交直流混聯(lián)系統(tǒng)的潮流

4-3交直流混聯(lián)系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法計(jì)算方法：統(tǒng)一迭代法（聯(lián)合求解法）以極坐標(biāo)形式下的牛頓法為基礎(chǔ)，將交流節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相角與直流系統(tǒng)中的直流電壓、直流電流、換流器變比、換流器的功率因素及換流器控制角統(tǒng)一進(jìn)行迭代求解。交替迭代法在迭代過(guò)程中，將交流系統(tǒng)方程和直流系統(tǒng)方程分別進(jìn)行求解。在求解交流系統(tǒng)方程時(shí)，將直流系統(tǒng)用接在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上的已知其有功和無(wú)功功率的負(fù)荷來(lái)等值。而在求解直流系統(tǒng)方程時(shí)，將交流系統(tǒng)模擬成加在換流器交流母線上的一個(gè)恒定電壓。標(biāo)幺值下的換流器基本方程基本關(guān)系功率取電壓取有2.潮流計(jì)算方程式輸電方式的發(fā)展電力工業(yè)萌芽階段，以愛(ài)迪生（1847～1931）為代表的直流派主張從發(fā)電到輸電都采用直流，以西屋（1846～1914）為代表的交流派則主張從發(fā)電到輸電都采用交流。由于多臺(tái)發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行問(wèn)題的解決以及變壓器、三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的發(fā)明和完善，交流系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上優(yōu)越性日益突出，以致取得主導(dǎo)地位。如今，直流輸電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，優(yōu)勢(shì)也逐步體現(xiàn)，HVDC（HighVoltageDirectCurrent）在世界各大電力系統(tǒng)中應(yīng)用漸增，使得現(xiàn)代電力系統(tǒng)成為交流中包含直流輸電系統(tǒng)的交直流混聯(lián)系統(tǒng)。我國(guó)第一條大型直流輸電線路工程－葛洲壩到上?！?00kV、1080km高壓直流輸電線路已于1990年投入運(yùn)行2000年±500kV、1800MW天生橋－廣州超高壓直流輸電線路投入運(yùn)行，線路全長(zhǎng)980km。2003年±500kV、3000MW三峽－常州超高壓直流輸電線路投入運(yùn)行，線路全長(zhǎng)890km。由于我國(guó)幅原遼闊，一次能源分布不均衡，動(dòng)力資源與重要負(fù)荷中心距離很遠(yuǎn)，因此我國(guó)的送電格局是“西電東送”和“北電南送”。荊州至惠州博羅響水鎮(zhèn)±500kV、3000MW、940km線路，安順至肇慶±500kV、3000MW、980km線路，三峽至上海練唐±500kV、3000MW、940km線路、陜西至河南靈寶、邯鄲至新鄉(xiāng)等多條高壓直流輸電陸續(xù)投入運(yùn)行。2010年6月18日云廣特高壓±800kV直流輸電工程雙極竣工投產(chǎn)，這是西電東送項(xiàng)目之一，也是世界首條±800kV直流輸電工程，該輸電線路工程西起自云南楚雄變電站，經(jīng)過(guò)云南、廣西、廣東三省轄區(qū)，東止于廣東曾城穗東變電站。顯然，我國(guó)已跨入交直流混合大電網(wǎng)時(shí)代。直流輸電的主要優(yōu)點(diǎn)線路造價(jià)低。導(dǎo)線電流密度相同的情況下，輸送同樣的功率三相交流輸電需三根導(dǎo)線，而直流輸電僅需兩根導(dǎo)線。因而節(jié)省了材料，并減少了線路功率損耗（約少1/3)交流輸電的主要問(wèn)題之一是穩(wěn)定性問(wèn)題，大容量長(zhǎng)距離輸電將使線路建設(shè)投資大大增加。直流輸電不僅不存在穩(wěn)定性問(wèn)題，與交流輸電線路并列運(yùn)行時(shí)還能提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。直流輸電系統(tǒng)可以聯(lián)結(jié)兩個(gè)不同步或者頻率不同的交流系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)中的各同步發(fā)電機(jī)只有在同步運(yùn)行(即所有發(fā)電機(jī)以相同的速度旋轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)子相對(duì)角差較小)狀態(tài)下，才能使送出的電功率為定值，并維持系統(tǒng)中任何點(diǎn)的電壓、頻率和功率潮流為定值。如果某些發(fā)電機(jī)之間不能維持同步運(yùn)行，其送出的電功率以及相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的電壓及相應(yīng)線路的潮流將發(fā)生大幅度的周期性振蕩，如果失去同步的機(jī)組之間不能迅速恢復(fù)同步，系統(tǒng)的供電質(zhì)量就無(wú)法繼續(xù)保證，即電力系統(tǒng)失去了穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。利用現(xiàn)代控制技術(shù)，直流輸電通過(guò)對(duì)換流器的控制可以快速地（毫秒級(jí)）調(diào)整線路上的功率，從而提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。無(wú)充電電流，不需為了抑制容性電壓升高而并聯(lián)電抗器補(bǔ)償。這點(diǎn)對(duì)于海底電纜長(zhǎng)距離輸電意義特別重要?？上拗贫搪冯娏?，線路短路暫態(tài)過(guò)程中電流不會(huì)超過(guò)2倍額定直流值直流輸電的主要缺優(yōu)點(diǎn)換流站造價(jià)高要消耗較大的無(wú)功功率換流裝置在交流側(cè)和直流側(cè)都要產(chǎn)生諧波電壓和電流，使變壓器和電容器產(chǎn)生附加損耗和發(fā)熱，并對(duì)控制和通信帶來(lái)干擾沒(méi)有過(guò)零點(diǎn)，熄弧困難，還沒(méi)有成熟的高壓直流斷路器直流輸電的主要缺點(diǎn)：換流站的投資大。然而增加的這部分投資可因線路投資小而得到補(bǔ)償。交、直流系統(tǒng)輸電功率相同的情況下，直流輸電達(dá)到一定距離時(shí)，建設(shè)換流站多花費(fèi)的投資恰好被直流輸電線路節(jié)省的投資完全補(bǔ)償，則稱這個(gè)距離為交、直輸電的等值距離。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，直流輸電技術(shù)的關(guān)鍵元件換流閥的耐壓值和過(guò)流量大大提高，造價(jià)大幅下降，直流輸電經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)日益顯著。高壓直流輸電主要用于:遠(yuǎn)距離大功率輸電；海底電纜輸電（如向海島輸電）；通過(guò)地下電纜向大城市供電；交流系統(tǒng)互連。不同額定頻率系統(tǒng)間或非同步運(yùn)行的系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)（既要實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)又要保持各自相對(duì)獨(dú)立性）；配合新能源發(fā)電。如風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電等這些發(fā)電方式不能保證工業(yè)頻率，需先整流成直流傳輸然后逆變成工頻交流，以實(shí)現(xiàn)與交流系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行

