混合直流輸電

博士，華北電力大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。2013年1～3月在加拿大Manitoba大學(xué)做客座教授。入選華北電力大學(xué)學(xué)科帶頭人支持計(jì)劃，教育部、國(guó)家外國(guó)專(zhuān)家局“高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃”項(xiàng)目中方成員，IEEE會(huì)員，中國(guó)電源學(xué)會(huì)電能質(zhì)量專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員。

發(fā)表論文210篇，被SCI、EI收錄100余篇，獲省部級(jí)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)。負(fù)責(zé)國(guó)家863計(jì)劃課題和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)；在研項(xiàng)目10項(xiàng)，全部圍繞直流輸電開(kāi)展。

《智能電網(wǎng)研究與應(yīng)用叢書(shū)》序

前言

第1章緒論

1.1LCC—HVDC的優(yōu)勢(shì)和不足

1.2VSC—HVDC的優(yōu)勢(shì)和不足

1.3并聯(lián)混合多饋入直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.3.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.3.2作用和應(yīng)用前景

1.4一端LCC一端VSC的混合直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.4.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.4.2作用和應(yīng)用前景

1.5含STATCOM的LCC—HVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.5.1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1.5.2作用和應(yīng)用前景

參考文獻(xiàn)

第一篇并聯(lián)混合多饋入直流輸電系統(tǒng)

第2章并聯(lián)混合多饋入直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性

2.1LCC—HVDC的運(yùn)行特性

2.1.1數(shù)學(xué)模型

2.1.2CIGRE標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試模型

2.1.3穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)特性

2.2VSC—HVDC的運(yùn)行原理與控制策略

2.2.1基本運(yùn)行原理

2.2.2控制策略

2.3并聯(lián)混合雙饋入系統(tǒng)的控制策略和穩(wěn)態(tài)特性

2.3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3.2控制策略

2.3.3穩(wěn)態(tài)特性分析

2.4傳統(tǒng)雙饋人和并聯(lián)混合雙饋入系統(tǒng)的對(duì)比分析

2.4.1傳統(tǒng)雙饋人和并聯(lián)混合雙饋入系統(tǒng)

2.4.2穩(wěn)態(tài)特性的對(duì)比分析

2.4.3暫態(tài)過(guò)電壓的對(duì)比分析

2.4.4換相失敗免疫特性的對(duì)比分析

2.4.5故障恢復(fù)特性的對(duì)比分析

2.5混合雙極系統(tǒng)的控制策略和系統(tǒng)特性

2.5.1混合雙極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.5.2混合雙極系統(tǒng)的模型

2.5.3混合雙極系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制策略

2.5.4混合雙極系統(tǒng)的運(yùn)行特性

2.6本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第3章并聯(lián)混合雙饋入系統(tǒng)中VSC—HVDC對(duì)LCC—HVDC的影響

3.1視在短路比增加量

3.1.1視在短路比增加量的提出

3.1.2視在短路比增加量的計(jì)算步驟

3.1.3視在短路比增加量的求解算例

3.2視在短路比增加量的驗(yàn)證

3.3本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第4章受端為無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的并聯(lián)混合雙饋入系統(tǒng)特性分析

4.1LCC—HVDC參與電網(wǎng)恢復(fù)的意義

4.2受端是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)時(shí)并聯(lián)混合雙饋入系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制策略

4.3LCC—HVDC和VSC—HVDC的相互影響

4.3.1正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的相互影響

4.3.2公共交流母線電壓變化時(shí)的運(yùn)行特性

4.3.3公共交流母線發(fā)生故障時(shí)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特性

4.3.4無(wú)功補(bǔ)償裝置容量對(duì)VSC—HVDC調(diào)節(jié)范圍的影響

4.4受端是無(wú)源網(wǎng)絡(luò)時(shí)并聯(lián)混合雙饋人系統(tǒng)的仿真分析

4.4.1系統(tǒng)參數(shù)

4.4.2啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)特性分析

4.4.3故障特性分析

4.5本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第二篇一端LCC一端VSC的混合直流輸電系統(tǒng)

