特高壓直流分層接入工程主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)的分析與計(jì)算

2016-02-16 02:16:50苗立俐朱坤琳溫渤嬰

電力建設(shè) 2016年2期

關(guān)鍵詞：換流器特高壓層間

苗立俐，朱坤琳，溫渤嬰

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京市 100083; 2.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京市 100031)

特高壓直流分層接入工程主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)的分析與計(jì)算

苗立俐1，朱坤琳2，溫渤嬰1

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京市 100083; 2.國(guó)網(wǎng)北京市電力公司，北京市 100031)

在高壓直流工程規(guī)劃設(shè)計(jì)初期，需要對(duì)主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。首先把特高壓直流分層接入系統(tǒng)簡(jiǎn)化為2個(gè)單層系統(tǒng)，歸納了單層工程主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算方法。分析證明了低功率情況下提高換流器無(wú)功消耗的2種方法，相應(yīng)地提出2種無(wú)功校驗(yàn)算法。在低功率情況下，分層工程若一個(gè)系統(tǒng)由于無(wú)功要求需提升直流電流，則會(huì)導(dǎo)致各系統(tǒng)無(wú)功校驗(yàn)后的直流電流不一致。針對(duì)此問(wèn)題，提出了層間計(jì)算的解決方法。取各層系統(tǒng)直流電壓的最低值作為層間控制電壓，用此電壓調(diào)整換流器的其他控制參數(shù)。調(diào)整后關(guān)斷角、理想空載直流電壓和換流器無(wú)功消耗的變化規(guī)律用Matlab分析給出。最后，用算例進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性分析，驗(yàn)證了本文提出算法的合理有效性。

特高壓直流分層接入工程；低功率；無(wú)功校驗(yàn)；層間計(jì)算；主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)

0 引言

特高壓直流輸電系統(tǒng)因傳輸容量大、電壓等級(jí)高和傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)迅速發(fā)展[1]。特高壓直流輸電分層接入工程是在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展的，具有系統(tǒng)短路比相對(duì)增大，電壓支撐能力提升，潮流調(diào)節(jié)更加靈活等優(yōu)點(diǎn)[2]。目前在規(guī)劃建設(shè)中的特高壓分層接入工程可達(dá)到直流電壓±1 100 kV，輸送功率12 000 MW[3]?？梢灶A(yù)見，特高壓分層接入工程在未來(lái)電網(wǎng)中占據(jù)重要的地位。

直流輸電系統(tǒng)主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算的目的是在已知額定理想空載直流電壓、分接頭檔位范圍、額定交流電壓等系統(tǒng)條件下，計(jì)算在各種工況下直流側(cè)和交流側(cè)的運(yùn)行參數(shù)，以初步判斷控制角、理想空載直流電壓、分接頭的運(yùn)行狀況，初步計(jì)算各種工況下的無(wú)功消耗，繼而為無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配備和交流濾波器的設(shè)計(jì)等后續(xù)工作提供參考。文獻(xiàn)[4-8]介紹了常規(guī)直流輸電工程的主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算方法。但現(xiàn)有文獻(xiàn)未針對(duì)特高壓分層接入工程的穩(wěn)態(tài)參數(shù)進(jìn)行過(guò)討論。文獻(xiàn)[9] 通過(guò)PSCAD/EMTDC仿真得出，各分層交流系統(tǒng)間無(wú)功耦合程度較弱，可以按系統(tǒng)進(jìn)行濾波器配備和無(wú)功平衡。因此本文探索把分層工程拆分為單層工程計(jì)算的可行性。

