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随着基于电网换相换流器型高压直流输电(Line Commutated Converter based High Voltage Direct Current,LCC-HVDC)系统(根据LCC的运行原理可视为电流源换流器)被广泛应用于远距离大容量输电场合,由多条LCC-HVDC彼此落点接近所构成的多馈入直流输电系统已在电网中形成。近年来,随着电压源换流器型高压直流输电(Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current,VSC-HVDC)技术的迅猛发展,VSC-HVDC被广泛应用于新能源送出及电网互联等领域。当VSC-HVDC在电气距离上与LCC-HVDC彼此接近时,便构成了混合多馈入直流输电系统。混合多馈入直流输电系统中电流源和电压源换流器在运行原理和控制特性上存在显著差异,两者存在电气和控制上的紧密耦合,对电网的安全稳定控制提出了新的挑战。因此,需深入分析混合多馈入直流输电系统中VSC-HVDC和LCC-HVDC的交互作用机理。本文以混合双馈入直流输电系统为例,对混合双馈入直流输电系统中电流源和电压源换流器的交互作用机理进行了深入研究。(1)混合双馈入直流输电系统的稳态运行极限在假设控制系统具有理想动态调节特性的条件下,分析混合双馈入直流输电系统中 VSC-HVDC(LCC-HVDC)对 LCC-HVDC(VSC-HVDC)稳态运行极限的影响,是研究混合双馈入直流输电系统中电流源和电压源换流器交互作用机理的重要内容之一。论文首先推导了混合双馈入直流输电系统的稳态数学模型,并对比分析了采用定有功-定无功和定有功-定交流电压控制模式的VSC-HVDC子系统对LCC-HVDC子系统最大传输功率极限的影响,结果表明:1)VSC-HVDC子系统采用定有功-定交流电压控制时相比定有功-定无功控制,能够有效提升LCC-HVDC的有功功率传输极限;2)随着混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC所占容量配比的提升,或两者之间电气距离的减小,LCC-HVDC能够传输更多的有功功率。此外,提出了一种确定混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC子系统稳态运行范围的计算方法,在此基础之上对比分析了 LCC-HVDC子系统不同控制模式对VSC-HVDC子系统稳态运行范围的影响,结果表明:1)当交流系统相对较弱或VSC在混合双馈入直流输电系统中所占容量配比相对较小时,从改善VSC-HVDC子系统稳态运行范围的角度考虑,LCC-HVDC子系统适宜选取定电流-定关断角或定电流-定直流电压控制模式;2)LCC-HVDC与VSC-HVDC之间的电气距离主要影响VSC-HVDC子系统的无功功率运行区间。(2)VSC-HVDC子系统控制回路的交互作用针对单馈入VSC-HVDC子系统,首先,建立了定有功-定无功控制模式和定有功-定交流电压控制模式下VSC-HVDC的多输入-多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)传递函数模型,研究了 VSC有功功率控制回路、无功功率控制回路、锁相环和交流电压控制回路的理论稳定极限,研究结果表明:1)锁相环控制回路与有功功率控制回路的交互作用,降低了后者的理论稳定极限;2)无功功率控制回路与有功功率控制回路的交互作用,对有功功率控制回路的理论稳定极限无影响(VSC无功功率参考值Qref=0p.u.);3)交流电压控制回路与有功功率控制回路的交互作用,能有效提升有功功率控制回路的理论稳定极限。然后,分析了 VSC不同独立控制回路被控对象的零点分布规律,分析结果表明:1)VSC整流模式下的有功功率控制回路以及逆变模式下的无功功率和锁相环控制回路受右半平面(Right Half Plane,RHP)零点限制,存在高增益不稳定现象;2)交流电压控制回路在VSC两种运行模式下均不受RHP零点限制,具有较强的小干扰稳定性。其次,定义了 VSC不同控制回路的交互因子,并分析评估了不同控制回路交互作用的强弱及其对VSC-HVDC系统小干扰稳定性的影响规律,结果表明:1)逆变模式下,过高的锁相环和无功功率控制带宽将导致VSC-HVDC系统失稳;2)整流模式下,过高的交流电压控制带宽会导致VSC-HVDC系统失稳。最后,针对VSC逆变站在连接弱交流系统工况下,受锁相环控制回路RHP零点限制而存在的高增益不稳定问题,提出了一种频率同步控制方法,可有效增强VSC-HVDC系统在弱交流电网工况下的小干扰稳定性。(3)LCC-HVDC子系统控制回路的交互作用针对单馈入LCC-HVDC子系统,首先,分析了定直流电流-定关断角和定直流电流-定直流电压控制模式下LCC-HVDC系统的理论稳定运行极限,并推导建立了两种控制模式下LCC-HVDC的多输入-多输出传递函数模型。然后,分析了 LCC不同独立控制回路被控对象零点随交流系统强度变化的分布规律,研究结果表明:1)在强交流系统工况下,关断角控制回路,直流电压控制回路不受RHP零点限制,控制器带宽理论上不受限且不存在高增益不稳定问题;2)而在弱交流系统工况下,关断角及直流电压控制回路的被控对象均存在RHP零点,过高的控制器增益(带宽)将导致相应控制回路失稳;3)锁相环受RHP零点影响存在受限的控制带宽,且随着交流系统的减弱锁相环允许达到的控制带宽越小。最后,定义了 LCC不同控制回路的交互因子,并分析评估了不同控制回路交互作用的强弱及其对LCC-HVDC系统小干扰稳定性的影响规律,研究结果表明弱交流系统工况下,过高的PLL控制带宽将导致LCC-HVDC系统失稳。(4)混合双馈入直流输电系统中VSC-HVDC与LCC-HVDC的交互作用首先,推导建立了混合双馈入直流输电系统的等值单馈入VSC-HVDC模型和等值单馈入LCC-HVDC模型,在此基础之上建立了等值单馈入模型的等效单输入-单输出(Single Input Single Output,SISO)传递函数模型,并与 PSCAD/EMTDC 详细电磁暂态仿真模型进行对比,验证了等值单馈入模型的准确性。然后,基于建立的混合双馈入直流输电系统的等值单馈入模型,分析了 VSC-HVDC子系统与LCC-HVDC子系统的交互作用规律,结果表明:1)削弱VSC-HVDC或LCC-HVDC所连接的交流系统强度,将导致混合双馈入直流输电系统的小干扰稳定裕度和鲁棒性降低;2)针对VSC-HVDC子系统,适当增大VSC逆变站的有功功率控制器、内环电流控制器和锁相环的带宽,或适当减小无功功率控制器的带宽能够在一定程度上改善混合双馈入直流输电系统的小干扰稳定裕度和鲁棒性;3)针对LCC-HVDC子系统,适当减小LCC逆变站的关断角控制器和锁相环的带宽,同样能够在一定程度上改善混合双馈入直流输电系统的小干扰稳定裕度和鲁棒性。最后,针对交流系统强度对混合双馈入直流输电系统小干扰稳定性的影响,给出了一种混合双馈入直流输电系统的控制参数优化方法,能够有效改善系统在弱交流系统工况下的小干扰稳定性。