（电力系统及其自动化专业论文）上海电网多直流落点系统稳定性研究.pdf

浙江大学硕士学位论文摘要 4 利用p s s e 的动态仿真功能对上海电网2 0 1 2 年丰大方式的暂态稳定性进 行了仿真计算与分析。给出计算所采用的基本约定和数学模型，以及考察系统安 全稳定性的判据。描述了规划中上海电网的4 回直流落点的情况和2 0 1 2 丰大方 式的基本特征。在此基础上，利用n - 1 规则重点研究了上海电网及其附近交流系 统发生单一故障和严重故障对，交直流系统相互作用对直流换相失败的影响，以 及直流系统故障时系统电压和频率的变化，分析了各种故障情况下交直流系统各 自的响应特性以及上海电网的安全稳定性，从中得出一些规律性的结论。 关键词：h v d c ；多回直流落点；m i d c ：换相失败；交直流相互作用；换 流器模型：准稳态模型；p s s e ；交直流系统仿真；机电暂态；上海电网；暂态 稳定性 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t r a n s i e n ts t a b i l i t ya n a l y s i so fs h a n g h a ip o w e rg r i dw i t h m u l t i p l eh v d cl i n k s a b s t r a c t h v d cs y s t e m sh a v ee v i d e n c ea d v a n t a g ei nl o n gd i s t a n c eb u l kp o w e rt r a n s m i s s i o n s oi th a s p l a y e da ni m p o r t a n tr o l ei i lt h ea p p l i c a t i o no f n a t i o n - w i d ep o w e rg r i di n t e c o n n o c t i o na n dc h i n a s p o w e rt r a n s m i s s i o nf r o mt h ew e s tt ot h ee a s lw i t ht h ei n c r e m e n to fp o w e rt r a n s m i s s i o n ，t h e s e c u r i t ya n ds t a b i l i t yp r o b l e mh a sa p p e m di nc e n a 缸a cs y s t e mw i l hm u l t i - i n f e a dh v d c t h i s t h e s i sf o c u s e so r lt h ea n a l y s i so f i r a u s i e n ts t a b i l i 哆o fs l m s l l a ip o w e rg r i dw i t l lf o u rh v d cl i n k s t e r m i n a t i n g i ni t , b y u s i n gt h ep o w e rs y s t e ms i m u l a t i o ns o f t w a r ep s s e ， t h ec h a r a c t e r i s t i c so f i - i v d ct r a u s m i s s i o nt e c h n o l o g ya n dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no f t h ep o w e r s y s t e md e v e l o p m e n ti nc h i n aa r ed i s c u s s e d f o rl o n gd i s t a n c eb u l kp o w e rt r a n s m i s s i o nf r o mw e s t c h i n at oe a s tc h i n a , t h e r ew i l lb el n o f ea n de b d e eh v d cl i n k sf e e d i n gp o w e rt od i f f e r e n tp o i n t si n as a m es y n c h r o n i z e da cn e t w o r k , a n ds u c hs i t u a t i o nm a ya f f e c tt h es e c l l i ea n ds t a b l eo p e r a t i o no f a cn e t w o r kt h ec o m p l i c a t e da c d ca n dd c d cs y s t e mi n t e r a c t i o n su n d e rl a r g ed i s t u r b a n c e si n m u l t i - i n f e e dh v d cs y s t e m sa r ed i s c u s s e d a n dt h ec a t l