為保證直流電流不發(fā)生電流斷續(xù)，一般要求直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β什坏陀陬~定值的10%[1]。在直流工程送端機(jī)組初始投產(chǎn)時(shí)期或送端水電站進(jìn)行季節(jié)性輸送功率調(diào)節(jié)等情況下，直流系統(tǒng)會(huì)運(yùn)行在額定功率0.1 pu起始的較低功率范圍內(nèi)。此時(shí)，直流電流較小，換流器的無(wú)功消耗也偏小，由于絕對(duì)最小濾波器的要求，在不采取措施的情況下直流系統(tǒng)會(huì)向交流系統(tǒng)倒送無(wú)功功率，這種狀態(tài)稱之為低功率運(yùn)行。低功率運(yùn)行時(shí)，由于無(wú)功要求可能存在一個(gè)系統(tǒng)被迫提升直流電流，導(dǎo)致各層系統(tǒng)直流電流不一致的情況，而串聯(lián)的換流器通過(guò)的直流電流是相同的。此時(shí)需探討系統(tǒng)最終將穩(wěn)定在何種運(yùn)行狀態(tài)，以及如何進(jìn)行此情況下的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算。

本文將針對(duì)特高壓分層接入工程，探討一種適用于各工況的計(jì)算方法，著重討論低功率情況的層間計(jì)算問(wèn)題，并得到相應(yīng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)。

1 分層接入工程的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

特高壓直流分層接入工程是指將受端兩極的雙12脈動(dòng)換流器經(jīng)高、低端換流變分別連于不同交流系統(tǒng)接線方式下的直流輸電工程[3]。其無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備也分別接入各交流系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 特高壓直流分層接入方式Fig.1 UHVDC hierarchical connection mode

將分層系統(tǒng)等效為直流電流相同的2個(gè)單層系統(tǒng)，如圖2、3所示。2個(gè)單層等效系統(tǒng)的直流線路電阻和接地電阻各占分層系統(tǒng)的一半。

圖2 系統(tǒng)AFig.2 System A

圖3 系統(tǒng)BFig.3 System B

分層工程的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算可以對(duì)各層系統(tǒng)分別進(jìn)行，本文稱其為穩(wěn)態(tài)參數(shù)常規(guī)計(jì)算。常規(guī)計(jì)算時(shí)逆變側(cè)各系統(tǒng)的傳輸功率、直流電壓之和等于特高壓分層接入工程的總傳輸功率、總直流電壓[10]，一般情況下各取一半。

2 穩(wěn)態(tài)參數(shù)常規(guī)計(jì)算

2.1 基本流程

分層接入方式指的是受端分層，本節(jié)以逆變側(cè)為例進(jìn)行闡述，整流側(cè)同理。本文所有下標(biāo)R代表整流側(cè)，下標(biāo)I代表逆變側(cè)，下標(biāo)N代表額定值。需要依次計(jì)算以下各穩(wěn)態(tài)參數(shù)[4-8]：

Id=PdR/UdR

(1)

式中：Id為直流電流，kA；PdR為整流側(cè)單極傳輸有功功率， MW；UdR為整流側(cè)直流電壓， kV。

PdI=PdR-Id2·Rd

(2)

式中：PdI為逆變側(cè)單極傳輸有功功率， MW；Rd為單極直流線路電阻， Ω。

UdI=PdI/Id

(3)

式中UdI為逆變側(cè)直流電壓， kV。

(4)

式中：Udi0I為逆變側(cè)理想空載直流電壓， kV；n為UdI對(duì)應(yīng)的6脈動(dòng)換流器個(gè)數(shù)；dxI為換流器相對(duì)感性壓降；drI為換流器相對(duì)阻性壓降；IdN為額定直流電流，kA；Udi0NI為額定理想空載直流電壓， kV ；UTI為換流器正向?qū)▔航担?kV；γ為關(guān)斷角，rad。

(5)

式中μI為換相角，rad。

換流器總是充當(dāng)交流系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷，12脈動(dòng)換流器消耗的無(wú)功功率QdcI滿足關(guān)系：

(6)

進(jìn)行完初步計(jì)算之后需進(jìn)行無(wú)功校驗(yàn)。

2.2 無(wú)功校驗(yàn)的必要性

無(wú)功控制的目的在于保證

ΔQ=Qf-Qr-Qdc-Qac=0

(7)

