本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析領(lǐng)域，具體涉及一種多橋換流器高壓直流輸電送端諧波不穩(wěn)定抑制方法。
背景技術(shù)：
：高壓直流輸電系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)直流輸電線路諧波放大、換流母線電壓畸變、變壓器中性點(diǎn)直流電流增大等現(xiàn)象，會(huì)引發(fā)送端系統(tǒng)功率振蕩和電壓振蕩，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致送端系統(tǒng)直流閉鎖，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此，研究多橋換流器高壓直流輸電系統(tǒng)送端不同工況直流偏磁下諧波不穩(wěn)定問題具有重要的意義。對(duì)于諧波不穩(wěn)定問題國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了許多研究，這些研究指出系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定主要是因?yàn)橄到y(tǒng)受到擾動(dòng)或局部諧振后產(chǎn)生一個(gè)小諧波，該小諧波又通過交直流系統(tǒng)的互補(bǔ)諧振及飽和換流變壓器的作用逐漸放大，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定。直流電流流入飽和變壓器，會(huì)產(chǎn)生大量二次諧波，且其幅度高于其他各次諧波。過去的研究均是針對(duì)6脈波換流器，基于開關(guān)函數(shù)調(diào)制理論，推導(dǎo)出適用于6脈波換流器的開關(guān)函數(shù)，進(jìn)而考慮諧波通過換流器在交直流系統(tǒng)間的交互調(diào)制，推導(dǎo)出交直流互補(bǔ)諧振判據(jù)，又考慮換流變壓器的直流偏磁推導(dǎo)出6脈波換流器直流偏磁下諧波不穩(wěn)定判據(jù)。然而實(shí)際工程中大部分使用雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器，換流橋的增加在提高系統(tǒng)輸送功率及運(yùn)行電壓同時(shí)，也改變了系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的響應(yīng)特性，且不同工況下系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定響應(yīng)特性也有差別，因此有必要對(duì)不同工況下多橋換流器直流偏磁諧波不穩(wěn)定問題進(jìn)行專門研究。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多橋換流器高壓直流輸電送端諧波不穩(wěn)定抑制方法，有效提高高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種多橋換流器高壓直流輸電送端諧波不穩(wěn)定抑制方法，包括以下步驟：步驟1：在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)通過合理安排開機(jī)數(shù)降低系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)；步驟2：當(dāng)系統(tǒng)在機(jī)組檢修以及系統(tǒng)開機(jī)數(shù)最大，也無(wú)法保證系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性要求時(shí)，則應(yīng)采用緊急情況下的諧波不穩(wěn)定抑制措施，包括：步驟2.1：通過調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭降低直流運(yùn)行電壓；步驟2.2：在采用步驟2.1后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小，則將一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器；步驟2.3：在采用步驟2.2后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小，在步驟2.2基礎(chǔ)上切除另一12脈波換流器，將系統(tǒng)從雙極運(yùn)行方式切換成單極運(yùn)行方式；步驟2.4：在采用步驟2.3后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小，則將剩余一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器；步驟2.5：在采用步驟2.4后，系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小，則將步驟2.4中切除一12脈波換流器后，剩余的12脈波換流器切除，至此系統(tǒng)完全雙極閉鎖，不再具有輸送能力。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：根據(jù)高壓直流輸電系統(tǒng)送端直流偏磁下不同工況下多橋換流器的諧波不穩(wěn)定情況，給出相應(yīng)的提高系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性的措施，能較好地抑制高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波不穩(wěn)定。附圖說明圖1為單極換流器pscad模型。圖2為雙極換流器pscad模型。