sl e a d i n gt oc o m m u t a t i o nf a i l u r e si na m u l t i - i n f e e dh v d c s y s t e ma l eg i v e n d u et ot h ed i s a d v a n t a g e so fe x i s t e dh v d cm o d e l ，i ti s p r o p o s e dt h a th y b r i ds i m u l a t i o nm e t h o d sc a nb e u s e di na n a l y z i n gt h et r a n s i e n ts t a b i l i t yo f m u l t i - i n f e e dh v d c s y s t e m s t h em a t h e m a t i c a lm o d e l sf o re l e c t r o m e e h a n i c a lt r a n s i e n ts i m u l a t i o no fa c d cp o w e r s y s t e m sa r es t u d i e d t ob u i l dc o l t e c tm o d e l so fh v d cs y s t e m ，t h ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h eq s s m o d e la n dt h ec l a s s i c a lm o d e lo fd cc o n v e r t e r sa r ea n a l y z e d a c c o r d i n gt ow h e t h e rc o n s i d e r i n g t h ei n d u c t i v et r a n s i e n tp r o c e s s e si nd ct r a n s m i s s i o nl i n ea n dt h ed y n a m i cc h a m e t e r i a t i c so ft h e m g hf r e q u e n c yd cc o n t r o l l e r0 1 n o t t h eh v d cm o d e l sc a l lb ec l a s s i f i e di n t ot w ok i n d s ：h v d c r e s p o n s em o d e la n dh v d c d e t a i lm o d e l a n dt h ev a l i d i t yo ft h e s eh v d cm o d e l si sd i s c u s s e d n eh 、，d cm o d e l si np s s ea r ec l a s s i f i a da n dd e s c r i b e di nd e t a i l a i s o t h em o d e l sf o re x c i t a t i o n s y s t e m s ，t h et u r b i n e sa n dg o v e r n i n gs y s t e m s ，l o a da r es t u d i e d b a s e do nt h o s e ，t h es u i t a b l em o d e l s c a nb es e l e e t e x lf o rt h et r a n s i e n ts t a b i l i t ya n a l y s i so fl a r g e - s c a l ea d d cp o w e rs y s t e m ss u c ha s s h a n # m ip o w e r 嘶dw i t hf o u rh v d cl i n k s p s s ei st h ev e r yp o w e r f u ls o f t w a r ew h i c hu s e df o re l e c t r o m e c h a r t i c a it r a n s i e n ts i m u l a t i o n a st h es i m u l a t i o nt 0 0 1o f t h i st h e s i s t h em a u lf a c t i o i l sa n dc h a r a c t e r i s t i c so f p s s 厄a r ed i s c u s s e d p s s eh a st w op r i m a r ys i m u l a t o r s ，e n ef o rs t e a d y s t a t ea n a l y s i s ( p o w e rf l o wc a l c u l a t i o n ) a n do d e f o rd y n a m i cs i m u l a t i o n t h ew o r k i n gf i l es t r u c t u