第5章LCC—VSC混合直流輸電系統(tǒng)

5.1接線方式和參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

5.1.1接線方式

5.1.2參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化

5.2啟動(dòng)控制方法

5.2.1LCC—HVDC和VSC—HVDC的啟動(dòng)方式

5.2.2LCC—VSC混合直流輸電系統(tǒng)的啟動(dòng)方法

5.3仿真驗(yàn)證及分析

5.3.1仿真算例說(shuō)明

5.3.2參數(shù)優(yōu)化前后的特性對(duì)比

5.3.3無(wú)源網(wǎng)絡(luò)供電特性分析

5.4本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第6章VSC—LCC混合直流輸電系統(tǒng)

6.1運(yùn)行原理與控制方法

6.1.1運(yùn)行原理

6.1.2控制方法

6.2抑制LCC側(cè)換相失敗的控制方法

6.2.1LCC側(cè)定關(guān)斷角備用控制

6.2.2VSC側(cè)低壓限壓控制器

6.3仿真驗(yàn)證及分析

6.4本章小結(jié)

參考文獻(xiàn)

第三篇含STATCOM的LCC—HVDC系統(tǒng)

第7章STATCOM與LCC—HVDC的協(xié)調(diào)控制2100433B

隨著電力電子器件的不斷發(fā)展和直流輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用,結(jié)合電流源LCC換流器與電壓源VSC換流器的混合直流輸電系統(tǒng)已成為研究熱點(diǎn).本書(shū)針對(duì)三種典型的混合直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行介紹,即并聯(lián)混合多饋入直流輸電系統(tǒng)、一端LCC 一端VSC 的混合直流輸電系統(tǒng)、含STATCOM 的LCC HVDC系統(tǒng).主要內(nèi)容包括混合直流輸電系統(tǒng)的基本運(yùn)行原理、各系統(tǒng)間相互作用機(jī)理、協(xié)調(diào)控制策略、建模與仿真技術(shù)等。

《混合直流輸電》適合從事傳統(tǒng)直流輸電與電壓源換流器直流輸電系統(tǒng)相關(guān)工作的工程師使用，也可以作為高等學(xué)校電力系統(tǒng)相關(guān)專(zhuān)業(yè)教師和學(xué)生的參考書(shū)。

整流側(cè)采用電網(wǎng)換相換流器、逆變側(cè)采用電壓源換流器的混合直流輸電系統(tǒng)結(jié)合兩種換流器的優(yōu)勢(shì)，可徹底避免傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)換相失敗問(wèn)題，在我國(guó)具有廣闊的應(yīng)用前景。架空線輸電的混合直流輸電系統(tǒng)線路故障多為瞬時(shí)故障，直流系統(tǒng)無(wú)需停運(yùn)，正確識(shí)別線路故障可減少系統(tǒng)停運(yùn)次數(shù)、提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。由于混合直流輸電系統(tǒng)線路兩端換流站不同，一次元件配置不對(duì)稱，故障后響應(yīng)不同，不能直接使用兩端對(duì)稱的傳統(tǒng)直流或柔性直流輸電系統(tǒng)的線路故障甄別原理。本項(xiàng)目采用數(shù)字仿真、理論分析、算法研究相互結(jié)合的方法，分析混合直流輸電系統(tǒng)線路兩端邊界特性，研究直流線路區(qū)內(nèi)外故障特征，分別針對(duì)整流側(cè)和逆變側(cè)提出能夠準(zhǔn)確識(shí)別線路故障的甄別原理和判據(jù)，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法。最終構(gòu)建一套完整的具有原理冗余的混合直流輸電系統(tǒng)線路故障甄別與保護(hù)方案，并利用仿真數(shù)據(jù)驗(yàn)證其有效性。本項(xiàng)目的研究為混合直流輸電系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

