高压直流互联性电网发展文献综述

高压直流互联性电网发展文献综述

Literature review on the development of HVDC interconnected power system

学生姓名：侯亚东

学生学号：1422060213

专业名称：自动化

班级名称：14及自动化2班

控制与机械工程学院

2017年1月11日

第一章研究的目的和意义 (1)

1.1直流输电电网发展前景 (1)

1.1.1高压直流输电的优势 (1)

1.1.2直流输电设备各国百花齐放 (1)

1.2直流输电技术 (1)

1.2.1关于高压直流输电两大技术 (1)

第二章国内外研究状况和发展趋势 (3)

2.1高压直流输电系统分析 (3)

2.2暂态保护分析 (3)

2.4高压直流输电仿真 (4)

2.5混合型高压直流输电系统拓扑与仿真 (4)

2.6特高压交、直流输电的适用场合及其技术比较 (5)

2.7交直流混合运行出现的问题 (5)

第三章结论 (7)

参考文献 (8)

第一章研究的目的和意义

1.1直流输电电网发展前景

1.1.1高压直流输电的优势

中国的能源分布和电网结构决定了高压直流输电具有广阔的应用前景。我国电网面临空前发展的局面.由于直流输电具有送电距离远、送电容量大、控制灵活等特点,因此在运、在建及规划建设中的直流输电工程已经和即将在西电东送、南北互供中承担主要送电任务,在未来全国联网中发挥重要作用.做好直流输电的研究、规划和建设是今后一段时间我国电网发展的重要任务。无论是能源电力战略转型与结构调整，大规模新能源发电接入电网，还是构建全球能源互联网，都需要有经济高效的远距离、大容量电力输送手段，而高压/特高压直流输电、柔性直流输电正是其中最为关键的技术支撑。与交流输电相比，直流输电具有输送容量大、送电距离远、电网互联方便、功率调节容易、线路走廊窄等诸多优点，因此，在远距离电能传输、非同步电网互联、分布式能源接入电网、海岛供电，以及大城市中心区域电缆供电等领域具有明显优势。

1.1.2直流输电设备各国百花齐放

当前，“全球能源互联网”概念方兴未艾，高压直流输电技术研究和工程实践十分活跃，尤其是在中国、印度、南美、欧盟等。近日，来自12个国家的300多名专家聚焦高压大功率电力电子器件、直流输电装备、常规高压/特高压直流输电、柔性直流输电、直流输电系统与运行、特高压直流输电、柔性直流输电、直流输电装备等方向，旨在推荐高压直流输电技术在世界范围内的研究和应用。

1.2直流输电技术

1.2.1关于高压直流输电两大技术

高压直流输电技术在长距离跨区电能的传输、异步电网的互联、弱电网的电能输送等领域开展了广泛的应用，换流阀技术是高压直流输电技术的关键核心。目前，高压直流输电换流阀技术分为两大类，一类是应用LCC技术的换流阀，一类是应用VSC技术的换流阀。查鲲鹏表示，中国在运行中的超高压/特高压直流输电工程大部分应用的是LCC技术的换流阀，现有LCC的换流阀已到达±800千伏/5000安培的技术指标。在现有±800千伏/5000安培技术的基础上，将进一步开发±1100千伏/5500安培与±800千伏/6250安培两种技术规格。VSC换流阀技术是新一代换流阀技术，其在新能源并网、海岛电网输电等领域上具备巨大的优势。使用该项技术的换流阀已经在上海南风工程、浙江舟山工程、福建厦门工程成功应用，未来更高电压、更大容量的换流阀将在2017年豫鄂背靠背等工程中应用。

如今，特高压、大容量的输电特性对换流变压器提出了很高的工艺要求，因此采用

多端的特高压直流输电技术就成了解决上述问题的一种方案，多端特高压直流输电技术还具备运输方式多样、灵活的输电特点。瑞士ABB中国电网项目开发经理王卫国介绍了ABB公司的特高压多端直流输电及柔性直流电网的发展：ABB公司通过逆导IGBT概念形成的双模式绝缘栅晶体管BIGT技术会进一步使得VSC换流阀达到3000安培/800千伏的技术指标。目前ABB公司已具备生产525千伏直流电缆的能力，下一步将研发更大容量的，电压等级达到600千伏至800千伏的直流电缆。

第二章国内外研究状况和发展趋势

2.1高压直流输电系统分析

我国电网正处于高速发展时期，目前已经进入从大区性电网向全国性互联电网过渡的阶段，随着高压直流输电技术在我国的广泛应用和西部大开发战略中各项西电东送工程、全国联网工程的实施，直流输电技术将在西电东送和全国联网中起着主导作用。与此同时，高压直流输电技术的广泛应用也将带来一系列技术和管理上的问题，比如直流系统对所连交流系统发生的故障非常敏感，交流系统的动态行为会对整个互联电网的稳定运行产生重要的影响；直流输电一个显著的特点就是其高度可控性，对其基本控制策略和各基本控制方式的配合以及对电压和功率在大扰动后恢复的影响进行研究很有必要。另外，交直流系统其相互作用的性质和相关问题在很大程度上取决于交流系统相对直流输电容量的强弱程度，受端为弱交流系统的HVDC很容易产生运行上的问题。因此，开展直流输电系统上述环节的研究工作是很有必要的，掌握直流系统的运行特性和规律不仅对于保证整个系统的安全稳定运行和充分发挥其输电的潜力有着重要意义，也是当前电力系统研究的当务之急。本文以国际大电网会议(CIGRE)提出的高压直流输电系统的标准模型为研究对象，采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC，做了大量的仿真试验。主要做了以下工作：一、基于电磁暂态分析程序PSCAD/EMTDC，研究了所用的模型系统运行中交流系统发生各种故障时直流输电系统的动态特性以及故障恢复情况，仿真表明在系统发生单一故障时可以在短时间内恢复到正常运行。二、研究了造成直流输电换相失败的原因、影响换相失败的各种因素及避免换相失败的措施。重点分析了影响换相失败的各个因素之间的关系以及对换相失败的影响程度。三、介绍了HVDC控制系统的结构、各模块的功能，并详细说明直流输电系统换流站上的基本控制方式。以CIGRE直流输电标准测试系统为模型，研究了其各控制器的结构和功能，做出了其稳态时的响应特性，进一步说明直流输电控制设备的控制策略和性能，并对系统出现不同故障时其控制策略进行了分析。简单阐述了直流输电系统基本控制方式大扰动后对电压和功率恢复的影响比较。四、提出联于弱交流系统比较容易出现的一些问题，如换相失败、电压稳定性以及故障后系统恢复情况等。分析了在受端交流系统较弱的直流系统中，容易发生换相失败的机理。以CIGRE标准系统为模型，通过改变逆变端不同短路比时对系统动态稳定进行了仿真测试，并对交流母线上不同无功补偿装置对弱交流系统运行和故障恢复的影响进行了仿真分析，提出了解决弱交流系统问题的一些方法。[1][8][9]

2.2暂态保护分析

现时高压直流输电线路保护广泛采用ABB或西门子保护方案和配置。通过对ABB和西门子行波保护动作特性仿真结果分析及运行经验表明，二者保护方案无法可靠、灵敏地