r ea n dt h ei n p u tf o r m a to fp o w e rf l o wd a t aa n d m 一 浙江大学硕士学位论文a b s t r a c t d y n a m i cm o d e ld a t aa r ep r e s e n t e d i p l a ni sap r o g r a m m i n gl a n g u a g ed e s i g n e dt ob eu t i l i z e da s a ne n h e n l 赶l tt op s s e i p l a no f f e r sm o d e r nc o n t r o lf l o wa l o n gw i t har i c hs e to fe x p r e s s i o n o p e r a t o r s o np s s ep l a t f o r m , t a k i n gt h ey e a ro f2 0 1 2a st h et a r g e ty e a r , t h es t a b i l i t yo fs h a n g h a i p o w e r 班dw i t hf o u rh v d c l i n k su n d e rd i f f e rf a u l t so c c u r r e di na ca n dh v d cs y s t e m si s a n a l y z o d t h ei n t e r a c t i o no fa c d cs y s t e md u r i n ga cs y s t e mf a u l ta n db i p o l “b l o c ko fe a c h h v d cl i n ki sa n a l y z e c la n dt h er e c o v e r yc h a “k 自目蜘c so fd ct r a n s m i s s i o nl i n e sw i t h i nt h e m u l t i - i n f e e dh v d cs y s t e m sa r ca l s or e s e m c h e d t h r o u g ht h ec o m p a r i s o na n da n a l y s i st h e c o n s e q u e n c e so f t h e 鞭懈f a u l t si n s i d ea n dn e a r b ys h a n g h a ip o w e rg r i d , t h ew e a ka l e ai sp o i n t e d o u t t h er e s u l t ss h o wt h a tt l l es y s t e mi ss t a b l ei f a n ys i n g l ee i r e n i to f s h a n g h a i5 0 0 k v 鲥di st h r e e s h o r tc i r c u i t e da n dt h e nt r i p p e di no 1 s f o rb i p o l a rp o l ef a u l ti ne a c hh v d cl i n k s t h es y s t e mi s s t a b l e k e yw o r d s ：h v d c ；m u l t i i n f e e dh v i x ：s y s t e m ；c o m m u t a t i o nf a i l u r e ；a c d ci n t e r a c t i o n ； c o n v e r t e r m o d e l ；q u a s i - s t e a d y - s t a t em o d e ；p s s e ；h y t m da c d cs y s t e ms i m u l a t i o n ； e l e c t r o m e c h a n i c a lt r a n s i e n t ；s h a n g h a ip o w e r g r i d ；t r a n s i e n ts t a b i l i t y 一 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 自1 9 5 4 年世界上第一个工业性直流输电工程在瑞典投入商业运行以来，高 压直流输电( h i g h v o l t a g ed k e e tc u r r e n tt r a n s m i s s i o n ，h v d c ) 已在远距离大容 量输电、海底电缆和地下电缆输电、不同额定频率或相同额定频率交流系统之间 的非同步联网等场合得到了广泛的应用“2 1 。特别是在2 0 世纪8 0 年代以后，随 着大功率电力电子技术和微机控制技术等高科技的发展，直流输电技术得到了进 一步的发展和应用，目前全世界已有6 0 多项直流输电工程投入运行。 在我国，随着西电东送和全国联网战略的实施，远距离大容量送电势在必行。 