圖3為本發(fā)明步驟1不同阻抗比值實(shí)例仿真。圖4為本發(fā)明步驟2.3單極和雙極換流器算例仿真。圖5為本發(fā)明步驟2.2和步驟2.4單脈波和雙脈波換流器算例仿真。圖6為本發(fā)明步驟2.1直流系統(tǒng)降壓運(yùn)行算例仿真。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明還推導(dǎo)出了諧波不穩(wěn)定判據(jù)。具體如下：一：根據(jù)開關(guān)函數(shù)理論，基于6脈波換流器的直流電壓以及交流換相電流得到6脈波換流器開關(guān)函數(shù)系數(shù)，在此基礎(chǔ)上考慮多橋換流器交流電流和直流電壓的疊加得到多橋換流器開關(guān)函數(shù)系數(shù)，包括單極單12脈波換流器、單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器。二：以單極單12脈波換流器為例說明諧波通過換流器的放大過程，推導(dǎo)出其諧波不穩(wěn)定判據(jù)以此類推出單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器的諧波不穩(wěn)定判據(jù)。三：根據(jù)步驟二提出的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，分析影響諧波不穩(wěn)定因素，進(jìn)而提出改進(jìn)措施。所述步驟一根據(jù)開關(guān)函數(shù)調(diào)制理論推導(dǎo)的換流器開關(guān)函數(shù)系數(shù)，具體包括：1.1)根據(jù)開關(guān)函數(shù)調(diào)制理論，直流電壓可看成交流電壓經(jīng)過開關(guān)函數(shù)調(diào)制而得，交流電流看成由直流電流經(jīng)過開關(guān)函數(shù)調(diào)制而得，表示為其中，ud和id為直流電壓和電流；ua、ub、uc為換流器閥側(cè)三相換相電壓；ia、ib、ic為三相換相電流；sia、sib、sic表示電流的開關(guān)函數(shù)，sua、sub、suc表示a、b、c相對(duì)應(yīng)電壓的開關(guān)函數(shù)。1.2)單極單12脈波換流器副邊三角型繞組換相電壓與副邊星形繞組換相電壓幅值相等，相角相差π/6，電流向量滿足其中，ia1為第1個(gè)換流橋a相換相電流；ia2和ib2為第2個(gè)換流橋a、b相換相電流。1.3)ud1和ud2為兩個(gè)換流橋直流側(cè)輸出電壓，則12脈波換流器直流側(cè)輸出電壓1.4)根據(jù)上述分析，得單極單12脈波換流器開關(guān)函數(shù)系數(shù)aun、ain分別為6脈波換流器電壓、電流開關(guān)函數(shù)系數(shù)，則單極單12脈波換流器開關(guān)函數(shù)系數(shù)是6脈波換流器2倍，同理得：?jiǎn)螛O雙12脈波換流器開關(guān)函數(shù)是6脈波換流器4倍，雙極單12脈波換流器電流開關(guān)函數(shù)系數(shù)和電壓開關(guān)函數(shù)系數(shù)分別是6脈波換流器的4倍和2倍，雙極雙12脈波整流器交流電流和直流電壓開關(guān)函數(shù)系數(shù)分別是6脈波換流器的8倍與4倍。所述步驟二：以單極單12脈波換流器為例說明諧波通過換流器的放大過程，推導(dǎo)出其諧波不穩(wěn)定判據(jù)，以此類推出單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，具體包括：2.1)將換流器直流側(cè)有一基頻諧波電流idc1(t)和換流器電流開關(guān)函數(shù)系數(shù)代入步驟1.1)的公式中，得到換流變壓器閥側(cè)諧波電流，并采用對(duì)稱分量法重新表示諧波電流并化簡(jiǎn)取其傅里葉分解第一項(xiàng)，可得經(jīng)換流器調(diào)制后換流變壓器閥側(cè)諧波電流2.2)考慮最嚴(yán)重情況：與同相位，且所占比值k為1，可得系統(tǒng)換流變壓器網(wǎng)側(cè)二次諧波電流2.3)換流變壓器網(wǎng)側(cè)二次諧波電壓uac2(t)的大小為2.4)電壓開關(guān)函數(shù)系數(shù)和諧波電壓代入步驟1.1)的公式中，再化簡(jiǎn)取其傅里葉分解第一項(xiàng)可得δt時(shí)間后調(diào)制回直流側(cè)諧波電壓為其中，udc1為直流側(cè)基頻諧波電壓；zdc1為直流側(cè)基頻諧波阻抗。2.5)經(jīng)過一個(gè)調(diào)制周期后，直流側(cè)的基頻諧波電流為2.6)如果表明系統(tǒng)不穩(wěn)定，按照上面的推導(dǎo)，可得單極單12脈波換流器、單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器、雙極雙12脈波換流器諧波不穩(wěn)定判據(jù)及其一個(gè)調(diào)制周期相對(duì)于6脈波換流器諧波放大倍數(shù)如表1所示。表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)所述步驟三：根據(jù)步驟二提出的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，分析影響諧波不穩(wěn)定因素，提出如下改進(jìn)措施包括，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，為了降低緊急處理措施對(duì)系統(tǒng)輸送功率的影響，通常按照故障響應(yīng)時(shí)間以及對(duì)系統(tǒng)影響程度的由小到大來安排策略。