高压直流输电无功补偿的研究开题报告

华 北 电 力 大 学毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 题目： 高压直流输电无功补偿的研究 学生姓名： 周呈 学 号： 1091180601 所在院系：电气与电子工程学院 专业班级：电气0906 指导教师： 文俊 职 称： 教授 2013年4月12日一 、选题背景和意义 我国幅员辽阔，发电能源的分布和用电负荷的分布又极不平衡。江浙等东部沿海地区及广东地区经济比较发达，电力负荷分布比较密集，对能源需求较高，而能源却极为匮乏；西部地区经济比较落后，用电需求和负荷较低，对能源需求较小，而能源却比较丰富。我国的这一客观现实决定了我国跨区域电力大规模流动的必然性。随着人口的不断增加，国民经济的快速增长，土地资源越发的匮乏和宝贵，电力的发展和建设越来越受到走廊资源和站址资源的限制。我国的这一国情决定了建设和发展高压直流输电（HVDC）具有重大的经济意义和技术创新意义1。直流输电与交流输电相比有以下优点：首先，线路造价低，节省电缆费用。其次，运行电能损耗小，传输节能效果显著8。适宜于海下输电。除了经济性，直流输电的技术性也可圈可点。能限制系统的短路电流。直流输电系统的稳定性较强。直流输电调节速度快，运行可靠。在正常情况下能保证稳定输出，在事故情况下可实现紧急支援，因为直流输电可通过晶闸管换流器快速调整功率、实现潮流翻转。此外，直流输电线路无电容充电电流，直流线路无电容充电电流，电压分布平稳，负载大小不发生电压异常不需并联电抗2。直流输电适用于以下场合： 远距离大功率输电；海底电缆送电；不同频率或同频率非同期运行的交流系统之间的联络；用地下电缆向大城市供电；交流系统互联或配电网增容时，作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电4。 高压直流输电能够实现跨区域大电网连接，在交流输电系统中，所有连接在电力系统中的同步发电机必须保持同步运行。如果两个交流系统采用直流输电连接，由于直流线路中没有电抗，所以不存在上述的稳定问题，也就是说直流输电不受输电距离的限制6。随着高压直流输电技术的日益成熟以及输电设备的研发日益加快，保证了高压直流输电的高效，稳定的运行，高压直流输电在远距离大功率输电及跨区域大电网连接方面显示出极大的优越性3。在高压直流输电工程中，采用普通晶闸管换流阀进行换流的高压直流输电换流站，一般采用电网电源的换相技术，这种方法的特点是换流器在运行时需要从电网中吸收大量的无功功率7。换流站的整流侧和逆变侧从交流系统中吸收的无功功率是和换流站和交流系统交换的有功功率成正比的，整流装置吸取的无功功率约为有功的30%50%，逆变装置吸取的无功功率约为有功的40%60%5。无功功率对电网的影响：无功功率会导致用电设备的容量增加，无功功率的增加，会导致电流增加，增加视在功率，从而导致变压器，发电机，及导线等其它电气设备的容量增加。这样的话，控制设备和测量仪表的规格尺寸等方面都要改变。由于无功功率的增加，线路和设备的总电流会增加，因此设备和线路的损耗也会增加。无功功率还会使变压器和线路的电压降增大，如果是冲击性无功功率负载，电压还会产生剧烈波动，从而恶化电能质量。由于无功功率的控制不当会对电网产生不可估量的损失，我们应对高压直流输电这种对无功功率需求较大的设备进行无功补偿11。对于换流站，它所需要的无功功率不能过于依赖它所接入交流系统来提供，而且换流站和所接入的交流系统不能有太多的无功功率交换。因为当换流站从交流系统中吸取或输出大量无功功率时，会导致无功功率损失，同时换流站的交流电压会大幅增加。因此，要根据换流站的无功功率特性装设合适的无功补偿设备10，以保证高压直流输电系统安全稳定运行9。二、国内外研究现状1.针对高压直流输电的研究现状1928年，有栅极控制能力的汞弧阀研制成功，让高压直流输电成为现实。高压直流输电首先被应用于海底电缆输电。早期的直流输电工程有1954年瑞典的哥特兰岛工程和1967年意大利的撒丁岛工程。然后，高压直流输电被应用于长距离输电。到2006年止，全世界已投入运行的直流输电工程有80多个。其中，汞弧阀直流输电工程有11个，全部为直流输电发展前25年的成果。其余的均为晶闸管直流输电工程。在所有的直流输电工程中，背靠背工程约占28个，占所有工程的三分之一，其余的三分之二为长距离直流输电12。我国从20世纪50年代开始从事直流输电的研究，从80年代末以来我国高压直流输电技术的研究和发展取得了突飞猛进的提高，已建成并投入运行的有10个高压直流输电工程，我国计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个。为实现“西电东送”的战略规划，我国正在推进660kV，800kV,1000kV特高压直流输电工程，我国已建成了世界第一的800kV特高压直流输电工程的建设13。2. 针对换流站无功补偿及限制的现状目前世界上已投运的直流工程中换流站主要采用并联无功补偿设备，它选择类型的主要决定于系统强度。一般当短路比大于5 时，可只考虑电容器和电抗器，当短路比为35时，可能会涉及电压稳定性问题，需考虑采用具有电压控制能力的静止无功补偿设备; 当短路比小于3 时，交流系统较弱，除采用常规的换流技术外，还需要考虑装设其他无功补偿设备，其最有效的办法是装设同步调相机14。