高压直流因其输电功率调节灵活，输电距离不受同步运行稳定性限制等优点，目 前已经在南方电网、华中和华东电网中得到了长足发展，在华南和华东地区的负 荷中心逐渐出现多回大容量直流输电线路落点于同一交流系统的情况，而且有些 落点之间的距离相当接近，形成了所谓的多回直流馈入系统( m i d c ) 。 多馈入交直流输电系统具有较大的输送容量和更为灵活的运行方式，但同时 也增加了系统的复杂性，带来一些特殊问题。在受端系统换流站交流母线闻电气 联系较强的情况下，交直流系统之间、直流与直流系统之间的相互作用很强，在 不利状况下，可能导致系统性能下降，甚至威胁到整个系统的安全稳定运行0 3 。 因此研究多回直流馈入系统在大扰动下的稳定性问题以及交直流系统之间的相 互作用特性，可以为我国互联电网的规划设计和安全运行决策提供理论依据和技 术支持，具有十分重要的理论和现实意义。 1 2 直流输电的优点 直流输电技术的发展与换流技术的发展，特别是大功率电力电子技术的发展 有着密切的关系。目前，绝大多数直流输电工程是采用晶闸管换流阀进行换流。 今后随着越来越多的新型电力电子器件( 如i g b t ，i g c t 等) 在直流工程中的 使用，直流输电将会得到更大的发展和应用。 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 直流输电在电力系统中的广泛应用，得益于其在经济和技术方面的诸多优 点。与交流输电相比，直流输电在经济上具有线路造价低、耗能小、寿命长等优 点，在技术上也有其独到之处，主要体现在以下几个方面“： ( 1 ) 直流输电的输送容量和距离不受同步运行稳定性的限制，有利于远距 离大容量输电： ( 2 ) 由直流输电连接两个交流电力系统时，两端交流系统可不必同步运行， 并可各自实现调频，因此用直流输电联网，便于分区调度管理，有利于故障时交 流系统间的快速紧急支援和限制事故扩大，也有助于限制短路容量的增大； ( 3 ) 直流线路在稳态运行时，线路不存在电容电流，因此长距离电力电缆 送电宜采用直流输电： ( 4 ) 直流输电技术在开发利用新能源、新发电方式以及新储能方式等方面， 也是一种很有效的手段。 此外，直流输电还适合于海底电缆和地下电缆送电。直流输电相对交流输电 的这些优点，使它在电力工业中越来越多地被采用，发挥出越来越重要的作用。 1 3 我国直流输电概况 我国地域辽阔，能源分布及负荷发展很不平衡，水力资源主要集中在西南地 区，可开发容量约占全国的2 3 ，煤炭资源主要集中在“三西”( 山西、陕西、内 蒙西部) 地区，占全国的6 0 ，而负荷主要集中在东部沿海地区，其电力消耗占 全国的6 0 以上脚。因此，实现全国联网，实施西电东送既可以解决东部地区的 电力需求，有利于电力结构战略性调整，又可以使西部资源优势转化为经济优势。 高压直流输电技术由于其自身优点，决定了它在全国联网和西电东送战略中具有 十分重要的地位和广阔的发展前景。 在我国，直流输电工程的应用开始于2 0 世纪8 0 年代。1 9 8 7 年和1 9 8 9 年相 继投运了我国自行研制的浙江大陆至舟山岛直流输电工程( + l o o k v 、5 0 m w ) 和 湖北葛洲坝至上海南桥的直流输电工程( 土5 0 0 k v 、1 2 0 0 m w ) ，2 0 0 1 年广西天生 桥至广州北郊直流输电工程( 士5 0 0 k v 、1 8 0 0 m w ) 双极投运，2 0 0 3 年三峡至江 苏常州政平直流输电工程( 士5 0 0 k v 、3 0 0 0 m w ) 双极投运，2 0 0 4 年三峡至广东 惠州直流输电工程( 3 0 0 0 m w 、士5 0 0 k v ) 和贵州安顺至广东肇庆直流输电工程 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 ( 3 0 0 0 m w 、+ 5 0 0 k v ) 相继在南方电网投入运行，三峡至上海黄渡的直流输电工 程( 3 0 0 0 m w ，士5 0 0 k v ) 也于2 0 0 6 年底投入商业化运行“4 1 。 随着三峡工程的全面竣工，西南金沙江、雅磐江水电基地和西北水火电资源 的进一步开发与利用，我国将形成北、中、南三大通道同时向京津冀、长三角地 区和广东地区负荷中心送电的格局。按照国家特高压电网发展规划，特高压直流 输电( u i - i v d c ) 将定位于我国西南大水电基地的超远距离超大容量外送，金沙 江一期、锦屏、溪洛渡等大型水电基地均考虑采用+ 8 0 0 k v 级直流送出方案“3 ， 这将必然导致在我国东部受端地区全面形成多馈入直流输电的局面。 我国的南方电网是一个典型的多回直流落点系统，交直流混合运行，三广、 天广、贵广直流同时馈入广东电网，并且正在建设贵广第二回直流工程。我国第 一个特高压直流工程云南一广东士8 0 0 k v 、5 0 0 0 m w 项目也已经进入实施阶段。 三峡工程的建成主要向我国华东电网送电，目前己建成葛洲坝一上海、三峡一常 州直流输电工程，并正在建设三峡右岸至上海的三沪士5 0 0 k v 、3 0 0 m w 直流输电 工程。随着金沙江水力资源的开发，向家坝、溪落渡、锦屏等水电站建成后均将 通过特高压直流送出，这些直流绝大部分将馈入华东电网。可见，华东电网( 特 别是上海电网) 作为直流受端系统，具有直流馈入容量大、落点密集等特点，是 一个典型的负荷侧多回直流馈入系统。