[发明专利]一种混合双极直流输电系统直流侧谐波电流的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输电技术领域，具体涉及一种混合双极直流输电系统直流侧谐波电流的计算方法。

背景技术

柔性直流输电应用于远距离大容量架空线路输电的一个主要问题是直流侧故障的自清除问题，由于目前还没有真正商业化应用的高压大容量直流断路器，柔性直流输电系统在直流侧故障时采用的是跳交流侧开关的方法来清除直流侧故障。根据ABB公司在Caprivi Link工程中的经验，这种方法从故障开始到清除故障并恢复到故障前功率水平的时间为2-2.5s，与传统直流输电处理类似故障时间为0.5s左右还有差距。为此，公开号为102969732A的中国专利提出了一种混合双极直流输电系统，这种结构整流侧采用LCC（晶闸管换流器），逆变侧采用MMC（模块化多电平换流器），且在逆变器直流侧出口处串联单向导通的二极管阀，如图1所示。

这种LCC加二极管阀加MMC构成的混合式直流输电结构的主要优势表现在：

（1）整流站采用LCC型换流器，技术成熟，设备成本低，运行损耗小；

（2）逆变站采用MMC型换流器，不存在换相失败问题，可以解决受端系统由多直流馈入引起的同时换相失败问题；并可以作为受端系统的无功电源，起到电压支撑的作用，十分有利于受端系统的安全稳定；

（3）二极管阀技术成熟，成本低。由于加入了单向导通的二极管阀，这种混合式直流系统可以像传统直流输电系统一样非常有效地处理架空直流线路的暂时性故障，使架空线路的暂时性故障不会影响直流输电线路的可用率。

因此，图1所示的LCC加二极管阀加MMC的混合式双极系统结构被认为是解决我国远距离大容量输电问题的一个极具竞争力的方案。因此，迫切需要对上述结构的直流输电系统设计技术进行研究。

正常运行时，由于换流器的非线性特性，直流输电线路上会产生大量音频范围内的节点电压和谐波电流。通过容性耦合、感性和阻性耦合，节点电压和谐波电流会对电信线路中的音频电话回路产生干扰，降低通话质量。一般需在直流输电系统的直流侧加装直流滤波器，将音频范围内的干扰控制在允许水平之内。为了能够合理而有效地配置直流滤波器，通常需根据工程的实际特性在理论上计算沿线各点的各次谐波电流，然后折算为等效干扰电流进行衡量。因此，各次谐波电流计算的准确性直接关系到滤波器设计的准确性，谐波电流计算也就相应地成为了直流滤波器设计的基础。鉴于该系统存在多种运行工况，必须找到一种既精确又高效的直流侧谐波电流计算方法。

虽然目前可以通过时域仿真技术来计算直流侧谐波电流，但是时域仿真需要耗费大量的计算时间和计算资源。考虑到实际工程中存在着多种结线方式和功率水平，时域仿真技术并不太适合于直流侧谐波电流的计算。

发明内容

本发明提供了一种双极直流输电系统直流侧谐波电流的计算方法，在保证计算精度的前提下，能够显著提高直流回路的计算效率。

一种混合双极直流输电系统直流侧谐波电流的计算方法，包括如下步骤：

（1）根据系统运行工况和系统主回路参数，对系统中的LCC以及MMC分别进行等效变换，得到LCC对应的等效三脉动电压源以及MMC对应的等效无源电路；

（2）对直流输电线路及其地线进行分段处理并计算出每一分段的导纳矩阵，进而通过递推法求得整条直流输电线路的导纳矩阵；

（3）根据所述的等效三脉动电压源、等效无源电路及直流输电线路建立系统的直流网络，进而通过将等效三脉动电压源、等效无源电路以及直流输电线路各自的导纳矩阵合并后利用节点电压分析法计算出直流输电线路首末两端节点的节点电压；

（4）根据直流输电线路首末两端节点的节点电压，通过倒推法求得直流输电线路每一分段节点的节点电压；进而求取直流输电线路及其地线每一分段节点的谐波电流。

所述的步骤（1）中，所述的等效无源电路由三组RLC（电阻-电感-电容）链路并联而成，RLC链路从输入端至输出端依次由电容C、电感L和电阻R串联组成，所述的RLC链路的输出端接地；其中，C=2C₀/N，L=2L₀，R=NR₀；N为MMC桥臂换流子模块的级联个数，C₀为换流子模块中的电容，L₀为MMC的桥臂电抗，R₀为换流子模块的通态电阻。

所述的步骤（2）中，通过递推法求取整条直流输电线路的导纳矩阵的方法如下：