兼具换相失败抑制和直流故障穿越能力的新型混合直流输电系统

To facilitate the better role of HVDC in long distance transmission area with overhead line, the operation mechanism and interaction principle of a hybrid HVDC system, which is composed of line commutated converter (LCC) at the rectifier side, and voltage source converter (VSC) in series with LCC at the inverter side, will be investigated in this project. The hybrid HVDC system, combining the advantages of current-source type LCC and voltage-source type VSC, has the ability to mitigate the commutation failure and ride-through the DC fault. In addition, it owns favorable economic advantages. Thus, the hybrid HVDC will be a good option for long distance transmission by overhead line. The main research contents are as follows: (1) develop the state-space mathematic model of series hybrid HVDC system, and investigate the steady-state operation principle and stable operation areas under different control modes and operation manners; (2) study the transient operation mechanism under AC or DC faults condition, and present the fast recovery control method after faults are cleared; (3) research the interaction principle between LCC and VSC under converter-series constraint condition at inverter side, then propose a novel index to quantitatively evaluate the interaction and present a method to optimize the capacity of LCC and VSC converters.

为促进直流输电系统在我国远距离架空线输电领域发挥更大作用，课题结合电流源型换流器LCC和电压源型换流器VSC的特点，针对整流侧为LCC换流器、逆变侧为LCC与VSC串联的混合直流输电系统的运行机理和相互影响规律展开研究，该混合直流系统兼具换相失败抑制和直流故障穿越能力，且具有良好的经济性，在远距离架空线输电场合将具有一定的应用前景。课题主要研究内容有：(1)建立串联混合直流输电系统的状态空间数学模型，研究不同控制方式和运行方式下混合直流系统的稳态运行规律和稳定运行区域；(2)研究交直流故障下串联混合直流输电系统的暂态运行机理，提出故障消除后的快速恢复控制方法；(3)研究逆变侧LCC和VSC在串联约束条件下二者的相互影响规律，提出定量评估相互作用的指标和容量配比的优化方法。

以整流侧为LCC换流器，逆变侧为LCC与VSC串联的混合直流输电系统能够结合电流源换流器LCC和电压源换流器VSC的特点，兼具直流故障穿越、换相失败抑制和投资成本低的优势，为远距离大容量架空线输电提供了一种有价值的技术方案。因此研究该混合直流输电系统的运行规律和相互作用机理，能够为混合直流输电系统在远距离架空线输电场合的应用提供可行的理论依据和技术储备。.针对串联混合直流输电系统，开展了如下相关研究。建立了串联混合直流输电系统的状态空间数学模型和仿真模型，该模型能够正确反映系统的稳态和暂态特性；分析了串联混合系统需满足的安全稳定性约束条件，提出了一种确定其稳定运行区域的计算方法；揭示了串联混合直流输电系统的直流故障穿越机理，并提出了故障后的快速重启动控制方法；针对逆变侧采用多个MMC并联与LCC串联的混合直流输电系统，提出了直流故障期间及故障后的恢复控制策略，解决了故障期间MMC电流分配不均以及故障清除后恢复过程波动大的问题；提出了一种基于运行阻抗的混合直流输电系统等值有效短路比（IESCR）指标，能够定量评估LCC与VSC交流系统强度的相互作用规律；为了进一步降低串联混合直流输电系统的换相失败概率，提出了基于晶闸管全桥子模块和基于反并联晶闸管全桥子模块的两种新型LCC拓扑；在理论研究和仿真分析的基础上，为进一步验证串联混合直流输电结构的直流故障电流阻断能力，研制了混合直流输电动模试验平台。.本课题为串联混合直流输电技术提供了模型基础，有利于开展相关的技术研究。同时对串联混合直流输电系统的稳态和暂态特性进行了较为全面的研究，揭示了其运行规律及相互作用机理。所研究的控制策略为改善系统的稳态和暂态特性，增强系统抗干扰能力提供了理论基础。所提出的定量评估指标对其他类型混合直流输电系统的相互作用机理分析也有很好的借鉴意义。同时，本课题取得的相关研究成果可为正在建设的白鹤滩水电落点苏州的混合级联直流输电工程提供有价值的理论指导和技术支撑。