一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法技术方案

本发明专利技术提供一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，包括以下步骤：判断是否满足谐波不稳定条件，若满足则在换流母线上并联电容器；通过在HVDC系统的换流母线上并联静止无功补偿器进行无功调节。本发明专利技术从谐波不稳定产生机理出发，通过改变HVDC系统频率阻抗特性改变换流器交流侧阻抗，使HVDC系统原谐振点发生偏离，与此同时，利用静止无功补偿装置的特性，来避免HVDC系统交流阻抗改变带来的HVDC系统无功功率以及电压的变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压直流输电领域，具体涉及一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法。
技术介绍
高压直流输电(HighVoltageDirectCurrent，HVDC)系统具有传输容量大、损耗低、潮流调节灵活、快速、自动化和智能化程度高等优点，是坚强智能电网极为重要的组成单元之一。我国经济发展和疆域资源分布的特点是，大型煤炭基地、水电基地集中在西北、东北、西南偏远地区，而能源缺乏、电力供应不足则集中体现在经济发达的东部、南部沿海地带。这些因素决定了我国必然实施“西电东送、南北互供、全国联网”的电网战略。高压直流输电以其独特的优势，在远距离送电和大型电网互联中起到越来越重要的作用。谐波不稳定问题是高压直流输电系统所面临的典型挑战之一。由于换流变压器饱和或者互补谐振等原因，将有可能会引发谐波不稳定。发生谐波不稳定时，谐波电流将放大几倍甚至几十倍，对换流变压器、电抗器、电容器等元件造成很大威胁。谐波电流过大还会造成电压畸变，进而造成换相失败，使直流输电系统运行困难甚至闭锁。严重情况下，直流输电系统的崩溃可能会造成整个系统的崩溃。因此，对于谐波不稳定的抑制具有十分重要的意义。目前，文献[1]提出采用二次滤波器抑制谐波不稳定在消除交流侧二次谐波的同时也改变了交流侧的频率阻抗，增大平波电抗器实际上是直流侧的谐波阻尼；文献[2]虽然提出附加直流控制能提高谐波阻尼，但是实现直流附加控制协调控制是比较困难的；文献[3]论述了有源滤波器在高压直流输电系统中的应用，提出采用有源滤波器抑制谐波不稳定，但是基于目前的技术条件下，高压大容量有源滤波器的工程应用技术还没有完全突破，安全稳定运行水平还有待进一步提高，而且造价昂贵。相关文献[1]杨小兵，李兴源，金小明，等.云广特高压直流输电系统中换流变压器铁心饱和不稳定的抑制；[2]KAULN，MATHURRM.SolutiontotheproblemofloworderharmonicresonancefromHVDCconverters；[3]JIANGX，GOLEAM.AnenergyrecoveryfilterforHVDCsystems。
技术实现思路
针对上述谐波不稳定抑制方法的不足，本专利技术提供一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，从谐波不稳定产生机理出发，通过改变HVDC系统频率阻抗特性改变换流器交流侧阻抗，使HVDC系统原谐振点发生偏离，与此同时，利用静止无功补偿装置的特性，来避免HVDC系统交流阻抗改变带来的HVDC系统无功功率以及电压的变化。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，所述方法包括以下步骤：步骤1：判断是否满足谐波不稳定条件，若满足则在换流母线上并联电容器；步骤2：通过在HVDC系统的换流母线上并联静止无功补偿器进行无功调节。所述步骤1中，先采用阻抗频率扫描法得到换流器交直流阻抗扫描结果；然后判断是否满足谐波不稳定条件，若满足则在换流母线上并联电容器，以改变HVDC系统交流侧谐波阻抗，使HVDC系统偏离原谐振点。采用阻抗频率扫描法得到交直流阻抗扫描结果具体包括：通过电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的频率阻抗扫描模块对HVDC系统进行频率扫描，设置0～5000Hz的频率扫描范围，扫描步长设为1Hz，得到交直流阻抗扫描结果。所述交直流阻抗扫描结果包括换流器交流侧(n+1)次正序谐波阻抗换流器交流侧(n-1)次负序谐波阻抗以及换流器直流侧n次谐波阻抗Zdcn。判断是否满足以下谐波不稳定条件：(|Zac(n+1)+|+|Zac(n-1)-|)≥π29|Zdcn|]]>其中，表示换流器交流侧(n+1)次正序谐波阻抗，表示换流器交流侧(n-1)次负序谐波阻抗，Zdcn表示换流器直流侧n次谐波阻抗。在换流母线上并联的电容器最小容值C通过下式确定：|Zac(n+1)+||(1jω(n+1)C)+Zac(n-1)-||(1jω(n-1)C)|<π29|Zdcn|]]>其中，ω(n+1)表示换流器交流侧(n+1)次正序谐波角频率，ω(n-1)表示换流器交流侧(n-1)次负序谐波角频率，Zdcn表示换流器直流侧n次谐波阻抗。所述步骤2中，静止无功补偿器在抑制HVDC系统谐波不稳定的同时，达到双向调节无功功率的功能，以满足HVDC系统的电压要求。所述静止无功补偿器包括晶闸管控制电抗器TCR和晶闸管投切电容器TSC，晶闸管控制电抗器TCR和晶闸管投切电容器TSC均并联在HVDC系统的换流母线上。