4.高压直流输电及柔性交流输电系统

1、第四章 高压直流输电及柔性交流输电系统 概述 直流输电的根本原理与稳态模型 交直流电力系统潮流计算 柔性输电元件的工作原理及数学模型 含柔性输电元件的电力系统潮流计算1、输电形式的开展过程AC、DC、多相、分频 2、与交流输电相比，直流输电： 适合远距离输电 控制与调节快速 无同步稳定性问题 3、FACTSFlexibleAC Transmission System技术 是利用大功率电力电子元器件构成的装置来控制或调节交流电力系统的运行参数和或网络参数从而优化电力系统的运行状态，提高电力系统的输电能力的技术。 4.1 概述4、FATCS设备应用背景：电力负荷的不断增长使现有的输电系统在现有的运

2、行控制技术下已不能满足长距离大容量输送电能的需要。由于环境保护的需要，架设新的输电线路受到线路走廊短缺的制约，因此，挖掘已有输电网络的潜力，提高其输送能力成为解决输电问题的一条重要途径。大功率电力电子元器件的制造技术日益开展，价格日趋低廉，使得用柔性输电技术来改造已有电力系统在经济上成为可能。计算技术和控制技术方面的快速开展和计算机的广泛应用，为柔性输电技术发挥其对电力系统快速、灵活的调整、控制的作用提供了有力的支持。电力系统运营机制的市场化使得电力系统的运行方式更加复杂多变，为尽可能地满足市场参与者各方面的技术经济要求，电力系统必须具有更强的自身调控能力。4.2 直流输电的根本原理与稳态模型

3、通过控制直流电压，调节功率一、根本原理4.2 直流输电的根本原理与稳态模型二、稳态模型1、几个假设1交流侧系统三相对称、电压波形为正弦波；2直流侧电流无纹波，即为恒直流；3不计换流变压器电阻和激磁支路的影响；2、换流器模型及等值电路三相六脉冲桥式电路等值电路换流器特性方程2、稳态模型：换相系数桥数3、控制方式触发滞后角熄弧超前角3、控制方式定电流定电压定功率定控制角常用正常运行控制方式为：调整整流器的触发角使其直流电流为定值，即定电流控制方式；调整逆变器的触发角，使其熄弧超前角为常数，即定熄弧角控制方式。4.3 交直流电力系统潮流计算 交流系统和直流系统中的有关变量通过换流器的特性方程建立起数

4、学上的联系。在纯交流电力系统中，决定潮流分布的是节点的电压大小和相角，而在直流电力系统中，由于只流过有功功率直流功率，其功率分布仅由直流系统各节点的电压大小决定。不过由于通过换流器进行相位控制，流入换流器的交流电流的基波分量将比外加于换流器的交流电压滞后一个角度；即通过换流器，一方面实现了交直流系统间的有功功率传递，另一方面由于换流器的存在又要从交流系统中吸取相当的无功功率。另外，直流系统的运行必须对各个换流器的运行控制方式加以指定，直流系统的状态量是给定的直流控制量值和换流器交流端电压的函数。因此，交直流系统潮流计算就是根据交流系统各节点给定的负荷和发电情况，结合直流系统指定的控制方式，通过

5、计算来确定整个系统的运行状态。 目前广泛采用的交直流电力系统潮流计算方法多在牛顿法或者P-Q分解法的根底上形成，主要分为统一解法Integrated Methods和顺序解法Sequential Methods两大类，是根据在交流系统潮流计算中如何处理直流输电环节的方法来区分的。 统一解法:一般以极坐标形式的牛顿法为根底，将直流系统方程和交流系统方程统一进行迭代求解，即潮流雅可比矩阵除包括交流电网参数外，还包括直流换流器和直流输电线路的参数。 顺序解法:在迭代计算过程中，那么将直流系统方程和交流系统方程分别进行求解交替迭代法。在求解交流系统方程时，将直流系统用接在相应节点上的其有功功率和无功功

