交直流混联大电网多直流系统间谐波相互作用机理的研究

随着坚强国家电网的建设，我国必将成为世界上最为复杂的含高压/特高压直流输电的交直流混联超大规模电网。科学的谐波分析方法与手段对交直流混联电网安全稳定运行具有重要的意义，能为谐波抑制、滤波装置配置和继电保护整定配合以及谐波不稳定分析提供理论依据和强有力分析工具。因此，本项目拟在建立综合考虑直流控制系统动态特性和换流器开关动态特性的精细化换流器动态模型的基础上，基于交流电网等值谐波网络，构建交直流混联电网谐波定量解析分析计算模型；通过模型的代数解析，探明交直流混联电网多直流系统间谐波相互作用机理；建立计及多直流系统间谐波相互作用的换流器等值谐波阻抗计算方法及交直流混联电网谐波不稳定问题的研究方法；建立直流系统谐波保护整定配合原则的理论；利用2010年南方电网详细电磁暂态仿真模型实现理论研究成果验证。从而创立交直流混联电网谐波分析计算的系统理论和实用方法，突破目前直流输电系统谐波研究方法的局限性

在含多直流馈入的交直流混联大电网中，交直流系统间以及各馈入直流系统间存在极其复杂的故障相互作用关系。本课题围绕交直流系统间故障相互作用分析计算方法及其应用开展研究工作，主要研究成果如下：.1．在分析交流系统各种故障下换流器动态开关特性基础上，结合直流控制系统的故障响应特性，建立了适用于交直流输电系统故障分析和谐波计算的直流系统等值模型。该模型反映了各种运行工况下由直流系统决定的直流系统注入交流系统电流的工频及各次谐波分量与换流母线电压的工频及各次谐波分量之间的关系，解决了交流电网故障时交直流系统的接口问题。.2．基于计及直流控制特性的直流系统等值模型，结合受端电网的拓扑结构和交流不对称故障的边界条件，提出了一种多直流馈入交流电网故障分析和谐波计算方法。所提方法充分计及了交直流系统间以及各直流系统间的故障相互作用关系，并且可以通过计及幅值较大的非特征谐波来提高故障分析计算的精度。.3．基于谐波经换流器及饱和换流变压器在交流侧和直流侧的闭环传变特性，提出了一种换流变压器铁心饱和型谐波不稳定判据。并基于该判据，对换流器运行参数、换流变压器参数和交直流系统等值阻抗等影响因素进行了理论分析。该判据简单，物理意义清晰，参数易得，且可定量评估换流变压器铁心饱和型谐波不稳定发生的程度。.4．针对直流保护逻辑中存在识别换流阀故障和交流不对称故障的难题，分别研究了换流阀故障和交流不对称故障导致换流器电流开关函数产生工频负序分量的机理，提出了一种利用两种故障换流站6脉动换流器电流开关函数工频负序分量幅值比的不同来识别不同故障的新方法。该方法不仅能正确识别换流阀故障和交流不对称故障，而且能实现换流阀故障时故障桥的定位。.5．在交直流互联电网中，交流电网故障引发的直流换相失败可导致交流保护不正确动作。为此，建立了换相失败情况下逆变器的开关函数模型和直流电流暂态变化模型；根据调制理论及卷积定理，推导出了换相失败情况下直流系统的等值工频及工频变化量电流的动态相量模型；通过分析表明该等值工频及工频变化量电流的变化特性有别于纯交流系统，可能造成交流电网故障引发换相失败时交流电网保护的不正确动作；结合两种具体的交流电网保护，揭示了直流换相失败导致交流电网保护不正确动作的机理。