輸電線路交改直的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、伴隨著電力負(fù)荷需求的快速增長(zhǎng)，輸配電基礎(chǔ)設(shè)施投資方面的相對(duì)落后使得現(xiàn)有的交流線路傳輸容量已難以滿足發(fā)展要求，部分輸電線路已接近飽和，亟需升級(jí)換代。然而，時(shí)間、費(fèi)用和土地資源等限制增加了新建線路走廊的困難和不可行性。因此，有必要選擇其他有效的途徑對(duì)現(xiàn)有交流線路進(jìn)行改造以提升其輸電容量。將交流線路改造成直流線路（交改直）的方式能夠較大程度地提升現(xiàn)有輸電線路的輸電容量，還具有快速控制運(yùn)行特性和分割電力網(wǎng)絡(luò)的能力，能夠有效緩解交流系統(tǒng)存在的一些

2、固有缺陷，具有較好的應(yīng)用前景。然而，目前涉及到交改直技術(shù)的文獻(xiàn)較少，因此對(duì)其進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究具有工程意義。本文主要圍繞輸電線路交改直技術(shù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)展開。主要工作如下:
　　(1)研究了適用于架空線路改造的基于三極結(jié)構(gòu)的直流輸電(Tripole Structure basedHVDC，TPS-HVDC)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及與其運(yùn)行相關(guān)的部分特性，比較分析了換流器的運(yùn)行要求與組合方式，給出了兩種典型的TPS-HVDC方案。研究了T

3、PS-HVDC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)和電流調(diào)制方式，計(jì)算了其理論最大傳輸功率，從功率傳輸及損耗、過(guò)負(fù)荷能力、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等幾個(gè)方面分析了TPS-HVDC的特性。針對(duì)TPS-HVDC不同極對(duì)換流器的要求，給出了多種可行的換流器組合方式。提出了兩類典型的TPS-HVDC方案:1）基于電網(wǎng)換相換流器(Line Commutated Converter，LCC)的TPS-HVDC;2）基于模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Co

4、nverter，MMC)的TPS-HVDC?；趦深惙桨傅牟煌攸c(diǎn)，分別提出了協(xié)調(diào)控制方法與附加控制策略，用于滿足過(guò)渡階段電壓電流的順利轉(zhuǎn)換，并維持此階段直流傳輸功率的穩(wěn)定。
　　(2)提出了適用于架空線路改造的基于三線雙極結(jié)構(gòu)的直流輸電(Three-Wire BipoleStructure based HVDC，TWB S-HVDC)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了過(guò)渡階段具體的控制時(shí)序，分析并提出了電流調(diào)節(jié)控制器的運(yùn)行特性和拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)方式。詳細(xì)分析

5、了TWBS-HVDC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理，計(jì)算了其理論最大傳輸功率，在分析等效電路運(yùn)行特性的基礎(chǔ)上，給出了過(guò)渡階段各開關(guān)量的詳細(xì)動(dòng)作時(shí)序。電流調(diào)節(jié)控制器是TWBS-HVDC穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)，從運(yùn)行范圍、功率波動(dòng)、選址三個(gè)方面對(duì)電流調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行了分析計(jì)算，比較分析了兩種可行的拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)形式，并提出了其過(guò)流保護(hù)策略和控制策略。
　　(3)提出了適用于交流電纜改造的基于方波交流結(jié)構(gòu)的直流輸電(Square Wave ACbas

6、ed HVDC，SWAC-HVDC)系統(tǒng)，給出了其不對(duì)稱調(diào)制和對(duì)稱調(diào)制兩種電壓電流調(diào)制方法，并分別計(jì)算了理論最大傳輸功率?；谡{(diào)制方法的分析，給出了SWAC-HVDC兩種可行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，重點(diǎn)對(duì)三相雙極式方波交流輸電(Three-Phase Bipole Type SWAC-HVDC，TPBT-SWAC-HVDC)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行原理、過(guò)渡階段開關(guān)量動(dòng)作時(shí)序進(jìn)行了分析研究。比較分析了TPBT-SWAC-HVDC內(nèi)適用于并聯(lián)線路上電流分配的兩

7、種可行方案，給出了可變電阻器的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)了可變電阻器的阻值分布及其具體的實(shí)現(xiàn)形式。
　　(4)基于TPS-HVDC和TWBS-HVDC，提出了兩種交流線路改造成多端直流(Multi-Terminal HVDC，MTDC)輸電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方案，為更大范圍的功率傳輸提供了技術(shù)支持，有利于電網(wǎng)輸電能力的進(jìn)一步提升，緩解電能輸送瓶頸。通過(guò)仿真對(duì)比研究的方法，研究了基于TPS-HVDC技術(shù)的MTDC和基于TWBS-HVDC技術(shù)的MTDC在

8、通信要求、控制協(xié)調(diào)、過(guò)渡階段影響范圍等方面的差異性，指出了TWBS-HVDC技術(shù)在交改直構(gòu)成MTDC方面的優(yōu)勢(shì)。將新英格蘭10機(jī)39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為被改造的交流電網(wǎng)對(duì)象，建立了含TWBS-MTDC的交直流互聯(lián)仿真模型。針對(duì)交/直流故障，研究并且分析了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
　　(5)針對(duì)采用架空線路輸電的TWBS-HVDC和單/雙極HVDC，提出了一種基于LCC和混雜式MMC(FBSM and HBSM based hybrid MMC，

9、FH-MMC)的混合型直流輸電系統(tǒng)。詳細(xì)描述了FH-MMC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析了FH-MMC在穩(wěn)態(tài)和直流故障下的運(yùn)行特性。根據(jù)送端交流系統(tǒng)故障電壓跌落特性分析，給出了一種橋臂子模塊數(shù)的配置方法，使得FH-MMC能夠在滿足各方面運(yùn)行要求的前提下，盡量達(dá)到投資少，損耗低的效果。研究了混合型直流輸電系統(tǒng)的控制特性，提出了FH-MMC換流站級(jí)和閥級(jí)兩層控制方法，重點(diǎn)研究了子模塊電容電壓平衡策略和子模塊觸發(fā)選擇流程，以維持暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)下FH-MMC的正

10、常工作，同時(shí)降低開關(guān)損耗。
　　(6)提出了MTDC在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜（形成直流電網(wǎng)），且含有潮流控制器的情況下，整個(gè)直流電網(wǎng)潮流的計(jì)算模型。在比較和分析了現(xiàn)有潮流控制器優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的電流潮流控制器(Current Flow Controller，CFC)。介紹了CFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本工作特性，從支路電流同為正向，同為反向和不同向三個(gè)方面詳細(xì)研究了CFC的運(yùn)行原理，并總結(jié)得出了CFC九種運(yùn)行工況。給出了CFC的控