cè)電壓[kV]500交流側(cè)電壓[kV]230假設(shè)2s時刻在換流母線交流側(cè)A點發(fā)生三相短路，持續(xù)時間0.1s，其直流側(cè)電壓仿真波形如圖3所示，換流母線交流側(cè)電壓二次諧波波形圖如圖4所示。由圖3可以看出，2s故障后，直流電壓放大，發(fā)生嚴重畸變，且換流母線交流側(cè)二次諧波電壓振蕩無法衰減，如圖4所示，故判斷HVDC系統(tǒng)發(fā)生諧波不穩(wěn)定。在換流母線上并聯(lián)的電容器最小容值C通過下式確定：|Zac(n+1)+||(1jω(n+1)C)+Zac(n-1)-||(1jω(n-1)C)|<π29|Zdcn|]]>其中，ω(n+1)表示換流器交流側(cè)(n+1)次正序諧波角頻率，ω(n-1)表示換流器交流側(cè)(n-1)次負序諧波角頻率，Zdcn表示換流器直流側(cè)n次諧波阻抗；解得C＝34.43μF，系統(tǒng)并聯(lián)34.43μF 的電容器后的頻率阻抗掃描圖如圖5所示。考慮經(jīng)濟因素和對HVDC系統(tǒng)無功功率影響的原則，故針對HVDC系統(tǒng)并聯(lián)34.5μF的電容器，加入34.5μF的電容器后，使HVDC系統(tǒng)諧振點偏移，HVDC系統(tǒng)頻率阻抗掃描如圖6所示。圖6中實現(xiàn)為HVDC系統(tǒng)頻率阻抗掃描值，可以看出其諧振點約為100Hz；虛線為并聯(lián)電容器后HVDC系統(tǒng)頻率阻抗掃描值，可以看出其諧振點發(fā)生了偏移，且把其頻率阻抗帶入諧波不穩(wěn)定判據(jù)，此時，表明HVDC系統(tǒng)不會發(fā)生諧波不穩(wěn)定。其中，表示換流母線交流側(cè)(n+1)次正序諧波阻抗，表示換流母線交流側(cè)(n-1)次負序諧波阻抗，Zdcn表示換流母線直流側(cè)n次正序諧波阻抗。在并聯(lián)了34.5μF的電容器后，HVDC系統(tǒng)不發(fā)生諧波不穩(wěn)定，其換流母線交流側(cè)二次諧波電壓和換流母線直流側(cè)電壓波形分別如圖7、圖8所示。但是，加入34.5μF并聯(lián)電容器改變了HVDC系統(tǒng)原來的無功功率，由圖9和圖10所示，并聯(lián)34.5μF的電容器前，換流母線交流側(cè)無功功率約為30MVar，并聯(lián)34.5μF的電容器后，換流母線交流側(cè)無功功率約為530MVar，并聯(lián)34.5μF前后，換流母線交流側(cè)流過的無功功率發(fā)生了明顯的變化。當(dāng)只加入電容器時，改變HVDC系統(tǒng)交流側(cè)等值阻抗，可以達到抑制諧波不穩(wěn)定的效果，但是使交流側(cè)無功明顯增大。為此，可以加入靜止無功補償器來平衡無功功率。加入靜止無功補償器維持無功平衡。加入TCR+TSC型靜止無功補償器與并聯(lián)電容的電路后系統(tǒng)不發(fā)生諧波不穩(wěn)定，其換流母線交流側(cè)二次諧波和換流母線直流側(cè)電壓波形分別如圖11、圖12所示。此時換流母線交流側(cè)上無功變化如圖13所示，未加入該電路之前，HVDC系統(tǒng)換流母線交流側(cè)流過的無功功率約為530MVar，加入了TCR+TSC型靜止無功補償器與并聯(lián)電容的電路后，其換流母線交流側(cè)流過的無功功率約為370MVar，TCR+TSC型靜止無功補償器與并聯(lián)電容的電路起到了很好吸收無功功率的作用，且吸收了約148MVar無功功率，如圖14所示。從上述實施例可以看出，本發(fā)明可以以較小容量電容器實現(xiàn)諧波不穩(wěn)定的抑制，同時可進行無功功率的雙向調(diào)節(jié)，以滿足HVDC系統(tǒng)電壓無功的要求。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實施例依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3