由于换流站之间电气距离较近，其对电网 安全稳定性的影响是一个备受关注的问题，因此十分有必要研究多回直流落点系 统在大扰动下的暂态稳定性。 1 4 多回直流馈入系统( m i d o ) 近年来，随着h v d c 技术在电力系统中的进一步推广应用，出现了多回直 流馈入系统( m u l t i i n f e e dd i r e c tc u r r e n t ，m i d c ) 。当一个系统中存在多条直流输 电线路，且其中若干换流站的交流母线间的电气距离较小或为零时，则称相应的 直流输电线路和这些换流站交流母线所在的区域构成了所谓“多馈入直流输电系 统”，简称m i d c 系统”1 。它的基本特征就是多回直流输电线路落点于同一交流 电力系统。图1 1 所示为简化的m k ) c 系统示意图。 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 图1 - 1 简化的多回直流馈入系统 f i g 1 1s i m p l i f i e d m u l t i i n f e e dh v d cs y s t e m 当m i d c 系统为负荷侧或受端系统时稳定闯题最为严峻，因为这类系统严 重依赖系统外的电源，系统本身往往缺乏足够的电源和动态无功支撑，事故时的 调压、调频能力较差。当故障发生时直流系统换相失败，会造成逆变站侧交流系 统出现巨大的有功缺额和无功剩余，进而引起频率下降和电压波动：而在事故后 直流系统的恢复阶段，换流站又需要向交流系统吸取大量无功功率，这对缺乏本 地电源支持、电压调节能力差的受端系统来说是严峻的考验，直流系统很可能由 于缺乏动态无功支持而恢复缓慢，从而导致严重的系统稳定问题。因此，国内外 在研究直流多落点系统的稳定问题时主要以负荷侧m i d c 作为研究对象。本文 的研究对象上海电网规划中有4 回直流接入负荷中心，作为受端系统具有直流馈 入容量大、落点密集等特点，是一个典型的负荷侧多回直流落点系统。 1 5 大扰动下啊l d c 系统稳定性研究 多直流落点系统在大扰动下的稳定性研究，主要包括两个方面的问题“”： ( 1 ) 受端交流系统发生故障时，是否会引起多个换流站同时或相继发生换 相失败，换相失败后交、直流输电系统能否恢复；故障后各换流站应按照怎样的 恢复顺序和控制策略才能最快恢复，需要多长时间才能恢复；交流故障期间和直 流恢复过程中交、直流系统动态特性如何；系统中何处发生何种程度的严重故障， 会使得一回或多回直流系统换相失败后不能恢复，引起整个系统暂态失稳； ( 2 ) 当任何一回直流系统发生故障时，交流系统能否保持稳定，交流系统 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 和其他直流输电线路应采取怎样的控制措施才能使整个系统的响应特性更好；对 于交流送电通道和直流输电并列运行的系统，还存在直流故障下功率转移对交流 线路稳定性影响等问题。 1 5 1 交直流系统相互作用原理 m i d c 系统中，直流输电系统在向交流系统输送有功功率的同时还吸收无功 功率，有功的改变可影响与直流系统相连的交流系统中发电机的功角，无功的改 变则会影响交流系统中相应母线的电压幅值。交直流系统间存在的复杂相互作 用，主要通过各交流换流母线处有功与无功功率的平衡以及各直流子系统交流换 流母线间电压的耦合来体现“。交流系统中的故障切除后，直流系统开始恢复， 这意味着其有功和无功消耗的改变，并有可能引起换流母线交流电压的波动。该 交流电压的波动可引起直流电流的波动，此时直流系统的控制器开始起作用；由 于控制器的作用，使得直流系统逆变侧向交流系统输送的有功和吸收的无功也发 生波动，它们反过来又进一步影响了直流系统换流母线交流电压的波动。不利情 况下，若直流电流较大，交流电压的幅值较小，将会导致后继换相失败的发生， 直流输电系统的功率恢复也会受到影响，有时甚至难以恢复。 m i d c 系统中，某一直流端有功与无功功率的波动会影响邻近交流换流母线 的电压，并导致其它直流端的有功及无功功率发生变化，这一变化反过来又会影 响到起初的直流端交流母线电压。当各直流子系统交流换流母线间的电气联系较 强时，各控制器同时参与调节，可能会在整体上产生不良的相互作用，并使故障 后各直流予系统的恢复受到影响。研究表明，电流控制放大器( c c a ) 及与电压 相关的电流限制特性( v d c o l ) 的参数均对故障切除后m i d c 系统的恢复有着 重要影响“”；此外，发电机、负荷的动态特性也会对交流换流母线电压的维持与 恢复产生影响n ”。 1 5 2 换相失败分析 换相失败是直流输电系统最常见的故障之一，它可能导致直流电压降低、直 流输送功率减少、直流电流增大、缩短换流阀寿命、换流变压器直流偏磁及逆变 侧弱交流系统过电压等不良后果，若换相失败后控制措施不当，还会引发后继的 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 换相失败，最终导致直流传输功率的中断“”。 以理想的6 脉动换流桥换相过程为例，换相过程等效电路如图1 - 2 所示。 