在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)通過合理安排開機(jī)數(shù)降低系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，通過仿真分析得知交流側(cè)二次諧波阻抗隨孤島運(yùn)行方式下開機(jī)數(shù)量減小而增大，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性隨著交流側(cè)二次諧波阻抗增大而降低，因此可以直通過控制最小開機(jī)數(shù)來控制系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定。但是當(dāng)系統(tǒng)在機(jī)組檢修以及系統(tǒng)開機(jī)數(shù)最大時(shí)也無(wú)法保證系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性要求時(shí)則應(yīng)采用緊急情況下的諧波不穩(wěn)定抑制措施：措施1：可以通過調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭降低直流運(yùn)行電壓，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，當(dāng)直流輸電系統(tǒng)電壓降低，即換流變壓器變比n增大時(shí)，諧波放大倍數(shù)將減小。如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓運(yùn)行。措施2：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極單12脈波和雙極單12脈波相比，其換流器經(jīng)過一個(gè)調(diào)制周期諧波放大小于雙極單12脈波換流器。如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓雙極雙12脈波運(yùn)行。措施3：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將上一步驟中切除一12脈波換流器后那極另一12脈波換流器切除，將系統(tǒng)從雙極運(yùn)行方式切換成單極運(yùn)行方式。根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極和雙極相比，其換流器經(jīng)過一個(gè)調(diào)制周期諧波放大小于雙極換流器，如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓雙極雙12脈波運(yùn)行。措施4：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將剩余一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器。如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓雙極雙12脈波運(yùn)行。措施5：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將上一步驟中切除一12脈波換流器后剩余的12脈波換流器切除，至此系統(tǒng)完全雙極閉鎖，不再具有輸送能力。下面結(jié)合具體例子對(duì)本發(fā)明方法及所能達(dá)到的技術(shù)效果進(jìn)行驗(yàn)證。一、搭建單極和雙極模型，如圖1和圖2所示。二、根據(jù)所提得單極單12脈波換流器、單極雙12脈波換流器、雙極單12脈波換流器和雙極雙12脈波換流器的諧波不穩(wěn)定判據(jù)，分析影響諧波不穩(wěn)定因素，進(jìn)行改進(jìn)。三、依次驗(yàn)證各措施的正確性。在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)通過合理安排開機(jī)數(shù)降低系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)，通過仿真分析得知交流側(cè)二次諧波阻抗隨孤島運(yùn)行方式下開機(jī)數(shù)量減小而增大，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性隨著交流側(cè)二次諧波阻抗增大而降低，因此可以直通過控制最小開機(jī)數(shù)來控制系統(tǒng)諧波不穩(wěn)定。但是當(dāng)系統(tǒng)在機(jī)組檢修以及系統(tǒng)開機(jī)數(shù)最大時(shí)也無(wú)法保證系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性要求時(shí)則應(yīng)采用緊急情況下的諧波不穩(wěn)定抑制措施，包括：措施1：可以通過調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭降低直流運(yùn)行電壓，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，當(dāng)直流輸電系統(tǒng)電壓降低，即換流變壓器變比n增大時(shí)，諧波放大倍數(shù)將減小。如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓運(yùn)行。措施2：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器，根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極單12脈波和雙極單12脈波相比，其換流器經(jīng)過一個(gè)調(diào)制周期諧波放大小于雙極單12脈波換流器。如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓雙極雙12脈波運(yùn)行。