[发明专利]利用静止同步补偿启动极弱受端高压直流输电系统的方法

说明书

技术领域

本发明属于高压直流输电技术领域，特别涉及一种利用静止同步补偿启动极弱受端高压直流输电系统的方法。

背景技术

高压直流输电（High Voltage Direct Current，HVDC）自从20世纪50年代在电力系统中得到应用以来，得到了巨大的发展，成为现代电力电子技术在电力系统中最成功的应用之一。据统计，1954-2004年间，世界上已投运的HVDC工程有95项，其中绝大部分工程采用普通晶闸管换流阀进行换流。自1987年舟山直流输电工程以来，我国已建成投运的高压直流输电工程有19项。

由于HVDC换流器采用无自关断能力的普通晶闸管作为换流元件，HVDC运行需要交流系统提供换相电流以实现换相，使得HVDC的运行可靠性受两端交流电网影响。HVDC需要交流电网提供换相电流，这个电流实际就是相间的短路电流，当交流电网发生故障或三相严重不对称等导致交流电压下降时，HVDC的换流重叠角将增大，容易导致换相失败。因此要保证换相可靠，受端交流系统必须具有足够的容量，即必须有足够的短路比（Short Circuit Ratio，SCR）。

同时，按照SCR的值，可以将交流系统分为三类：如果SCR大于3，强系统；如果SCR在2至3之间，弱系统；如果SCR小于2，极弱系统。

20世纪90年代以后，以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current，VSC-HVDC）得到了快速发展。ABB公司率先进行了VSC-HVDC输电实验。1997年3月世界上第一个采用IGBT组成电压源型换流器的直流输电工业性试验工程在瑞典中部投入运行，其输送功率和电压为3MW、10kV，输送距离为10km。截至到目前，全世界有16项VSC-HVDC输电工程，最大容量达到了2×1000MW(INELFE 法国-西班牙联网工程)，直流电压为500kV。

与传统HVDC相比，VSC型换流器具有以下主要技术特点：

（1）VSC型换流器的电流能够自关断，不需要外加的换相电压，克服了HVDC受端必须是有源网络的根本缺陷。（2）VSC不仅不需要交流侧提供无功功率，而且能够动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。（3）正常运行时VSC可以同时且相互独立控制有功功率、无功功率，控制更加灵活方便。而传统HVDC中控制量只有触发角，只能控制有功功率，对无功功率的调节能力则很弱。

FACTS技术是通过在电力系统中加装电力电子装置，增强对电压、电流和功率的可控性，增大电力传输能力的技术。目前，已获得工业应用的第一代FACTS产品是静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC），第二代产品是静止同步补偿器（Static Synchronous Compensator，STATCOM），两者都是并联在电网中，起无功支撑的作用，但从装置工作性能和补偿原理上来看，STATCOM都要优于SVC。1980年，日本三菱公司首次成功研制基于晶闸管的±20Mvar的STATCOM。据不完全统计，自STATCOM问世至2004年底，全世界已投入工业运行的大容量（10Mvar及以上）STATCOM工程超过20个，总的可控容量超过3000Mvar。STATCOM自问世以来的短短三十年，得到飞速的发展，STATCOM在抑制母线电压振荡、提高系统暂态电压稳定水平方面作用突出。

鉴于上述背景，发明人提出将STATCOM接入HVDC系统受端交流系统母线，组成混合直流输电系统，利用STATCOM对电压的控制支撑作用，来启动极弱受端交流系统（SCR=1.5）中的HVDC系统，从而克服HVDC存在的极弱受端系统中的启动问题。

发明内容