0 i d 图】- 2 基本换相电路 f i g 1 - 2b a s i ce q u i v a l e n tc i r c u i td u r i n gc o m m u t a t i o n 由电路原理可知： 2 l ，一- d y ：殂s i i l 研 ( 1 1 ) 其中，工，为等值换相电感；i ，为换相电流；e 为电源线电压的有效值 积分可得换相电流f ，= 争弘s i n 肼出。在换相开始时刻，f ，= o 换相过程 结束后，= l ( l 为换流器直流侧电流) 。因此厶可以用式( 1 - 2 ) 表示： l = 矗。咖刎c n 功 在正常工作条件下，换流器的阀在a 时刻开始换相，在口+ 时刻换相结束。 由于交流系统故障，尤其是逆变侧交流系统的故障，将导致逆变侧换流母线电压 降低，从而使得换相过程在口+ 时刻并没有结束，而是延伸到口+ ( t ) 时刻，换流器阀的关断时间相应减小，阀无法正常关断进而引起换相失败。如果 换流母线电压下降很大，可能在换流电压过零时换流阀仍然没有结束换相，显然 会导致换相失败。 单馈入直流输电系统换相失败的机理比较明确，通常认为交流电压幅值降低 和交流换相电压过零点相角偏移是换相失败的根本原因“”。但对于多馈入直流系 统，由于直流落点问电气距离较近，交直流系统之间( a c d c 和d c d c ) 的相 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 互作用比较强，换相失败的原因变得更加复杂。 对于m i d c 系统，一个换流站的换相失败可能引发其他换流站的换相失败， 因此换流站之间的电气耦合程度是几个换流站是否会同时换相失败的重要因素。 文献 1 8 提出用强耦合临界导纳y s c 和弱耦合临界导纳y w c 的概念来描述换流 站之间的相互作用程度。影响这两个参数的因素有交流系统强度( 一般用有效短 路比e s c r 表示) 、直流功率输送水平、直流系统换流母线上的负荷特性，以及 直流控制器参数等。 除此之外，交流系统故障的发生地点、故障的严重程度也会影响m i d c 系 统换相失败的发生。例如，逆变侧交流系统发生三相短路故障，由于距故障地点 的远近不同而使各换流站交流母线电压的跌幅有所不同。故障点距离换流站距离 越近，换相电压降幅越大，对换流器的影响也就越大。通常瞬间的换相电压下降 到一定幅值，换流器就有可能发生换相失败。而交流系统发生不对称故障，会使 换流站交流母线各相电压幅值和相位都发生不同程度的变化，因此不对称故障除 了降低换流母线电压，还引起换相电压过零点的不对称移动，造成换流站由于关 断角变小而发生换相失败。 1 5 2m i d g 系统的稳定等级 对于含有多回直流线路馈入且直流落点临近的受端交流系统，一般可将严重 故障下的系统稳定情况划分为以下4 个等级”1 ： ( 1 ) 交流系统承受短路冲击的能力很强。这类系统在遭受三相短路扰动后， 即使延时清除短路故障( 比如在保护装置出现问题的情况下) ，交流电压也能很 快回升，未破坏发电机相对功角稳定；故障清除后直流系统能迅速恢复正常。整 个暂态过程中，除个别地点外整个系统是稳定的。 ( 2 ) 交流系统承受短路冲击的能力较强。这类系统中仅有个别地点在遭受 三相短路冲击时，如果短路故障的清除延时，会出现系统失稳或故障清除后直流 系统难以迅速恢复的情况；而系统在其它扰动下系统均能保持稳定。 ( 3 ) 交流系统承受短路冲击的能力较弱。这类系统是指系统某些地点中的 一处发生三相短路并且故障延时清除时，会使整个系统的稳定遭到破坏：但如果 短路故障能及时清除，交流电压能够迅速回升，功角稳定也未破坏，直流系统传 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 输功率能迅速恢复正常，系统仍然保持稳定。 ( 4 ) 交流系统承受短路冲击的能力很弱。这类系统有许多薄弱环节，其中 任一处遭受三相短路冲击时，即使短路故障清除及时，但在短路故障期间和故障 清除后交流电网的大部分节点电压也持续降低，相对功角也接近失稳的边缘，有 可能出现多回直流线路同时连续换相失败甚至完全退出运彳亍的情况。导致整个系 统失去稳定。 需要说明的是上述分类并不是十分严格的，但对于受端m i d c 系统的稳定 性分析具有工程指导意义。根据交流系统稳定等级的分类，本文在第四章中对上 海电网多回直流落点系统的暂态稳定进行研究，分析上海电网在交流系统严重故 障情况下交直流之间的相互影响和系统稳定问题，从而找出上海电网的薄弱环 节，为上海电网的规划设计和安全运行提供理论参考和计算依据。 1 5 3m i d c 系统的仿真分析 m i d c 系统在大扰动下的动态响应与交直流系统的结构和具体运行工况有 关，凭经验的估计是不可行的，试图采用动模试验的方法来确定也是不现实的， 通常必须采用大规模交直流电力系统分析程序进行仿真计算才能确定。 目前国内广泛使用的机电暂态仿真程序，如p s s e 、b p a 、p s a s p 等所采用 的直流换流器模型都是平均值模型，即所谓的准稳态模型。“。这种模型在交直流 系统日常的稳定性计算和规划研究中是适用的，并且具有很高的计算效率。但其 导出的基本前提是换流器母线的三相交流电压对称。在交流系统不对称故障期 间，通常换流站交流母线的电压不再对称。因此准稳态模型在交流系统不对称故 障期间是不适用的嘲。