措施3：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將切除一12脈波換流器后那極另一12脈波換流器切除，將系統(tǒng)從雙極運(yùn)行方式切換成單極運(yùn)行方式。根據(jù)表1諧波不穩(wěn)定判據(jù)，單極和雙極相比，其換流器經(jīng)過一個(gè)調(diào)制周期諧波放大小于雙極換流器，如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓雙極雙12脈波運(yùn)行。措施4：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將剩余一極雙12脈波換流器切換成單12脈波換流器。如果此時(shí)系統(tǒng)諧波減小，則可在諧波完全衰減后系統(tǒng)恢復(fù)全壓雙極雙12脈波運(yùn)行。措施5：若此時(shí)系統(tǒng)諧波不衰減，但增長(zhǎng)幅度減小則應(yīng)采取進(jìn)一步措施。這時(shí)，就應(yīng)將上一步驟中切除一12脈波換流器后剩余的12脈波換流器切除，至此系統(tǒng)完全雙極閉鎖，不再具有輸送能力。分別在單極和雙極模型下進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，模型如圖1和圖2所示。系統(tǒng)交流電壓為100kv，單個(gè)6脈波換流器直流電壓為50kv，整流器采用cigre定電流控制。系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如表2所示，模型中除直流線路電感l(wèi)2以外，其他參數(shù)相同。表2參數(shù)設(shè)置r1[ohm]r2[ohm]r3[ohm]c1[uf]c2[uf]c3[uf]l1[mh]參數(shù)30301.21.001201397.4822.0676.207故障設(shè)置為，在換流站直流線路出口注入幅值為50a的基頻電流，以激發(fā)換流變壓器直流偏磁。故障設(shè)置的時(shí)序?yàn)椋?s時(shí)線路注入基頻電流，持續(xù)0.1s后切除故障。對(duì)于步驟1，本發(fā)明實(shí)例中用單極單12脈波換流器進(jìn)行驗(yàn)證。電感參數(shù)l2分別設(shè)置為750mh和550mh。在模型中對(duì)諧波阻抗進(jìn)行掃描，直流基頻阻抗分別為52.94ω和115ω，交流二次諧波阻抗為15.16ω。根據(jù)表1中單極12脈波換流器判據(jù)可得兩個(gè)算例的判據(jù)值分別為6.91和0.96。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行fft分析，如圖3所示。在諧波注入后，判據(jù)值大的系統(tǒng)交流側(cè)二次諧波電壓逐漸增加，判據(jù)值小的系統(tǒng)交流側(cè)二次諧波電壓逐漸減小，這與本發(fā)明推導(dǎo)過程及判據(jù)相符合。對(duì)于步驟2.3，本發(fā)明實(shí)例中用單極單12脈波換流器和雙極單12脈波換流器進(jìn)行驗(yàn)證。兩個(gè)模型輸送功率相同，直流線路電感l(wèi)2設(shè)置為550mh，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行fft分析，如圖4所示。在1s時(shí)向系統(tǒng)直流側(cè)中注入基頻諧波電流，系統(tǒng)交流側(cè)二次諧波增大。對(duì)于有抑制措施的系統(tǒng)在2s秒時(shí)，系統(tǒng)從雙極運(yùn)行方式切換到單極運(yùn)行方式，諧波逐漸減小，在6s時(shí)系統(tǒng)重合閘恢復(fù)雙極運(yùn)行方式，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于沒有沒有諧波抑制措施的系統(tǒng)，二次諧波電壓逐漸增大，發(fā)生諧波振蕩。對(duì)于步驟2.2和步驟2.4，本發(fā)明實(shí)例中用單極單12脈波換流器與單極雙12脈波換流器進(jìn)行驗(yàn)證。兩個(gè)模型輸送功率相同，直流線路電感l(wèi)2設(shè)置為150mh，所得換流器交流母線二次諧波電壓仿真結(jié)果如圖5所示。在1s時(shí)向系統(tǒng)直流側(cè)中注入基頻諧波電流，系統(tǒng)交流側(cè)二次諧波增大。對(duì)于有抑制措施的系統(tǒng)在2s秒時(shí)，系統(tǒng)從雙12脈波運(yùn)行方式切換到到單12脈波運(yùn)行方式，諧波逐漸減小，在12s時(shí)系統(tǒng)重合閘恢復(fù)雙12脈波運(yùn)行方式，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于沒有諧波抑制措施的系統(tǒng)，二次諧波電壓逐漸增大，發(fā)生諧波振蕩。對(duì)于步驟2.1，本發(fā)明實(shí)例中用單極單12脈波換流器進(jìn)行驗(yàn)證，直流線路電感l(wèi)2設(shè)置為750mh。通過調(diào)節(jié)換流變壓器分接頭實(shí)現(xiàn)直流系統(tǒng)70％降壓運(yùn)行，所得換流器交流母線二次諧波電壓仿真結(jié)果如圖6所示。在諧波注入后，全壓運(yùn)行系統(tǒng)產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，交流側(cè)二次電壓逐漸增加，這與本發(fā)明推導(dǎo)過程及判據(jù)相符合。70％降壓運(yùn)行后諧波逐漸減小，系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定，由此可見直流降壓運(yùn)行工況系統(tǒng)諧波穩(wěn)定性高于全壓運(yùn)行工況。當(dāng)前第1頁(yè)12