传统的无功补偿和滤波的主要手段是设置并联电容器和交流滤波器( 占换流站90%以上)，我国葛洲坝南桥500 kV 工程，天生桥广州500 kV 工程，三峡常州500 kV 工程，三峡广东 500 kV工程，云广800 kV 工程，灵宝直流背靠背工程等均采用此方式。机械投切的电容器，电抗器和同步调相机是传统形式的无功补偿设备，而静止无功补偿装置是较为新型的无功补偿装置15。静止无功补偿装置在直流工程中已得到应用，英法海峡直流工程和加拿大恰图卡背靠背工程，还有中国和俄罗斯的黑河背靠背工程，青海至西藏的直流工程等都采用了静止无功补偿器。但它在直流工程中应用的仍较少。 三、设计（论文）的主要研究内容及预期目标1. 广泛收集整理高压直流输电无功补偿方面的文献资料；2. 重点分析研究高压直流输电换流器吸收无功的机理、影响因素以及与直流输电运行方式的关系；3.在Matlab或PSCAD/EMTDC仿真软件上建立高压直流输电系统的仿真模型；4. 利用所建的仿真模型，仿真计算第2项研究内容；5. 对上述仿真结果进行分析、比较，给出合理解释，并提出高压直流输电无功补偿的合理化建议。预期目标：通过此次毕业设计，让我对直流输电这个有极大发展前景的电网较新的技术有新的认识和比较深入的了解，同时锻炼自己的动手动脑能力。通过大量的搜集文献和资料，这也将对我的互联网搜索能力有较大的提升。四、工作进度安排序号设计项目名称完成时间备注1明确毕业设计（论文）主要内容和要求，分阶段完成时间和最后的工作成果、主要参考资料、调研计划等。2013.3.25-3.311周2查找文献，收集资料，撰写开题报告，文献综述的参考文献应不少于15篇。2013.4.1-4.71周3导师检查开题报告，最终完成开题报告，从事外文资料翻译。2013.4.8-4.141周4完成外文资料翻译2013.4.15-4.211周5进一步分析理解知识点2013.4.22-4.281周6建立仿真模型2013.4.29-5.51周7完成毕业设计（论文）中期检查表，调试仿真模型2013.5.6-5.121周8仿真计算及结果分析2013.5.13-5.191周9仿真计算，撰写毕业设计论文2013.5.20-5.261周10提交毕业设计论文2013.5.27-6.21周11对论文检测复制重复率高于30%之处进行修改，进一步完善毕业设计论文2013.6.3-6.91周12准备答辩提交论文及答辩PPT2013.6.10-6.161周13答辩2013.6.17-6.231周五、参考文献1 浙江大学发电教研组直流输电科研组 直流输电M北京: 电力工业出版社，19822 赵畹君 高压直流输电工程技术M 北京: 中国电力出版社，20043 殷威扬，文俊，刘洪涛，等 葛南直流输电工程无功及电压控制的研究J 电网技术，2006，32( 9) : 62-664 杨志栋，殷威扬，李亚男 三沪直流工程无功补偿和控制方案J 电力建设， 2007，25 邱伟，钟杰峰，伍文城 800 kV 云广直流换流站无功补偿与配置方案J 电网技术，26 李兴源 高压直流输电系统的运行与控制M 北京: 科学出版社，19987 MATHUR R M，VARMA R K 基于晶闸管的柔性交流输电控制装置M 北京: 机械工业出版社，20058 谢小荣，姜齐荣 柔性交流输电系统的原理与应用M北京: 清华大学出版社，20069 NAYAK O B，GOLE A M，CHAPMAN D G，et al Dynamic performance of static and synchronous compensators at an HVDC inverter bus in a very weak AC systemJ IEEE Transactions on Power systems， 199410 王雁凌，任震，王官洁 静止无功补偿器在高压直流系统中的应用J 电网技术，199611 THORVALDSSON B，RNLV B，SAETLIRE E， et al Joint operation HVDC/SVCC IEE Conference on AC and DC Power Transmission Publication， 1996 12 STANKOVIC A M，STEFANOV P C，TADMOR G，et alDissipativity as a unifying control design framework for suppression of low frequency oscillations in power systemsJIEEE Transactions on Power Systems，199913 DANESHPOOY A，GOLE A M Frequency response of the thyristor controlled series capacitorJ IEEE Transactions on Power Delivery，2001 14 Horwill, C. AREVA T&D Power Electron.An Application of HVDC to the de-icing of Transmission Lines.IEEE.2006 15Kr