高壓直流輸電是遠(yuǎn)距離大容量電能輸送的一種重要方式，然而受換流器結(jié)構(gòu)的限制，傳統(tǒng)高壓直流系統(tǒng)存在換相失敗等固有缺陷。整流側(cè)采用電網(wǎng)換相換流器（LCC）、逆變側(cè)采用電壓源型換流器（VSC）的LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)既能夠避免換相失敗的發(fā)生，同時(shí)相較于純?nèi)嵝灾绷鬏旊娤到y(tǒng)可降低成本，是未來(lái)高壓直流輸電的重要發(fā)展方向之一。由于LCC-VSC混合高壓直流輸電系統(tǒng)兩端結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，故障后的特征與傳統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)相差較大，傳統(tǒng)的直流輸電線路保護(hù)方案在混合直流輸電系統(tǒng)中不再適用，因而必須研究適用于LCC-VSC混合高壓直流系統(tǒng)的線路保護(hù)方案。本項(xiàng)目針對(duì)LCC-VSC混合高壓直流輸電系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)線路邊界的頻率特性、線路區(qū)內(nèi)外故障的特征進(jìn)行深入分析，研究了適用于混合直流輸電系統(tǒng)的線路保護(hù)原理并構(gòu)建了完整的保護(hù)方案。具體工作如下：在PSCAD/EMTDC電磁暫態(tài)仿真平臺(tái)建立了詳細(xì)的LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真模型，并提出了一種模塊化多電平換流器的快速仿真模型。分析了現(xiàn)有高壓直流輸電系統(tǒng)線路保護(hù)在混合直流輸電系統(tǒng)中的適應(yīng)性，指出傳統(tǒng)直流輸電線路保護(hù)應(yīng)用于LCC-VSC混合直流輸電系統(tǒng)中的最大問(wèn)題在于：當(dāng)VSC一側(cè)線路限流平波電抗器較小時(shí)，整流側(cè)單端量主保護(hù)難以區(qū)分對(duì)端線路區(qū)外故障和線路區(qū)內(nèi)末端故障及高阻故障情況。通過(guò)理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)線路兩端邊界的折反射頻率特性、區(qū)內(nèi)外故障特征、線路極間耦合特性進(jìn)行了深入分析。在此基礎(chǔ)上提出了多種利用單極單端信息的故障選極原理和利用雙極單端信息的故障選極原理，提出了基于反行波變化量的單端量主保護(hù)新原理、基于線模首行波電壓回升比的超高速單端量主保護(hù)新原理，并提出了基于電流故障分量極性特征的縱聯(lián)保護(hù)和基于混合方向元件的縱聯(lián)保護(hù)作為線路后備保護(hù)。仿真測(cè)試表明所提的保護(hù)原理在速動(dòng)性、選擇性、耐受過(guò)渡電阻等方面具有良好的性能，所提超高速單端量主保護(hù)新原理的故障選區(qū)速度理論上最快僅需數(shù)十微秒、且保護(hù)性能受過(guò)渡電阻影響較小，很好的解決了現(xiàn)有保護(hù)存在的問(wèn)題。 2100433B

輕型高壓直流輸電是ABB公司發(fā)展的一項(xiàng)全新的輸電技術(shù)，尤其適用于小型的發(fā)電和輸電應(yīng)用，它將高壓直流輸電的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用功率范圍降低到幾十兆瓦.該系統(tǒng)由放在兩個(gè)或兩個(gè)以上的輸電終端上的終端換流站及它們之間的聯(lián)接組成。雖然傳統(tǒng)的直流架空線可以作為聯(lián)接，但如果我們應(yīng)用地下電纜來(lái)聯(lián)接兩個(gè)變電站，整個(gè)系統(tǒng)將能最多地獲益。在很多場(chǎng)合，評(píng)估下來(lái)的電纜成本低于架空線的成本，而且在一個(gè)輕型高壓直流輸電系統(tǒng)中，使用電纜所需的環(huán)境等方面的許可還更容易獲得。比起交流輸電和本地發(fā)電，輕型高壓直流輸電系統(tǒng)不僅具有成本優(yōu)勢(shì)，它對(duì)提高交流電網(wǎng)供電品質(zhì)也提供了新的可能.自1997年提出輕型高壓直流輸電，數(shù)個(gè)輸電線路已投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，其中最高容量已達(dá)330MW。更多的正在建設(shè)中。