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，輸配電基礎(chǔ)設(shè)施投資方面的相對落后使得現(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，亟需升級換代。然而，時間、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，計算了其理論最大傳輸功率，從功率傳輸及損耗、過負(fù)荷能力、經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性等幾個方面分析了TPS-HVDC的特性。針對TPS-HVDC不同極對換流器的要求，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)計了過渡階段具體的控制時序，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，給出了過渡階段各開關(guān)量的詳細(xì)動作時序。電流調(diào)節(jié)控制器是TWBS-HVDC穩(wěn)定運(yùn)行必不可少的一個環(huán)節(jié)，從運(yùn)行范圍、功率波動、選址三個方面對電流調(diào)節(jié)控制器進(jìn)行了分析計算，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)，給出了其不對稱調(diào)制和對稱調(diào)制兩種電壓電流調(diào)制方法，并分別計算了理論最大傳輸功率。基于調(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、過渡階段開關(guān)量動作時序進(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。設(shè)計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。通過仿真對比研究的方法，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。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)對象，建立了含TWBS-MTDC的交直流互聯(lián)仿真模型。針對交/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換流站級和閥級兩層控制方法，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，整個直流電網(wǎng)潮流的計算模型。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