式中：ΔQ為交直流系統(tǒng)無(wú)功不平衡量，Mvar；Qf為投入濾波器電容器的無(wú)功總量，Mvar；Qr為投入電抗器的無(wú)功總量，Mvar；Qac為交流系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率，Mvar。

高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功控制時(shí)，在無(wú)功不平衡量不為0時(shí)，首先考慮的是投切無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償[11]。在直流系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由于濾波要求，如式(8)，有絕對(duì)最小濾波器容量Qfmin的限制[12-13]，Qf≥Qfmin；交流系統(tǒng)無(wú)功吸收能力有限，Qac≤Qacmax；一般在直流系統(tǒng)可以進(jìn)行提高無(wú)功消耗的情況下盡量不配備電抗器[14]，系統(tǒng)配備電抗器的總?cè)萘坑洖镼rmax，有Qr≤Qrmax。所以要求Qdc≥Qdcmin，以維持系統(tǒng)的無(wú)功平衡[15]，Qdcmin為換流器最小無(wú)功消耗。

Qdcmin=Qfmin-Qrmax-Qacmax

(8)

2.3 提高換流器無(wú)功消耗的方法

低功率運(yùn)行時(shí)因直流電流較小，換流器無(wú)功消耗Qdc一般偏小，此時(shí)需要研究提高Qdc的方法。

由式(6)可知，QdcI和Udi0I、Id、γ、μI都有關(guān)，為簡(jiǎn)化分析，在定功率控制的情況下，分Id不變和Id改變2種情況討論。

2.3.1 調(diào)節(jié)控制角和分接頭檔位

在直流工程運(yùn)行過(guò)程中一般應(yīng)保證系統(tǒng)的傳輸直流電壓，因此在分接頭有調(diào)節(jié)能力時(shí)優(yōu)先進(jìn)行分接頭調(diào)整，此時(shí)Id不變。

現(xiàn)有文獻(xiàn)一般靠提高Id來(lái)提高QdcI[15-16]。本文提出在Id不變情況下，提高Udi0I和γ也可以提高QdcI。證明過(guò)程見附錄A。

由于分接頭檔位數(shù)和設(shè)備耐壓參數(shù)的限制，理想空載直流電壓Udi0有限值[Udi0 min，Udi0 max]，此方法提升無(wú)功消耗能力有限。當(dāng)Udi0碰上限時(shí)，由于式(4)的約束，無(wú)法繼續(xù)通過(guò)提高γ來(lái)提高QdcI。若此時(shí)換流器無(wú)功消耗仍不足，需提高Id來(lái)進(jìn)一步提高QdcI。

2.3.2 調(diào)節(jié)控制角和直流電流

文獻(xiàn)[15]證明了當(dāng)Id增大，γ增大，Udi0I不變時(shí)QdcI會(huì)大幅度增大，本文不再贅述。

綜上，常用的提高QdcI的組合為：(1)Id不變，增大γ和Udi0；(2)Udi0不變，增大γ和Id。

通常為保證直流電壓一定，在分接頭有調(diào)節(jié)能力時(shí)優(yōu)先選用方式(1)提高換流器的無(wú)功消耗，當(dāng)Udi0碰上限時(shí)改用方式(2)。

2.4 無(wú)功校驗(yàn)的算法

若式(6)計(jì)算出的QdcI小于式(8)的Qdcmin，則保持原來(lái)的UdI，令QdcI=Qdcmin。利用牛頓拉夫遜法求解方程組(9)[8]，重新計(jì)算Udi0I、γ、μI。狀態(tài)變量X1=(Udi0IγμI)T。

(9)

若計(jì)算結(jié)果的Udi0I在范圍內(nèi)，則無(wú)功校驗(yàn)結(jié)束。此時(shí)對(duì)應(yīng)方式(1)。

若計(jì)算結(jié)果的Udi0I不在范圍內(nèi)，則令QdcI=Qdcmin，Udi0I為Udi0I的限值，提高Id，重新計(jì)算。狀態(tài)變量X2=(UdIγμI)T。此時(shí)對(duì)應(yīng)方式(2)。