所謂直流輸電是將發(fā)電廠發(fā)出的交流電用整流器變換成直流，經(jīng)直流線路送至受端，再經(jīng)逆變器變換成三相交流后送往用戶。4.2直流輸電的基本原理最簡(jiǎn)單的直流輸電系統(tǒng)，它由直流輸電線路、兩端的換流站組成。換流站中主要設(shè)備有：換流器、換流變壓器、平波電抗器、交流濾波器、直流濾波器、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備和斷路器。功率傳輸從交流系統(tǒng)1開(kāi)始，經(jīng)整流變壓器送入整流器變成直流；然后通過(guò)直流輸電線路送至逆換流器，變成三相交流后再經(jīng)逆換流變壓器送給交流系統(tǒng)2。顯然，直流線路輸送的完全是有功功率。換流變壓器的作用是通過(guò)調(diào)節(jié)其變比可方便地控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。濾波器的作用是抑制換流器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的諧波電壓和諧波電流，以保證電能質(zhì)量。平波電抗器（電感值很大）的作用是減小直流線路中的諧波電壓和諧波電流；保證直流電流在輕負(fù)荷時(shí)的連續(xù)，在直流線路發(fā)生短路時(shí)限制整流器中的短路電流峰值。無(wú)功補(bǔ)償裝置的作用是為換流器提供無(wú)功電源，因?yàn)閾Q流器運(yùn)行時(shí)需要從交流系統(tǒng)吸收大量的無(wú)功功率，其穩(wěn)態(tài)時(shí)吸收的無(wú)功約為直流線路輸送的有功的50％，暫態(tài)過(guò)程更多。換流器的功能是把三相交流電變換成直流電或直流電變換成三相交流電，前者稱為整流，后者稱為逆變。相應(yīng)的換流設(shè)備稱為整流器和逆變器。換流器中最基本的元件是閥元件，現(xiàn)代高壓直流輸電系統(tǒng)所用的閥元件為普通晶閘管。為了滿足所需的電壓和電流需要，用于直流輸電的換流器可由一個(gè)或多個(gè)換流橋串并聯(lián)組成，換流橋?yàn)槿鄻蚴綋Q流電路，有6個(gè)橋臂，橋臂由閥元件組成。

