文章目录

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

    1.2.1 电力系统黑启动阶段HVDC启动条件分析

    1.2.2 HVDC参与电力系统恢复的静态电压稳定性研究现状

    1.2.3 HVDC换相失败及直流功率恢复控制的研究现状

1.3 目前研究存在的问题

1.4 本文的主要工作

第2章 多馈入直流系统参与恢复的HVDC启动条件

2.1 引言

2.2 多馈入直流系统参与恢复的HVDC启动分析

    2.2.1 短路容量计算单馈入直流系统启动交流电压变化的原理

    2.2.2 多馈入等效短路容量的定义和推导

2.3 HVDC无功电压特性的计算和分析

    2.3.1 HVDC三种控制方式的无功电压特性

    2.3.2 HVDC三种控制方式对交流电压变化的影响

2.4 多馈入直流系统的HVDC启动条件

    2.4.1 HVDC启动的电压安全约束

    2.4.2 HVDC启动的频率安全约束

    2.4.3 HVDC启动的其他安全问题

2.5 算例分析

    2.5.1 算例初始条件

    2.5.2 HVDC启动的仿真和计算结果分析

2.6 本章小结

第3章 多馈入直流系统的静态电压稳定性和恢复方案优化

3.1 引言

3.2 多馈入直流系统最小负荷裕度计算

    3.2.1 多馈入直流系统的负荷裕度计算

    3.2.2 最小负荷裕度的迭代求解

    3.2.3 HVDC输送功率对最小负荷裕度的影响

3.3 多馈入直流系统直流功率极限恢复量计算

    3.3.1 直流功率极限恢复量的判定条件

    3.3.2 直流功率极限恢复量的计算方法

3.4 算例分析

    3.4.1 最小负荷裕度评估电压稳定水平的有效性验证

    3.4.2 直流功率极限恢复量计算方法的有效性验证

3.5 本章小结

第4章 多馈入直流系统功率恢复控制的安全校验与协调优化

4.1 引言

4.2 直流功率恢复控制导致换相失败机理分析

    4.2.1 导致HVDC换相失败的因素

    4.2.2 直流功率恢复控制导致换相失败的仿真分析

    4.2.3 直流功率恢复控制的换相失败约束

4.3 多馈入直流系统功率恢复控制的协调优化

    4.3.1 目标函数

    4.3.2 约束条件

    4.3.3 优化模型的求解方法

4.4 算例分析

    4.4.1 IEEE-39系统算例

    4.4.2 换相失败约束有效性分析

    4.4.3 恢复控制优化结果的有效性验证

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况

学位论文评阅及答辩情况表

文章摘要:随着电力需求的迅速增长和对电网经济性的要求,电力系统趋近于极限运行状态,导致大停电事故时有发生。为减少大停电的损失,对电力系统快速安全恢复的研究是十分必要的。特别是随着近年来特高压直流输电工程快速建设,负荷密集地区已形成多条直流馈入的格局,有必要对多馈入直流系统如何参与恢复、相关安全约束和控制策略进行研究。直流输电系统启动迅速,升功率快,有利于加快电力系统的恢复进程,但也引入了风险因素。直流输电系统的运行与交流电压密切关联,如果恢复过程调控不当,将产生电压越限,稳定性丧失以及换相失败等安全问题。本文针对直流输电系统的启动阶段和功率恢复阶段存在的电压安全问题进行研究,给出安全约束并提出优化控制策略,以实现多馈入直流系统安全参与恢复,加快恢复的进程。论文的主要工作和创新点介绍如下:1)提出一种计及直流输电系统无功电压特性的多馈入等效短路容量指标,以准确衡量直流系统启动时的无功冲击对交流电压的影响,并针对多馈入直流系统参与恢复场景给出直流系统启动条件。首先对传统短路容量指标计算电压变化机理进行分析,类比给出多馈入等效短路容量的定义;推导直流输电系统三种控制方式的无功电压特性表达式,用于修正节点电抗矩阵,进而利用自阻抗参数计算换流母线的多馈入等效短路容量,克服了传统短路容量无法考虑馈入交流网络电力元件特性的弊端;结合多馈入等效短路容量给出了多馈入直流系统参与恢复时,各直流系统的完整启动条件。对实际算例的仿真分析证实了多馈入等效短路容量的准确性和约束条件的实用性。2)提出一种准确反映交直流系统当前运行点全局电压稳定水平的最小负荷裕度指标,并计算多馈入直流系统的最优功率恢复方案,在满足电压稳定性要求的前提下直流功率恢复量达到最大。首先推导了计及直流输电系统运行特性的负荷裕度求解方法,并通过电压稳定边界面的法向量修正负荷增长方向得到最小负荷裕度,全局反映交直流系统当前运行点与电压稳定域边界的“距离”;分析交直流系统电压稳定域的几何特征获取最优恢复点的条件,进而计算电压稳定条件下的直流功率最大恢复量和最优恢复计划。通过算例验证了最小负荷裕度反映电压稳定水平的可靠性和最优恢复计划的有效性。3)针对直流功率过快恢复导致的换相失败问题,推导防止换相失败的直流电流设定值最大变化量约束,并给出多馈入直流系统参与恢复的直流功率渐进协调恢复控制方法。首先通过电磁暂态仿真得到了直流输电系统功率调控瞬间的电气量变化,分析各电气量对逆变器关断角的影响,发现直流升功率控制时的直流电流设定值改变过大为换相失败的主因,进而推导了升功率控制的换相失败约束;以直流功率缺额对时间的积分最小作为优化目标并考虑换相失败约束、控制时限约束和潮流约束,优化协调各直流系统的功率恢复控制,得到分多步进行的协调恢复控制序列。仿真显示优化方法给出的控制序列对保证直流功率安全平稳恢复具有一定的作用。