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  • 智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)(五)高壓直流輸電

    2018-05-30 16:41:47 大云網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評論 (0)
    直流輸電是我個人比較偏好的一種輸電方式了,試作總結(jié)一二,主要是高壓直流輸電(HVDC)。  一、高壓直流輸電概述  高壓直流輸電:將...

      二、高壓直流輸電的一些原理

      關(guān)于換流器的原理就不展開了,很多電力電子內(nèi)容,主要總結(jié)下直流輸電控制方式。

      直流輸電控制系統(tǒng)的目標(biāo)是:

            1)保持直流功率、電壓、電流和控制角在穩(wěn)態(tài)值范圍內(nèi);

            2)限制暫態(tài)過電壓和過電流;

            3)交直流系統(tǒng)故障后,在規(guī)定的響應(yīng)時間內(nèi)平穩(wěn)地恢復(fù)送電。

      直流系統(tǒng)的主要優(yōu)勢就在于控制,其中也是比較復(fù)雜。

      直流輸電基本控制模塊:

      低壓限流控制(VDCOL):低壓限流環(huán)節(jié)的任務(wù)是在直流電壓或交流電壓跌落到某個指令值時對直流電流指令進(jìn)行限制。

      定電流控制(CCA):在極控制功能中定電流控制應(yīng)用最為廣泛。定電流控制的控制框圖如圖所示.在整流側(cè),定電流控制器的輸入量是電流整定值TM3與實(shí)際電流TM4的偏差。

      定熄弧角控制(AMAX):絕大多數(shù)直流工程的熄弧角定值都在15°~18°的范圍內(nèi),熄弧角這一變量可以直接測量,卻不能直接控制,只能靠改變換流器的觸發(fā)角來間接調(diào)節(jié)。熄弧角不僅與逆變側(cè)觸發(fā)角有關(guān),還取決于換相電壓和直流電流的大小。

      定電壓控制(VCAREG):在整流和逆變方式下都設(shè)置了定電壓控制功能模塊,這個控制器的功能是用于降壓運(yùn)行,但它也有利于正常方式運(yùn)行,其控制也采用的是PI調(diào)節(jié)方式。

      輔助控制模塊:

      分接頭控制(TCC):分接頭控制的目的是保持觸發(fā)角、熄弧角、直流電壓運(yùn)行在指定范圍內(nèi),分接頭控制的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)速度比較慢。

      無功功率控制(RPC):不同的直流工程,濾波器和電容器分成幾組,由電力開關(guān)進(jìn)行投切。

      一般情況下,1)當(dāng)兩側(cè)交流系統(tǒng)中的電壓波動不大時,整流側(cè)采用定電流控制,逆變側(cè)采用定熄弧角控制。2)為了快速、精確地調(diào)節(jié)功率,整流側(cè)采用定電流控制(或定功率控制),逆變側(cè)采用定直流電壓控制。

      原因在于:整流側(cè)用定電流控制可以控制觸發(fā)角根據(jù)負(fù)載改變,定電壓控制保持逆變側(cè)觸發(fā)角恒定,這樣傳輸電流即功率傳輸大小可以通過整流側(cè)觸發(fā)角來控制.不過當(dāng)整流側(cè)觸發(fā)角達(dá)到最小值(大概5°),就不能繼續(xù)用定電流控制了,整流側(cè)觸發(fā)角只能恒定,也會變成定電壓控制了。

      這塊和運(yùn)行關(guān)系緊密,里面內(nèi)容挺復(fù)雜,自己也不是特別熟悉,只是總結(jié)個皮毛。

           三、高壓直流輸電系統(tǒng)分析的一些要點(diǎn)

