基于电压源换流器的三端直流输电系统的研究

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1、Y电力安全技术第18卷(2016年第5期)基于电压源换流器的三端直流输电系统的研究郭启伟，刘玉海，刘丙伟，任庆帅，田智勇，常高颂，胡姿屹(国网山东省电力公司检修公司，山东济南250118)[摘要]介绍了基于电压源换流器的三端直流输电系统的直流线路拓扑结构，推导了采用环形拓扑结构的三端直流输电系统在不同稳态运行工况下主导换流站有功潮流和各换流站直流电压的计算公式，并分析了调度中心在三端直流输电控制系统中的作用，最后仿真验证了在不同运行状况下三端直流输电系统的有功潮流和电压计算公式的准确性和可靠性。．[关键词]直流输电；电压源换流器；三端直流；拓扑结构0引言过电压／欠电压，需

2、要进行故障控制策略的设计。故障的判断一般采用基于本地的直流电压信号，其基于电压源换流器的高压直流输电(VSC—优点是可靠且不需要远程实时通信。为选取控制保HVDC)不同于传统的直流输电，在改变潮流方向护策略的各直流电压指令值和阈值，需要对各种稳时不仅能够保持直流电压极性不变，而且能够控制态运行情况下的VSC-TTDC系统各换流站直流电交流潮流和提供动态无功补偿。这种特点使得基于压和主导换流站有功潮流进行求解，以便为指令值电压源换流器的多端直流输电(VSC-MTDC)适用的选取提供可靠的基准值。于分布式发电并网、为大城市的多处负荷中心供电等中小功率应用领域。1VSC-TTD

3、C系统的拓扑结构当VSC-HVDC系统用于联结3个有源电网、2个分布式电源并网或向大城市的2个负荷中心供Vsc—TTDC系统的典型拓扑结构可以分为环电等时，可以采用基于电压源换流器的三端直流输形和星形2种，分别如图l(a)和l(b)所示。无论电(VSC—TTDC)系统。另外，从经济性和实用性采用哪种结构，必须有一个换流站作为主导换流站，的角度考虑，VSC-MTDC系统可以基于原有的双用于VSC-TTDC系统的直流电压控制。端VSC-HVDC系统进行分期扩建。因此，要建1．1环形拓扑结构分析成一个具有多端换流站的直流输电系统，首先需要环形拓扑结构的优点如下。建立一个可长期稳

4、定运行的三端直流输电系统，这(1)系统可靠性高。对每个换流站均有2条直是一种实用、经济的方案。流线路与其相连，即采用双端供电方式，且当其中为了维持VSC-TTDC系统的有功功率平衡和任意一条线路停运时仍能保证所有换流站的正常并直流电压稳定，必须有一端换流站采用定直流电压网运行。控制。当该换流站的交流侧电网发生故障时，电网(2)系统运行方式灵活。可通过直流线路开关电压跌落将导致其进人限流模式而失去直流电压控的开合，组成不同的拓扑结构，以满足不同应用场制。若换流站间没有通信或通信存在一定的延时，合的需求。其他换流站将保持有功功率传输不变，向直流线路(3)直流线路检修方便。当对

5、某一线路进行检注入或汲取有功功率，导致直流电压上升或下降，修时，不会影响到各换流站的正常并网运行。威胁直流系统的安全稳定运行。为了抑制这种暂态环形拓扑结构的缺点如下。一一第18卷(2016年第5期)电力安全技术Y(1)直流线路建设投资较大。2换流站直流电压和有功潮流的计算方法(2)环形结构使得换流站直流侧电压的计算变得复杂，不利于基于本地直流电压信号控制策略指换流站VSC1，VSC2和VSC3一般均采用2令值的整定。电平结构和分裂电容中点接地，换流站直流侧电压分别为，。以和_dc，流人换流站的交流有功功率分别为，和尸3。由于是针对稳态运行情况进行计算，故直流线路模型可以采

6、用电阻型集中参数等值电路表示，单位长度直流线路的电阻值为尺，线路长度如图l(a)所示。为方便分析，令图l(a)中的换流站VSC1作为定直流电压控制换流站其容量足够大且忽略纹波影响，即换流站VSC1的P3lBus3直流侧电压维持为恒定；VSC2和VSC3采用(a)环形拓扑结构定有功功率控制方式，且为无差调节。Bus2P研究中，已知量包括指令参考值和2，线路参数，。，L，和尺，以及换流站损耗率；未知量包括JF)，和。。直流线路的有功潮流可由上述量进行表述，假定所有工况均为稳定运行状态，可忽略谐波分量的作用。2．1正常运行时当线路正常运行时，根据节点处的有功潮流平，Bus3衡可

7、得：(b)星形拓扑结构(1一)P1JF)12+P131一一l晓一图1VSC-TTDC系统的直流拓扑结构(1一)P2=P2l+P23)(1)(1-)P3=P3+P]J1。2星形拓扑结构分析其中，为换流站损耗率，即换流站的交流并星形拓扑结构的优点如下。网点母线到直流母线的有功功率损耗与交流并网点(1)直流线路的建设投资比环形拓扑结构的要有功功率的比率；尸，，j=l，2，3)为从直流母线少，尤其是当一侧换流站与其他换流站距离较远时。_f处流向直流母线的直流功率，即直流线路厶，功(2)换流站直流侧电压的计算均与双端直流输率，其计算公式