此外，如果需要深入探讨多回直流系统换楣失败的原因以 及事故后的控制和恢复策略、多个换流站综合无功特性等问题，准稳态模型的精 度显然无法满足要求。 在电磁暂态仿真中，对直流换流器建立了精细的模型，可以准确的模拟交流 系统发生不对称故障后三相电压不平衡情况下换流阀的工作情况，包括换相失败 的工况。然而在一般暂态稳定计算中，不允许在较长的时间内使用这种模型( 它 更适合于电磁暂态研究) ，因而可以采取两种模型共同使用的方法。即仅在交流 系统故障期间用电磁暂态模型计算，故障清除后马上切换为准稳态模型。这样做 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 既满足了精度要求，又不致消耗过多的计算时间。另外一种较为简单的解决方法 是对扰动临近区域采用电磁暂态模型精确模拟直流系统，其他区域采用交流相量 和直流准稳态模型。上述采用机电暂态与电磁暂态混合仿真的方法，其核心在 于设计正序基波相量与电磁暂态瞬时量的接口方式，目前这种方法仍处在研究阶 段，并没有应用于工程实际。 1 6 本文的主要工作 本文利用电力系统仿真软件p s s e ，从系统运行的角度，重点研究了大扰动 下上海电网多回直流落点系统的稳定性以及交直流系统相互作用等问题，主要内 容包括以下几个方面： 1 介绍了直流输电技术的优点，以及直流输电在我国的应用现状和发展趋 势。指出随着西电东送的进一步开展，我国的南方电网和华东电网逐渐形成多回 直流落点系统( m i d c ) 。从m i d c 系统的特点出发，讨论了在大扰动下m d c 系统稳定性研究中出现的主要问题。阐述了m i d c 系统交直流系统之间相互作 用的原理，对交流故障对直流换相失败的影响做了简要描述，给出严重故障下 m i d c 系统稳定情况的四个等级。针对m i d c 系统直流换流器仿真中出现的问题， 引出机电暂态和电磁暂态混合仿真的方法。 2 针对交直流电力系统机电暂态仿真的建模需要，介绍了直流换流器的经 典模型和准稳态模型以及它们之间的区别。根据对直流控制系统和直流线路模拟 的详细程度不同，将直流系统准稳态模型分为两类：响应特性模型和详细模型， 分别阐述了这两种模型的模拟原理和特点，以及准稳态模型的适用范围和局限 性。对电力系统仿真软件p s s e 中所使用的直流系统模型进行了分类和详细说 明。介绍了对电力系统动态特性和暂态稳定性有直接影响的发电机励磁系统模 型、原动机及其调速系统模型以及负荷模型。从而为上海电网多直流落点系统的 稳定性研究做好系统建模的准备工作。 3 介绍了本文的计算工具电力系统机电暂态仿真软件p s s e 。总结了电 力系统仿真软件p s s e 的主要功能和特点，对其文件配置结构进行了说明。介绍 了潮流数据输入文件和仿真数据文件的格式。重点阐述了潮流计算功能和动态仿 真功能，分析了p s s e 动态仿真的基本原理，给出动态仿真的基本操作流程。介 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 绍了p s s e 命令的批处理功能和p s s e 的二次开发语言i p l a n 。为利用p s s e 对上海电网暂态稳定性进行仿真分析打下了应用基础。 4 利用p s s e 的动态仿真功能对上海电网2 0 1 2 年丰大方式的暂态稳定性进 行了仿真计算与分析。给出计算所采用的基本约定和数学模型，以及考察系统安 全稳定性的判据。描述了规划中上海电网的4 回直流落点的情况和2 0 1 2 丰大方 式的基本特征。在此基础上，利用n - 1 规则重点研究了上海电网及其附近交流系 统发生单一故障和严重故障时，交直流系统相互作用对直流换相失败的影响，以 及直流系统故障时系统电压和频率的变化，分析了各种故障情况下交直流系统各 自的响应特性以及上海电网的安全稳定性，从中得出一些重要结论。 参考文献 1 】浙江大学发电教研组直流科研组直流输电 m 北京：水利水电出版社，1 9 8 5 2 赵畹君高压直流输电工程技术 m ，北京：中国电力出版社，2 0 0 4 3 】徐政交直流电力系统动态行为分析 m 北京：机械工业出版社，2 0 0 4 4 曾南超高压直流输电在我国电网发展中的作用 j 高电压技术，2 0 0 4 ，3 0 ( 1 1 ) ：1 1 - 1 2 5 】陈红军，孟庆东，高压直流输电技术的发展及其在电网中的作用 j 中国电力，2 0 0 1 。 3 4 ( 1 2 ) 6 】刘振亚特高压直流输电技术研究成果专辑：2 0 0 5 年 m 中国电力出版社，2 0 0 6 7 1l i p sh p - d e n i s ，a s p e c t so fm u l t i p l ei n f e e dh v d ci n v e r t e rs t a t i o ni n t oat o n i n o na c s y s t e m j i e e et r a n s a e t i o mp o w e r a p p a r a t u ss y s t e m s ，1 9 6 7 ，9 2 ( 2 ) ：1 3 5 1 4 1 8 蔡泽祥，朱浩骏，自雪峰，倪以信多馈入直流输电系统的动态特性及稳定控制与分析 力华北电力大学学报，2 0 0 4 ，3 1 ( 5 ) ：1 - 8 【9 】b u ilks o o dvk l a u r i ns d y n a m j ci n t e r a c t i o n sb e t w e e nh v d cs y s t e m sc o n n e c t e dt o a cb u s e si nc l o s ep r o x i m i t y j i e e et r a n s a c t i o n sp o w e rd e l i v e r y , 1 9 9 1 ，6 ( 1 ) ：2 2 3 - 2 3 0 1 0 】杨卫东，徐政，韩祯祥多馈入交直流电力系统研究中的相关问题 j 电网技术，2 0 0 0 ， 2 4 ( 8 ) ：1 3 1 7 1 1 】s z e c h t m a nm ，p i l o t t olas ，p i n gww ，e ta 1 t h eb e h a v i o ro fs e v e r a lh v d cl i n k s t e r m i n a t i n gi nt h es a m el o a d a m a c 】p a r i s ：c i g r e ，1 9 9 2 ，g r o u p1 4 ：1 4 - 2 0 1 【1 2 】王正风，薛禹胜，杨卫东受端负荷模型对交直流系统稳定性的影响 j 电力系统自动 i o 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 化，2 0 0 6 ，3 0 ( 1 8 】：1 3 1 6 1 3 】r e e v ej ，l a n e - s m i t hsp m u l t i - l n f e e dh v d ct r a n s i e n tr e s p o n s ea n dr e c o v e r ys t r a t e g i e s 闭i e e et r a n s a c t i o n s0 np o w e rd e l i v e r y , 1 9 9 3 ，s ( 4 ) ：1 9 9 5 2 0 0 1 1 4 】林凌雪。张尧，钟庆，宗秀红多馈入直流输电系统中换相失败研究综j 盎e j 电网技术， 2 0 0 6 ，3 0 ( i n ：4 0 - 4 6 1 5 c h a n g c h u nz h o u ，z h e n gx u s t u d yo i lc o m m u t a t i o n f a i l u r eo f m u l t i i n f e e dh v d c s y s t e m j p o w e rs y s t e mt e c h n o l o g y , 2 0 0 2 p r o c e e d i n g s p o w e r c o n2 0 0 2 i n t e r n a t i o n a lc o n f e r e n c e o n , v o l ，4 ，1 3 1 7o c t 2 0 0 2 1 1 6 项玲，郑建勇，胡敏强多端和多馊入直流输电系统中换相失败的研究 j 电力系统自 动化，2 0 0 5 ，2 9 ( 1 1 ) ：2 9 - 3 3 【1 7 】m s 神o ，n n o j o ，ky m n a j lh v d c c o n v e r t e rc o r 由o lf o rf a s tp o w e r r e c o v e r ya f t e ra c s y s t e mf a u l t j i e e et r a n s a c t i o n so i lp o w e rd e l i v e r y , 1 9 9 7 ，1 2 ( 3 ) 1 8 】杨卫东，徐政，韩祯祥n e t o m a c 在直流输电系统仿真研究中的应用 j 电力自动化 设备，2 0 0 1 ，2 4 ( 4 ) ：1 0 - 1 4 1 9 】杨卫东多馈入直流输电系统的控制策略研究 d 杭州：浙江大学电气工程学院，2 0 0 1 2 0 】李兴源高压直流输电系统的运行和控制e m 北京：科学出版社，1 9 9 8 【2 1 毛晓明，管霖，张尧，吴小辰，彭显刚含有多馈入直流的交直流混合电网高压直流建 模研究( j 中国电机工程学报，2 0 0 4 ，2 4 ( 9 ) ：6 8 7 3 2 2 】徐政，蔡晔，刘国平大规模交直流电力系统仿真计算的相关问题 j 电力系统自动化， 2 0 0 2 ，2 6 ( 1 5 ) ：4 - 8 【2 3 】倪以信，陈寿孙，孙宝霖动态电力系统的理论和分析 m 北京：清华大学出版社，2 0 0 2 2 4 】黄莹交直流电力系统动态特性分析方法研究 d 杭州：浙江大学电气学院，2 0 0 5 2 5 】岳程燕，田芳，周孝信电力系统电磁暂态一机电暂态混合仿真的应用 j 电网技术， 2 0 0 6 ，3 0 ( 1 1 ) ：1 - 5 浙江大学硕士学位论文第二章交直流系统机电暂态仿真数学模型 第二章交直流电力系统机电暂态仿真数学建模 2 1 直流换流器模型 研究交直流系统之间的相互影响，特别是系统发生干扰或故障后交直流系统 的动态行为，是交直流电力系统稳定分析的重要内容。为了进行这些动态分析