      1)換相失敗

      換相失敗是直流系統(tǒng)比較關(guān)鍵且常見的故障。

      當(dāng)換流器做逆變運(yùn)行時,從被換相的閥電流過零算起,到該閥重新被加上正向電壓為止這段時間所對應(yīng)的角度,也稱為關(guān)斷角(熄弧角)。如果關(guān)斷角太小,以致晶閘管閥來不及完全恢復(fù)正常阻斷能力,又重新被加上正向電壓,它會自動重新導(dǎo)通,于是將發(fā)生倒換相過程,其結(jié)果將使該導(dǎo)通的閥關(guān)斷,而應(yīng)該關(guān)斷的閥繼續(xù)導(dǎo)通,稱為換相失敗。

      換相失敗主要原因是交流系統(tǒng)故障,其使得逆變側(cè)換流母線電壓下降。在一定的條件下,有些換相失敗可以自動恢復(fù)。但是如果發(fā)生兩次或多次連續(xù)換相失敗,換流閥就會閉鎖,中斷直流系統(tǒng)的輸電通道,在嚴(yán)重的情況下可能會出現(xiàn)多個逆變站同時發(fā)生換相失敗,甚至導(dǎo)致電網(wǎng)崩潰。

      換相重疊角的影響:當(dāng)β>γ時,換相結(jié)束時,晶閘管能承受反壓而關(guān)斷。如果β<γ時(從圖右下角的波形中可清楚地看到),該通的晶閘管(VT2)會關(guān)斷,而應(yīng)關(guān)斷的晶閘管(VT1)不能關(guān)斷,最終導(dǎo)致逆變失敗。

      2)無功補(bǔ)償

      直流系統(tǒng)的無功計(jì)算,也是要分為常規(guī)計(jì)算和系統(tǒng)仿真兩部分。

      采用普通晶閘管換流閥進(jìn)行換流的高壓直流輸電換流站,一般均采用電網(wǎng)電源換相控制技術(shù),其特點(diǎn)是換流器在運(yùn)行中要從交流系統(tǒng)吸取大量的無功功率。與交換的有功功率成正比,在額定工況時整流裝置所需的無功功率約為有功功率的30%~50%,逆變裝置約為40%~60%。

      常規(guī)計(jì)算的話,換流器消耗的無功功率可由下式表示:

      P為換流器直流側(cè)功率,MW;φ為換流器的功率因數(shù)角;μ為換相角;α為整流器觸發(fā)角。當(dāng)換流器以逆變方式運(yùn)行時,式中的α用γ代替,γ為逆變側(cè)關(guān)斷角。

      當(dāng)然具體工程中,無功配置還涉及各種無功分組方案的比較,感性和容性都要考慮,但一般來說感性無功主要考慮小負(fù)荷方式無功過剩情況,很多時候計(jì)算出來是不需要配的。

      然后就是系統(tǒng)仿真校核工作,就是用電力軟件仿真各種工況下穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)的運(yùn)行情況,故障方式下的穩(wěn)定情況。

      提供所需無功功率最節(jié)省的方法是使用并聯(lián)電容器組。既然無功隨著所傳輸?shù)闹绷鞴β首兓捅仨毺峁┛汕袚Q的適當(dāng)容量的電容器組,以便穩(wěn)態(tài)直流電壓在各種負(fù)荷水平下保持在可接受范圍(通常±5%)。如果發(fā)電機(jī)在直流端附近,則對處理部分無功功率需求和保持穩(wěn)態(tài)電壓在可接受范圍內(nèi)是很有用處的。對于弱交流系統(tǒng),或許有必要以靜止無功補(bǔ)償器(SVC)或靜止同步補(bǔ)償器(STATCOM)提供無功補(bǔ)償。

      3)諧波抑制

      換流器在交流側(cè)和直流側(cè)都要產(chǎn)生高次諧波。換流裝置對于交流側(cè)是一個諧波電流源,對于直流側(cè)則是一個諧波電壓源。交流側(cè)特征諧波舉例如下。

      在理想工況的運(yùn)行下,系統(tǒng)存在特征諧波。但是實(shí)際直流輸電工程的運(yùn)行工況不可能是理想的,因此還存在非特征諧波。

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    責(zé)任編輯:電朵云

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