至此無(wú)功校驗(yàn)結(jié)束，穩(wěn)態(tài)參數(shù)常規(guī)計(jì)算完成。

3 穩(wěn)態(tài)參數(shù)層間計(jì)算

3.1 層間計(jì)算的必要性

圖1—3所示分層工程各層系統(tǒng)進(jìn)行常規(guī)計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)表1所示的4種情況。當(dāng)出現(xiàn)情況2、3、4時(shí)改用方式(2)，單獨(dú)考慮2個(gè)受端系統(tǒng)，常規(guī)計(jì)算后各層系統(tǒng)的直流電流會(huì)被迫調(diào)整為不相同，而串聯(lián)的換流器直流電流相等,一個(gè)系統(tǒng)由于無(wú)功控制使直流電流發(fā)生改變將影響到另一個(gè)換流器的運(yùn)行參數(shù)。此時(shí)需要探究系統(tǒng)最終將穩(wěn)定在何種狀態(tài)。本文提出此種情況下需進(jìn)行層間計(jì)算。

表1 各系統(tǒng)常規(guī)計(jì)算時(shí)Udi0的碰限狀況

Table 1Udi0condition under each general calculation

3.2 層間計(jì)算方法

層間計(jì)算和常規(guī)計(jì)算的思路基本相同，主要在于如何進(jìn)行層間調(diào)控保證各層系統(tǒng)直流電流Id相等。傳輸至受端2個(gè)系統(tǒng)的有功功率相同時(shí)，Id相等意味著2個(gè)換流器的直流電壓Ud相同。

(1)確定層間控制電壓Ud_c

由2.3節(jié)反推，若層間控制電壓Ud_c大于換流器的常規(guī)控制電壓Ud_g，則會(huì)計(jì)算出換流器無(wú)功消耗不足的結(jié)果。所以，取各層系統(tǒng)中常規(guī)計(jì)算的最低直流電壓作為Ud_c。

(2)確定需要調(diào)整參數(shù)的換流器m

若該換流器的Ud_g=Ud_c，則不再調(diào)整；若該換流器的Ud_g>Ud_c，則此換流器需要調(diào)整參數(shù)。對(duì)應(yīng)表1情況2時(shí)m為B，情況3時(shí)m為A。

(3)計(jì)算換流器m的控制參數(shù)

根據(jù)常規(guī)計(jì)算未進(jìn)行方式(1)和方式(2)調(diào)整時(shí)是否滿足Qdc≥Qdcmin的要求，分2種情況。

1)Qdc≥Qdcmin

這類情況下，常規(guī)計(jì)算有γ=γN。降壓工況γ會(huì)大于γN，但降壓工況不會(huì)出現(xiàn)Udi0I碰上限的狀況，故不會(huì)進(jìn)入到層間計(jì)算環(huán)節(jié)。所以，若進(jìn)入到層間計(jì)算環(huán)節(jié)，并滿足Qdcmin的要求，則有γ=γN。

用Ud_c、Pd_m和γN按式(4)—(6)重新計(jì)算換流器m的各控制參數(shù)。其中，Pd_m為換流器m傳輸?shù)挠泄β?，Udi0_m、γ_m、μ_m、Qdc_m類似。

2)Qdc

用Ud_c、Pd_m和Qdcmin以牛頓拉夫遜法按方程組(9)重新調(diào)整此換流器的各控制參數(shù)。

各情況下的確定量和待定量如表2所示。

3.3 層間計(jì)算后參數(shù)變化規(guī)律

(1)有功功率PdI

表2 層間計(jì)算的確定量和待定量

Table 2 Constants and variables under calculation between layers

(2)換流器參數(shù)γ、Udi0I、QdcI

下面討論層間計(jì)算后換流器m的參數(shù)變化規(guī)律，即分析定功率情況下降低直流電壓的影響。按常規(guī)計(jì)算未進(jìn)行方式1和方式2調(diào)整時(shí)是否滿足Qdc≥Qdcmin的要求，分2種情況。

