高壓直流輸電換流器吸收無功的研究

PAGE11摘要高壓直流輸電在輸電領(lǐng)域中是一個(gè)較新且較活躍的領(lǐng)域之一，它在遠(yuǎn)距離大功率輸電及大區(qū)域電網(wǎng)并聯(lián)方面起到了至關(guān)重要的作用。我國(guó)目前已有十多項(xiàng)高壓直流輸電工程投入運(yùn)行，它們?cè)趪?guó)家電力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中起到了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的能源配置、保障國(guó)家的能源安全、以及促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方面起到了重要的作用。本文圍繞直流輸電工程需要吸收無功做足分析計(jì)算及討論。在高壓直流輸電工程中，利用普通晶閘管換流閥對(duì)高壓直流輸電換流站進(jìn)行換流的，一般情況下采用電網(wǎng)電源的換相技術(shù)，但是這種方法的特點(diǎn)是當(dāng)換流器在運(yùn)行時(shí)需要從電網(wǎng)中吸收大量的無功功率。為了保證換流站和交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我們需要對(duì)換流站的無功消耗、無功補(bǔ)償、及無功平衡進(jìn)行分析和計(jì)算。本文重點(diǎn)分析研究高壓直流輸電換流器吸收無功的機(jī)理、影響因素以及對(duì)換流器進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)姆治鲇懻?。在Matlab或PSCAD/EMTDC仿真軟件上建立高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真模型，利用所建的仿真模型，仿真計(jì)算高壓直流輸電換流器對(duì)無功方面的要求和關(guān)系。并對(duì)上述仿真結(jié)果進(jìn)行分析、比較，給出合理解釋，并提出高壓直流輸電無功補(bǔ)償?shù)暮侠砘ㄗh。關(guān)鍵詞：高壓直流輸電，無功功率，無功補(bǔ)償，換流器，仿真建模ABSTRACTInthefieldoftransmission,HVDCisanewandactivearea,itisinlong-distancepowertransmissionandlargeregionalgridparallelhasplayedacrucialrole.Chinacurrentlyhasmorethanadozenhigh-voltagedirectcurrenttransmissionprojectputintooperation,theyareinnationalelectricitynetworkarchitectureoptimizedenergynetworkconfiguration,ensuringnationalenergysecurity,andpromotingthedevelopmentofthenationaleconomyplaysanimportantrole.ThispaperfocusesontheDCtransmissionprojectneedstoabsorbreactivepowertohaveenoughanalysis,discussionandcalculation.InHVDCtransmissionproject,thecommutationforHVDCconverterstationwiththeuseofordinarythyristorvalves,forundernormalcircumstances,usingmainspowersupplycommutationtechnology,butthecharacteristicsofthismethodisthatwhentheconverteratruntimeneedtoabsorbalargeamountofreactivepowerfromthegrid.Toensuretheconverterstationandcommunicationsystemstability,weneedtogiveconverterstationreactivepowerconsumption,reactivepowercompensation,andreactivepowerbalanceanalysisandcalculations.ThispaperfocusesonanalysisofHVDCconverterabsorbsreactivemechanism,influencingfactorsandtheanalysisanddiscussionofreactivepowercompensationoftheconverter.InMatlabsimulationsoftwaretobuildHVDCsystemsimulationmodel,usingthebuiltsimulationmodel,simulationHVDCconverter'srequirementsandrelationshipsofreactivepower.Thesimulationresultswereanalyzedandcompared,givenareasonableexplanation,andproposedHVDCreactivepowercompensationrationalizationproposals.KEYWORDS:HVDC，Reactivepower，converter，reactivepowercompensation，SimulationandModeling目錄摘要 ………………… 1ABSTRACT……………………2TOC\o"1-4"\h\u15076第1章前言 164601.1高壓直流輸電及無功補(bǔ)償背景 1121501.2高壓直流輸電發(fā)展及現(xiàn)狀 3234771.2.1針對(duì)高壓直流輸電的研究現(xiàn)狀 3169281.2.2針對(duì)換流站無功補(bǔ)償及限制的現(xiàn)狀 4260071.3本文主要內(nèi)容 528284第2章?lián)Q流站無功及無功補(bǔ)償 6214042.1高壓直流輸電系統(tǒng)的工作原理及運(yùn)行方式 6224612.2換流站的無功平衡及無功原理 7225402.2.1換流器的功率因數(shù) 7316152.2.2換流器的無功功率消耗 812032.2.3換流站內(nèi)的無功平衡 9113562.3換流站的無功補(bǔ)償 10209332.3.1交流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償能力 1066042.3.2選擇無功補(bǔ)償?shù)难b置 11124482.3.3無功補(bǔ)償與配置的綜合考慮 1162332.4無功對(duì)交直流系統(tǒng)的影響 1212739第3章?lián)Q流站的無功補(bǔ)償裝置及容量的確定 12133643.1換流站的無功補(bǔ)償裝置 12162573.1.1機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置 12106673.1.2同步調(diào)相機(jī) 13151503.1.3靜止無功補(bǔ)償裝置 14312483.2換流站無功補(bǔ)償容量及分組容量的確定 15309413.2.1容性無功補(bǔ)償設(shè)備容量的確定 16187003.2.2感性無功補(bǔ)償設(shè)備容量的確定 16138013.2.3無功分組容量的確定 16198423.2.3.1無功大組容量的估算 17186503.2.3.2無功小組容量的估算 17149393.2.4換流站無功補(bǔ)償容量的校核 17321063.3無功補(bǔ)償裝置的控制 1726365第4章仿真建模及結(jié)論分析 1826033第5章結(jié)論與展望 2331806參考文獻(xiàn) 2329129附錄 2520999致謝 26第1章前言1.1高壓直流輸電及無功補(bǔ)償背景我國(guó)幅員遼闊，發(fā)電能源的分布和用電負(fù)荷的分布又極不平衡。