混合直流输电系统拓扑结构及关键技术研究
我国一次能源与电力负荷中心呈现逆向分布，“西电东送”、“北电南送”是我国电力输送的重要特点。加之各区域电网地理跨距极大，电网结构复杂，运行方式多样。在这种条件下，采用交流输电实现电力大规模远距离输送存在容量受限、走廊不足以及稳定性等问题。因此，高压直流输电技术(LCC-HVDC)已被普遍认为是解决电力远距离输送的重要技术手段。进一步的，随着全球范围内风电、光伏等新能源发电并网输送的需求增加及其特殊的动态特性，造成交流输电和传统直流输电LCC-HVDC并网方案存在各种技术缺陷。而基于电压源型换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)技术，被认为是解决新能源发电的接入、传输和消纳的更优方案。混合直流输电能够将LCC-HVDC和VSC-HVDC的技术优势相结合，而合理的结合方法即混合直流输电系统的拓扑结构，是混合直流输电能否充分发挥技术优势的关键技术问题。本文以混合直流输电系统为主要研究对象，以其拓扑结构以及在新能源并网的应用为重点开展研究工作，并对多电平换流器的损耗分析软件和多端直流输电物理实验系统开发做了探索研究。 本研究主要内容包括：⑴对LCC-HVDC和VSC-HVDC的发展历史和工程建设情况做了简要回顾，针对混合直流输电的拓扑结构、混合多端直流输电和混合直流技术在风电并网的应用3个方面的研究现状进行了归纳和分析。⑵建立了VSC和LCC并联的混合多端直流输电系统模型，设计了系统的控制方法：风电场侧VSC采用交流电压控制，自动吸收波动的风电功率，电网侧LCC采用直流电压下垂控制，实现多点电压控制和直流功率分配；提出了风机与 LCC下垂控制协同的快速功率调制方法，可以实现风电场对受端交流电网的一次频率支撑；通过时域仿真，验证了混合多端系统的运行灵活性以及所提出控制方法的有效性。⑶提出了可以连接不同输电类型、不同电压等级直流系统的混合自耦DC变换器的拓扑，设计了其控制方法，分析了其运行原理；提出了VSC直流系统和LCC直流系统通过混合自耦变换器互联，构成多电压等级多端混合直流输电网络的拓扑；通过时域仿真，验证了该混合多端系统的稳态特性以及故障后重启控制方法的有效性，仿真验证了该拓扑在风电并网的2种应用方案。⑷提出了一种改进的VSC和LCC串联拓扑结构，将并联的VSC通过直流线路串联接入 LCC正负极换流站的接地极之间，介绍了该拓扑结构的技术优势和运行原理；提出了该拓扑在大规模风电直流汇集和多落点直流馈电的应用方法；通过时域仿真，验证了该拓扑的可行性。⑸提出了一种MMC电磁暂态仿真与解析公式相结合的阀损耗计算方法；设计了PSCAD/ EMTD与Matlab相接口的阀损耗计算平台；利用开发的软件计算平台，研究了MMC工频和高频运行下的功率损耗特性。⑹介绍了2电平VSC实验装置的开发过程，包括其主电路结构、检测与控制系统和软硬件保护设计等；将开发的3台VSC实验装置组成三端柔性直流输电物理模拟系统，并设计了每台VSC的控制方法；通过多种工况下的实验结果，验证了实验装置的运行特性以及实验系统的结构与控制方法的合理性和可行性。
电力网络;风电并网;直流输电;电力计算
华中科技大学
博士
电力系统及其自动化
程时杰;文劲宇
2015
中文
TM721.1;TM744
135
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）