交直流电力系统中重合时序问题研究

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随着“西电东送,南北互供,全国联网”战略的逐步实施,我国将形成世界上规模最大的远距离大容量特高压交直流混联电网。交直流系统间的相互影响和相互作用异常复杂。为防止特高压交直流混联输电系统在发生大扰动时引发灾变事故,必须加强对其输电可靠性、安全性和稳定性的研究。  自动重合闸装置作为提高输电可靠性和暂态稳定性的有效措施之一,已取得广泛应用。但由实际电网的大量研究发现,自动重合闸装置在具体应用过程中存在比较明显的重合时序问题。论文以重合时序对交直流混联系统暂态稳定性、过电压、直流换相与冲击等的影响为脉络,围绕以下四个问题展开了深入研究。  重合时序对系统暂态功角稳定性的影响。在单机无穷大交流系统中,探讨三相重合时序对暂态功角稳定性的影响机理。构造单机无穷大特高压交直流混联输电系统,剖析单相重合时序对它的影响机理。考虑故障点位置变化,利用WARD等值和综合阻抗矩阵法计算交流线路在发生故障至断路器跳闸、重合于永久故障直到断路器再次跳闸的整个过程中,发电机与无穷大系统间的转移阻抗,推导出电磁功率的解析表达式,并分析相应的功角变化特性。依据等面积法则,提出了重合时序整定策略及简化判据:让转移电抗较小的一侧首先重合,可以提高电磁功率曲线幅值,减小发电机在摇摆过程中的加速面积和暂态不平衡能量。鉴于多机系统中求取转移阻抗存在一定困难,提出了离线、准实时和超实时重合时序整定策略。单机系统和规划的2015年南方电网仿真结果表明,重合时序整定策略正确、有效。  重合时序对暂态电压稳定性的影响。为找寻重合时序对暂态电压稳定性的影响原因,考虑不同负荷模型,在单负荷无穷大系统中,推导出交流线路在发生三相短路至三相断路器跳闸、三相重合于永久故障直到后加速三跳的整个过程中,负荷侧母线电压的解析表达式。针对单负荷无穷大特高压交直流混联输电系统,考虑故障点位置变化,分别在静态、动态负荷模型下,推导出交流线路发生单相短路、单相重合于永久故障时负荷侧母线电压的解析表达式。通过比较不同三相重合、单相重合时序下负荷侧电压发现,各种负荷模型下均存在若干个影响重合时序的故障区段。根据计算出的故障区段,采取恰当的重合时序,有利于提高系统暂态电压稳定性。据此提出了暂态电压稳定视角下的离线、准实时和超实时重合时序整定策略。单负荷无穷大系统和2010年南方电网的仿真结果,验证了它的正确性和有效性。  重合时序对合闸过电压的影响。分别在无补偿和两端经并联电抗器补偿的750kV输电线路分布参数模型的基础上,对三相重合于瞬时、永久故障,单相重合于瞬时故障时的过电压水平进行详细解析,剖析合闸过电压与系统容量、补偿度、线路长度、故障点位置等关键影响因素之间的关系,藉此从抑制合闸过电压的角度提出了重合闸时序的整定策略。对于无补偿线路,大电源、近故障点侧首先重合,可减小三相重合闸过电压;为降低单相重合过电压峰值,应由大电源侧首先重合。对于两端经并联电抗器补偿的线路,补偿度存在临界值。当补偿度小于该临界值时,应由大电源、近故障点侧首先重合以降低三相重合闸过电压;反之,重合顺序相反。大电源侧首先重合可抑制单相重合过电压。  换流站近端交流线路重合闸投入时序对直流系统的影响。在交直流混联系统模型中探讨其影响机理。交流线路上任一点发生单相接地故障时,求解一侧重合后的换流母线电压,通过比较合于永久故障时两种重合时序下换流母线电压的大小,得到了影响重合时序的临界故障距离。进而剖析换流变分别为Y0/Y和Y0/D接线时网侧、阀侧换相电压间的关系,解析直流系统在不同控制模式下直流电压、直流功率、关断角等运行变量与换流母线电压间的变化关系,发现:换流站近端线路故障时,由使换流母线电压较高的一侧首先重合,可减少逆变侧的换相失败,提高直流电压和输送功率,减小重合于永久故障时对直流系统的再次冲击。  多视角下重合时序整定策略间的协调。以上工作分别从四个方面研究重合时序整定策略,角度和适用场景有所不同与侧重,存在一定关联和需要协调的地方。从风险的角度出发,提出了风险指标与重合时序灵敏度相结合的重合时序协调方法,并以暂态功角和暂态电压视角下的协调问题为例进行了仿真计算。
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