觸發(fā)角α=0時(shí)（閥陽(yáng)極電壓一旦高于陰極電壓，便立即在閥控制極上加觸發(fā)脈沖，使閥立即導(dǎo)通。α＝ωτ

）：觸發(fā)延遲角α≠0時(shí)（閥電壓為正后延遲一段時(shí)間τ再加觸發(fā)脈沖，即閥延時(shí)導(dǎo)通。α＝ωτ

）：高壓直流輸電的運(yùn)行方式

盡管直流系統(tǒng)只輸送有功功率，但同時(shí)整流器（其α∈[00,900]）和逆變器（其α∈[900,1800]）都要從交流系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。Ptdc＋jQtdc為直流系統(tǒng)從交流系統(tǒng)抽出功率，Pts＋jQts為交流系統(tǒng)注入功率。交直流混聯(lián)系統(tǒng)潮流計(jì)算數(shù)學(xué)模型基本思路是先將所有換流器及其后的直流系統(tǒng)用從換流器所連接的直流節(jié)點(diǎn)抽出或注入的功率Ptdc＋jQtdc等值，從而使混聯(lián)系統(tǒng)等效成為一個(gè)純交流網(wǎng)絡(luò)，然后用純交流系統(tǒng)的潮流計(jì)算方法求解

換流器是直流輸電的核心設(shè)備，其基本單元是由6個(gè)換流閥組成的三相6脈波整流橋，現(xiàn)代直流輸電換流器的典型結(jié)構(gòu)是由2個(gè)6脈波整流橋串聯(lián)組成的12脈波換流器，

換流器只能單相導(dǎo)通，交流系統(tǒng)1向交流系統(tǒng)2輸送電能時(shí)，C1相當(dāng)于電源，C2相對(duì)于負(fù)載，設(shè)直流線路電阻為R，可知線路電流為：輸送和接收的功率為：直流線路電阻所消耗功率為：Pd1－Pd2多橋換流器基本方程（輸出的直流電壓與交流電壓及觸發(fā)角的關(guān)系）直流系統(tǒng)電壓、電流的調(diào)節(jié)可以采用以下兩種途徑。調(diào)節(jié)觸發(fā)滯后角α（整流器）或熄弧超前角μ（逆變器）。即通過(guò)加到控制極(或控制柵)的控制脈沖的相位對(duì)電壓、電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)稱控制極調(diào)節(jié)。調(diào)整換流變壓器的分接頭改變變壓器變比kT，以及改變交流系統(tǒng)電壓Vt1、Vt2

。這種方法調(diào)節(jié)速度慢，只做為輔助的調(diào)節(jié)手段?？梢?jiàn)直流輸電線路輸送的電流和功率由兩端的直流電壓所決定，與兩端交流系統(tǒng)的頻率和電壓相位無(wú)關(guān)。因此可直接通過(guò)調(diào)節(jié)換流橋的觸發(fā)角（α1、μ2）來(lái)快速（可達(dá)1～10ms）調(diào)整兩端直流電壓的大小，進(jìn)而調(diào)整傳輸電流和功率。這樣，由于沒(méi)有穩(wěn)定性約束，而且這種調(diào)整過(guò)程完全是由電子設(shè)備完成的，因此比交流輸電方式更迅速，而且調(diào)整幅度更大?？砷L(zhǎng)距離輸送大容量的電能。電力系統(tǒng)發(fā)生緊急功率缺口時(shí)應(yīng)對(duì)更靈活快捷。電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中，當(dāng)快速大幅度調(diào)整輸送功率時(shí)，交流系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)并不立即承擔(dān)全部功率增量，只是系統(tǒng)頻率發(fā)生相應(yīng)變化。系統(tǒng)1頻率下降，系統(tǒng)2頻率升高，相當(dāng)于先將系統(tǒng)1中所有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能傳輸給了系統(tǒng)2，系統(tǒng)1的頻率可以在隨后增加原動(dòng)機(jī)出力后逐漸恢復(fù)。直流輸電換流器等效計(jì)算電路

換流器數(shù)學(xué)模型的輸入輸出關(guān)系

換流器的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和等效電路

輸入變量中換流站交流母線電壓、觸發(fā)延遲角或觸發(fā)超前角、平波電抗器上的直流電流為已知量，