1)Qdc≥Qdcmin

由前面分析可知，此種情況下，常規(guī)計(jì)算有γ=γN。此時(shí)UdI下降，γ不變，根據(jù)式(4)，因Udi0I主要受UdI的影響，Id作用在相對(duì)感性壓降部分影響很小，所以Udi0I降低。Udi0I降低后若沒(méi)有碰到最低限值，則層間計(jì)算后γ=γN，否則γ增大。

令特高壓分層接入工程單極額定傳輸功率PdNR=5 000 MW，UdNR=800 kV，Rd=4.658 Ω，dxI=10%，drI=0.3%，UTI=0.3 kV，γ=γN=17°，Udi0NI=223.93 kV。當(dāng)單極傳輸功率PdR=500 MW時(shí)，Id從0.625 kA增大到0.9 kA，相應(yīng)的UdI從797.09 kV下降到551.36 kV。用上述數(shù)據(jù)計(jì)算QdcI。在Matlab中繪制QdcI-Id圖形，如圖4所示。

圖4 QdcI隨Id變化曲線Fig.4 QdcI-Id curve

可見，當(dāng)PdR一定，Id增大，γ=γN時(shí)，QdcI是上升的，QdcI-Id是近似于線性的非線性關(guān)系。當(dāng)Udi0I降低后碰到下限，γ增大時(shí)，QdcI由于γ增大的影響會(huì)更加上升。

2)Qdc

仍以前述數(shù)據(jù)計(jì)算，γ調(diào)整為[17°, 40°]的范圍，計(jì)算相應(yīng)的Udi0I和μI，繼而計(jì)算出QdcI，如圖5所示。

圖5 QdcI隨Id,γ變化曲線Fig.5 QdcI-Id/γ curve

由圖可見，對(duì)于任意一個(gè)γ，隨Id增大，QdcI都是增大的；對(duì)任意一個(gè)Id，隨γ增大，QdcI也是增大的。層間計(jì)算后Id增大，所以，對(duì)于相同的QdcI，總有一個(gè)較常規(guī)計(jì)算小的γ滿足要求，層間計(jì)算后γ減小(由于換流器無(wú)功消耗的要求，γ仍比額定控制角大)?？梢娪捎贗d增大的影響，提升QdcI至要求值時(shí)，γ可以較常規(guī)計(jì)算時(shí)少增大一些。由式(4)可知，UdI和γ均減小，Udi0I也變小。

綜上，在定功率控制模式下，層間計(jì)算后被調(diào)整的換流器參數(shù)較常規(guī)計(jì)算變化如下：PdI、UdI、Udi0I均下降，若常規(guī)計(jì)算不需提高Qdc，則QdcI上升，γ不變或增大；若常規(guī)計(jì)算需采取措施提高Qdc，則QdcI不變，γ降低。

4 實(shí)例分析

4.1 穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算

模擬工程單極PdNR=5 000 MW，額定直流電壓UdNR=800 kV，單極大地工況電阻(直流線路電阻與接地電阻之和)Rd=6 Ω，額定觸發(fā)角αN=15°，額定關(guān)斷角γN=17°。系統(tǒng)參數(shù)見表3。整流側(cè)兩換流器相同，各交流系統(tǒng)的絕對(duì)最小濾波器個(gè)數(shù)均為2，各換流器dr=0.3%，UT=0.3 kV。

