含串补的高压直流输电系统稳定性及振荡抑制策略研究

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近年来随着中国“西电东送”战略的不断推进,适合大容量、远距离输电的高压直流输电技术得到了广泛应用,在中国西部能源外送方面发挥着越来越重要的作用。串联电容补偿技术可显著提高线路输送能力,在远距离输电中得到了广泛应用,但同时存在诱发次同步振荡的风险,对电力系统的安全运行构成了极大的威胁。本文以含串补的电网换相换流器高压直流(Line-commutated converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)系统为对象,从LCC-HVDC系统阻抗模型建立、稳定性影响因素分析、振荡抑制措施三个方面进行了研究。建立了考虑频率耦合效应的含串补的LCC-HVDC系统等效阻抗模型,基于此模型对系统稳定性影响因素进行分析,并提出了一种有效的振荡抑制方法。首先,基于开关函数法以包含LCC整流电路、锁相环、控制系统、串补线路、交直流滤波器和交流电网等重要组成部分在内的LCC-HVDC系统为对象,建立了考虑频率耦合效应的含串补的LCC-HVDC系统交流等效阻抗模型。采用频率扫描的方法在MATLAB仿真模型中对LCC-HVDC系统的交流阻抗进行扫描计算,对含串补的LCC-HVDC系统阻抗解析模型的准确性进行了验证。结果表明,所建立的阻抗模型能够准确表征LCC-HVDC系统的阻抗特性。其次,分析了锁相环带宽、直流电流环参数、串补度、输送功率等不同因素对LCC-HVDC系统交流等效阻抗的影响。基于所建立的数学模型,分析了LCCHVDC系统稳定性的影响因素,并通过仿真验证了分析结果的正确性。研究结果表明输送功率越大,系统越稳定;串补度减小,系统相位裕度随之减小,系统的振荡风险增大;直流电流环控制器积分系数增大,系统振荡风险加大。最后,针对LCC-HVDC系统提出振荡抑制方法,并基于阻抗模型和MATLAB仿真模型验证了振荡抑制方法的有效性。提出了一种在触发角生成环节中对振荡频率分量信号进行阻断的振荡抑制方法,并对振荡抑制控制器参数进行了设计。同时基于阻抗模型和仿真模型对加入振荡抑制方法后的LCC-HVDC系统的稳定性进行了分析并验证。研究结果表明,所提出的振荡抑制方法能够提高振荡抑制目标频率段内LCC-HVDC系统的相位裕度,提高系统稳定性。
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