当换流母线电压低于设定的运行电压时，根据需要补偿的无功量投入相应组数的晶闸管投切电容器TSC，并实现过补偿容性无功，此时再利用晶闸管控制电抗器TCR调节输出的感性无功功率抵消过补偿容性无功；当换流母线电压高于设定的运行电压时，则切除所有晶闸管投切电容器TSC，只留有晶闸管控制电抗器TCR运行。配置的晶闸管投切电容器TSC和晶闸管控制电抗器TCR的容量确定过程如下：换流站无功需求Qconv表示为：Qconv=NId32UVOπ·2θ+2sinα-sin2(α+θ)4(cosα-cos(α+θ))]]>其中，N为换流站中换流器的数量；Id为直流线路电流；UVO为换流器交流侧空载线电压；α为触发角；θ为换相重叠角，表示为：θ=arccos(cosα-2XrId2UVO)-α]]>其中，Xr为换相电抗；设换流站中滤波器提供的无功为Qfilter，抑制谐波不稳定并联电容的容量为QC，则配置的晶闸管投切电容器TSC的容量QTSC为：QTSC＝Qconv-Qfilter-QC若将晶闸管投切电容器TSC分成M组时，则配置的晶闸管控制电抗器TCR的容量表示为：QTCR＝QTSC/M其中，QTCR为晶闸管控制电抗器TCR的容量。所述晶闸管控制电抗器TCR包括第一电抗器L1和第一晶闸管组件，所述第一晶闸管组件包括反并联的晶闸管T1和晶闸管T2；所述第一晶闸管组件一端通过第一电抗器L1连接到换流母线上，另一端接地。晶闸管投切电容器TSC包括补偿电容C1、第二电抗器L2和第二晶闸管组件，所述第二晶闸管组件包括反并联的晶闸管T3和晶闸管T4；所述补偿电容C1的一端连接到换流母线上，另一端过第二电抗器L2连接第二晶闸管组件，第二晶闸管组件另一端接地。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，从谐波不稳定机理出发，通过改变HVDC系统频率阻抗特性达到谐波抑制的目的，给出了抑制谐波不稳定的并联电容器最小容值确定，同时通过加装静止无功补偿器避免了换流器换流母线交流侧阻抗的改变带来的HVDC系统无功功率和电压的变化，维持了HVDC系统无功功率的平衡和母线电压的稳定。附图说明图1是本专利技术实施例中用于抑制谐波的静止无功补偿器结构示意图；图2是本专利技术实施例中HVDC系统拓扑结构图；图3是本专利技术实施例中HVDC系统故障后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：判断是否满足谐波不稳定条件，若满足则在换流母线上并联电容器；步骤2：通过在HVDC系统的换流母线上并联静止无功补偿器进行无功调节。

【技术特征摘要】
1.一种具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：判断是否满足谐波不稳定条件，若满足则在换流母线上并联电容器；步骤2：通过在HVDC系统的换流母线上并联静止无功补偿器进行无功调节。2.根据权利要求1所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：所述步骤1中，先采用阻抗频率扫描法得到换流器交直流阻抗扫描结果；然后判断是否满足谐波不稳定条件，若满足则在换流母线上并联电容器，以改变HVDC系统交流侧谐波阻抗，使HVDC系统偏离原谐振点。3.根据权利要求2所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：采用阻抗频率扫描法得到交直流阻抗扫描结果具体包括：通过电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的频率阻抗扫描模块对HVDC系统进行频率扫描，设置0～5000Hz的频率扫描范围，扫描步长设为1Hz，得到交直流阻抗扫描结果。4.根据权利要求2或3所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：所述交直流阻抗扫描结果包括换流器交流侧(n+1)次正序谐波阻抗换流器交流侧(n-1)次负序谐波阻抗以及换流器直流侧n次谐波阻抗Zdcn。5.根据权利要求1所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：判断是否满足以下谐波不稳定条件：(|Zac(n+1)+|+|Zac(n-1)-|)≥π29|Zdcn|]]>其中，表示换流器交流侧(n+1)次正序谐波阻抗，表示换流器交流侧(n-1)次负序谐波阻抗，Zdcn表示换流器直流侧n次谐波阻抗。6.根据权利要求1或2所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：在换流母线上并联的电容器最小容值C通过下式确定：|Zac(n+1)+||(1jω(n+1)C)+Zac(n-1)-||(1jω(n-1)C)|<π29|Zdcn|]]>其中，ω(n+1)表示换流器交流侧(n+1)次正序谐波角频率，ω(n-1)表示换流器交流侧(n-1)次负序谐波角频率，Zdcn表示换流器直流侧n次谐波阻抗。7.根据权利要求1所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳定抑制方法，其特征在于：所述步骤2中，静止无功补偿器在抑制HVDC系统谐波不稳定的同时，达到双向调节无功功率的功能，以满足HVDC系统的电压要求。8.根据权利要求1或7所述的具有无功调节功能的HVDC系统谐波不稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔光尧，周胜军，刘天琪，潘爱强，任跃，王同勋，谈萌，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11