按2.1節(jié)中的方法進(jìn)行單極大地全壓正送工況計(jì)算，結(jié)果如圖6—8所示。各圖左下部分有遞增趨勢(shì)的曲線代表μ，有與橫軸平行趨勢(shì)的線代表控制角α/γ。各圖右下部分曲線代表Qdc，曲線下方的折線代表濾波器投入(電抗器切除)過(guò)程，曲線下方折線代表濾波器切除(電抗器投入)過(guò)程。低功率部分的計(jì)算結(jié)果見附表1—4，經(jīng)驗(yàn)證符合方程組(9)。

表3 模擬工程系統(tǒng)參數(shù)

Table 3 System parameters of simulated engineering

圖6 整流器Fig.6 Rectifier

圖7 接500 kV系統(tǒng)的逆變器Fig.7 Inverter to 500 kV system

4.2 穩(wěn)態(tài)參數(shù)分析

由圖7、圖9低功率部分可知，接500 kV系統(tǒng)逆變器的Qdcmin為： (245×2-60×2-190)Mvar=180 Mvar。為滿足Qdcmin的要求，此換流器采用了增大γ，降低UdI的措施。而接1 000 kV系統(tǒng)的逆變器的Qdcmin為(350×2-240×2-286) Mvar=-66 Mvar，在常規(guī)計(jì)算時(shí)滿足Qdc≥Qdcmin的要求，不需進(jìn)行方式(1)和方式(2)的調(diào)整。

但此時(shí)接2個(gè)系統(tǒng)的逆變器計(jì)算出的直流電壓、直流電流不同，需進(jìn)行層間計(jì)算。因接500 kV系統(tǒng)逆變器的降壓情況較為嚴(yán)重，調(diào)整接1 000 kV系統(tǒng)的逆變器直流電壓至與前者相同。圖9所示過(guò)程在實(shí)際運(yùn)行中不會(huì)穩(wěn)定存在，只是計(jì)算過(guò)程的一個(gè)中間步驟。

圖8 接1 000 kV系統(tǒng)的逆變器Fig.8 Inverter to 1 000 kV system

在層間計(jì)算中，用確定的傳輸功率和層間控制電壓重新計(jì)算接1 000 kV系統(tǒng)逆變器的其他控制參數(shù)，最終穩(wěn)定在圖8狀態(tài)。由附表3和附表4的數(shù)據(jù)可知，調(diào)整后受端系統(tǒng)傳輸有功功率PdI變化量?jī)H為0.2 MW左右，不會(huì)對(duì)有功功率傳輸?shù)姆€(wěn)定性造成較大影響，符合3.3節(jié)(1)的分析。從圖8和圖9的對(duì)比可以看出，層間計(jì)算后UdI下降，Udi0I下降，并且由于分接頭檔位限制Udi0I碰下限，γ上升，QdcI上升，與3.3節(jié)(2)中1)的分析一致。由附表3和附表4可以看出調(diào)整后的換流器各參數(shù)仍在合理范圍內(nèi)，不會(huì)造成逆變器繼發(fā)換相失敗等嚴(yán)重問(wèn)題。

圖9 接1 000 kV系統(tǒng)的逆變器(層間計(jì)算前)Fig.9 Inverter to 1000 kV system (before the layers calculation)

4.3 方法評(píng)價(jià)

此方法解決了特高壓直流分層接入工程主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)常規(guī)計(jì)算后各層系統(tǒng)直流電流不一致的問(wèn)題。經(jīng)層間計(jì)算后，常規(guī)計(jì)算不需降壓的換流器被迫降壓，會(huì)引發(fā)控制角增大，產(chǎn)生諧波增加[17]，無(wú)功消耗增加等問(wèn)題。但對(duì)于分層系統(tǒng)而言，各層系統(tǒng)的條件不一致，導(dǎo)致運(yùn)行狀態(tài)不一致屬正?，F(xiàn)象。此方法綜合考慮了有功功率傳輸?shù)姆€(wěn)定性和無(wú)功功率不平衡量對(duì)交流電壓的影響，在濾波器、電抗器等無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備配置合適的情況下，可得到各運(yùn)行參數(shù)在控制范圍內(nèi)的合理結(jié)果，符合電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