6、率的负荷来等值。而在求解直流系统方程组时，将交流系统模拟成加在换流器交流母线上的一个恒定电压。1、标幺制下的换流器根本方程基准值：2、潮流方程式 为了方便交直流混合系统潮流计算数学模型的建立，将整个系统的节点分为直流节点和纯交流节点。直流节点即与换流变压器一次侧相连的节点，纯交流节点是指没有换流变压器与之相连的节点。(na:AC节点，nc:DC节点1对于纯交流节点，其节点功率方程式为：DC节点：不计换流损耗2、换流器方程对换流器k：3、直流网络方程4)控制方程3 统一迭代求解 扩展变量的迭代初值与运行约束：1扩展变量的迭代初值。扩展变量的迭代初值采用其估计值。对于每一个换流器可以按其预估或给定

7、的直流功率由换流器根本方程估算扩展变量的初值。在估算时，对于已由换流器指定控制方式给出定值的量，即直接取其定值而将此变量作为常数。2扩展变量的运行约束。与传统潮流计算中对越界变量的处理方式类似，假设某扩展变量越界，那么将此变量限定在所越的界值上。4 顺序解法 顺序解法的根本思想是：迭代计算过程中，将交流系统潮流方程和直流系统潮流方程分别单独进行求解。在求解交流系统方程组时，将直流系统换流站处理成接在相应交流节点上的一个等效P、Q负荷。而在求解直流系统方程时，将交流系统模拟成加在换流站交流母线上的一个恒定电压。在每次迭代中，交流系统方程的求解将为随后的直流系统方程的求解建立起换流站交流母线的电压

8、值，而直流系统方程的求解又为后面的交流系统方程的求解提供了换流站的等效P、Q负荷值。比较： 统一迭代法完整地考虑了交、直流变量之间的藕合关系，对各种网络及运行条件的计算，均呈现良好的收敛特性。但其雅可比矩阵的阶数比纯交流系统的要大，对程序编制的要求高，占用内存较多，同时计算时间长。 交替迭代法由于交、直流系统的潮流方程分开求解，因此整个程序可以利用现有任何一种交流潮流程序再加上直流系统潮流程序模块即可构成。另外，交替迭代法也更容易在计算中考虑直流变量的约束条件和运行方式的合理调整。但是，交替迭代法的收敛性不及统一迭代法。 计算实践说明，当交流系统较强时，其收敛特性是令人满意的。4.4 柔性输电

9、元件的工作原理及数学模型根本分类： 按连接方式可分为: 并联型SVC、STATCOM 串联型TCSC、SSSC 综合型UPFC、TCPST4.4 柔性输电元件的工作原理及数学模型1 SVC的工作原理及数学模型2 STATCOM的工作原理与数学模型 STATCOM 也称为静止无功发生器 Advanced StatiC Var Generator , ASVG ) ，其功能与 SVC 根本相同，但是运行范围更宽、调节速度更快。SVC 的控制元件为晶闸管。晶闸管是半控型器件，只能在阀电流过零时关断。 STATCOM 是用全控型器件实现的。下面为用 GTO 实现的 STATCOM 的根本原理。理想的

10、GTO 开关特性：当阀有正向电压且在门极加正向控制电流时，阀即时开通。当在门极加负向控制电流时阀即时关断。3、UPFC4、TCSC 调整阀的导通角将使串联在线路中的电抗 XTcsc 发生变化，从而使得线路的等值阻抗成为一个可控参数。由于对阀的控制是由按一定的控制策略事先设计的控制器完成的，在其动态响应特性理想的条件下，可以使输电线的输电容量到达其热稳极限。4.5 含柔性输电元件的电力系统潮流计算 含柔性输电元件的电力系统潮流控制及潮流问题计算问题根本分为两大类： 1、根据具体的柔性输电元件的功能和系统运行的需要给出潮流控制目标，通过计算获得电力系统的潮流和柔性输电元件的控制参数。 2、给定柔性输电元件的控制参数，通过计算获得系统的潮流。 当柔性输电元件被用于直接控制其安装地点的运行参数，如节点电压的幅值、线路的有功或无功功率时，采用第一类；在优化系统运行状态时，柔性输电元件可以间接的控制非安装地点的运行参数，这时采用第二类。第二类问题多用于数学优化问题中，即通过对柔性输电元件参数的一系列调整使系统的运行状态满足一定的要求。 与直流输电系统接入电力系统一样，柔性输电元件介入电力系统后也不改变潮流方程的数学性质，即描述系统的方程仍然是一组非线性代数方程。因此，在计算方法上也仍然以第二章介绍的牛顿法为根底。与交直流混合系统的潮流计算相类似，迭代也大致分为两种，即