5 結(jié) 論

本文給出了特高壓直流分層接入工程的主回路穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算的完整方法：把分層工程拆分為2個(gè)單層工程分別進(jìn)行常規(guī)計(jì)算，若無(wú)功校驗(yàn)進(jìn)入到方式(2)，則繼續(xù)進(jìn)行層間計(jì)算。通過(guò)對(duì)實(shí)例分析，說(shuō)明了計(jì)算方法合理有效，對(duì)實(shí)際工程的前期設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義。得出的主要結(jié)論如下。

(1)2種無(wú)功校驗(yàn)的算法對(duì)應(yīng)2種提高換流器無(wú)功消耗的方式。方式(1)為調(diào)節(jié)控制角和換流變分接頭，方式(2)為調(diào)節(jié)控制角和直流電流。在分接頭有調(diào)節(jié)能力時(shí)優(yōu)先進(jìn)行方式(1)控制，否則轉(zhuǎn)為方式(2)。在低功率運(yùn)行時(shí)，常規(guī)計(jì)算進(jìn)入方式(2)后需進(jìn)行層間計(jì)算。

(2)層間計(jì)算時(shí)，控制電壓應(yīng)取常規(guī)計(jì)算各層系統(tǒng)電壓的最低值。常規(guī)控制電壓不等于層間控制電壓的換流器需按層間控制電壓和確定的傳輸功率重新調(diào)整參數(shù)。

(3)層間計(jì)算后，換流器較常規(guī)計(jì)算的變化為：PdI、UdI、Udi0I均下降，若常規(guī)計(jì)算滿足QdcminI的要求，則QdcI上升，γ不變或增大；若常規(guī)計(jì)算需采取措施提高無(wú)功消耗，則QdcI不變，γ降低。

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(編輯劉文瑩)

附錄A

PdR、Id不變時(shí)，由式(2)得PdI不變，由式(3)得UdI不變。由式(4)知，當(dāng)UdI不變時(shí)，提高γ，Udi0I也得到提升。

QdcI和PdI的關(guān)系滿足式(A1)。

QdcI=PdI·tanφI

(A1)

其中φI為功率因數(shù)角(°)，滿足式(A2)[1]。

(A2)

式(A2)記為f3(φI)=cosφI=f2(γ,μI)，則

(A3)

由式(A1)、(A3)可知，γ增大，QdcI增大。

附錄B

表B1 整流器

Table B1 Rectifier

Analysis and Calculation of Main Circuit Steady-State Parameters of UHVDC Transmission System with Hierarchical Connection Mode

MIAO Lili1, ZHU Kunlin2, WEN Boying1

(1.College of Information and Electrical Engineering, China Agricultural University, Beijing 10083, China;2.State Grid Beijing Electric Power Company, Beijing 100031, China)

It is necessary to calculate the main circuit steady-state parameters at the beginning of the planning and design of HVDC projects. Firstly, this paper simplifies UHVDC transmission system with hierarchical connection mode into two single-layer systems, and concludes the method of main circuit steady-state parameters calculation for single-layer system. Then we analyze two ways to increase the reactive power of converters during low power transmission and present the corresponding reactive power validations. If the DC current increases due to its reactive power requirement in one system, the DC current through the hierarchical systems after reactive power validation will be different in low power condition. Aiming at this problem, we propose calculation between layers as a solution. The lowest DC voltage across the converters of hierarchical systems is selected to be the control voltage between layers, the other control parameters of the converters are adjusted according to this voltage. We analyze the changing characteristics of extinction angle, ideal no-load DC voltage, as well as the reactive power consumption of converter after adjustment with using Matlab. At last, we analyze the steady-state operating characteristics with an example, while verifying the reasonability and effectiveness of the proposed algorithm.

UHVDC transmission system with hierarchical connection mode; low power transmission; reactive power validation; calculation between layers; main circuit steady-state parameters