江浙等東部沿海地區(qū)及廣東地區(qū)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，電力負(fù)荷分布比較密集，對(duì)能源需求較高，而能源卻極為匱乏；西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)比較落后，用電需求和負(fù)荷較低，對(duì)能源需求較小，而能源卻比較豐富。我國(guó)的這一客觀現(xiàn)實(shí)決定了我國(guó)跨區(qū)域電力大規(guī)模流動(dòng)的必然性。隨著人口的不斷增加，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，土地資源越發(fā)的匱乏和寶貴，電力的發(fā)展和建設(shè)越來越受到走廊資源和站址資源的限制。我國(guó)的這一國(guó)情決定了建設(shè)和發(fā)展高壓直流輸電（HVDC）具有重大的經(jīng)濟(jì)意義和技術(shù)創(chuàng)新意義。隨著我們國(guó)家在南北互供和西電東送以及全國(guó)聯(lián)網(wǎng)等逐步實(shí)施的能源發(fā)展戰(zhàn)略有較大的發(fā)展，世界上在遠(yuǎn)距離大功率大容量等方面的輸電網(wǎng)絡(luò)格局已在我國(guó)的大部分大區(qū)域電網(wǎng)中出現(xiàn)[1,2]。而在當(dāng)今的輸電環(huán)境中，高壓直流輸電由于其特有的運(yùn)行穩(wěn)定且可靠、調(diào)節(jié)迅速、線路運(yùn)行時(shí)消耗較小[3,4]還有沒有穩(wěn)定的安全性問題等優(yōu)點(diǎn)而越來越受到人們的重視[10]。但是不管是在逆變站側(cè)還是在整流站側(cè)，不管是從交流系統(tǒng)中還是從無功補(bǔ)償設(shè)備中，在運(yùn)行時(shí)的高壓直流輸電總是要消耗相當(dāng)多的容性無功功率，為了保障直流系統(tǒng)及交流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，使整個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)及換流站內(nèi)的無功功率實(shí)現(xiàn)平衡條件，需要在兩邊換流站交流母線上裝設(shè)一定容量的無功補(bǔ)償設(shè)備。換流站的無功平衡顯示出了無功補(bǔ)償在控制、配置以及調(diào)節(jié)等方面對(duì)客觀及主觀因素的要求，它是指無功補(bǔ)償控制的電壓模式下和交流系統(tǒng)對(duì)無功功率的補(bǔ)償能力以及這些無功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)直流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償能力這三個(gè)方面之間的平衡[10]。本文從分析換流站內(nèi)的功率因數(shù)到簡(jiǎn)述高壓直流系統(tǒng)的無功平衡，并分析了在不同的運(yùn)行方式下?lián)Q流站內(nèi)的無功功率消耗，然后描述了換流站內(nèi)的容性無功補(bǔ)償容量和感性無功補(bǔ)償設(shè)備容量以及無功分組容量的確定，最后仿真模擬了直流輸電系統(tǒng)在投入不同無功補(bǔ)償裝置下運(yùn)行并得出結(jié)論。直流輸電和交流輸電相比具有諸多的優(yōu)點(diǎn)：首先，制造直流輸電線路的成本較低，因此可以減少電纜花費(fèi)產(chǎn)生的費(fèi)用；其次，直流系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)線路的功率損耗較小，因此其在運(yùn)行時(shí)輸電節(jié)能成效比較明顯；還有，由于可以鋪設(shè)海底電纜，直流輸電可以通過海下電纜輸電。除了直流輸電經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)點(diǎn)，直流輸電在技術(shù)方面也有很多長(zhǎng)處。直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行能限制交流系統(tǒng)內(nèi)的短路電流，而且直流輸電系統(tǒng)具有比較強(qiáng)的穩(wěn)定性，直流輸電具有比較快的調(diào)節(jié)速度，而且運(yùn)行可靠。在正常運(yùn)行的情況下能夠穩(wěn)定的輸出功率，在直流系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以緊急支援故障部分，因?yàn)橛捎谥绷鬏旊姷奶攸c(diǎn)，是由晶閘管換流器組成的，因此故障時(shí)直流系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)通過晶閘管控制迅速調(diào)整功率、完成功率潮流翻轉(zhuǎn)。另外，直流輸電系統(tǒng)內(nèi)并沒有充電電容電流，直流電壓分布比較穩(wěn)定，負(fù)載及其功率沒有發(fā)生電壓不正常且不需要并聯(lián)電抗器。高壓直流輸電比較適合用于下面的場(chǎng)合：相同頻率不同期或者不相同頻率之間的交流輸電系統(tǒng)之間的傳輸紐帶；通過海底電纜輸電；大功率較長(zhǎng)距離輸電；用城市之間的地下電纜向城市輸送電能；配電網(wǎng)增加電容或者交流系統(tǒng)之間相連時(shí)，高壓直流傳輸系統(tǒng)可以限制故障時(shí)的短路電流；新能源可以采用高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行輸電。高壓直流輸電可以完成大區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)，在交流系統(tǒng)里，所有的和交流系統(tǒng)相連的同步發(fā)電機(jī)需要保證同步運(yùn)行方式，由于直流線路傳輸?shù)氖羌冇泄β?，并沒有電抗，因此當(dāng)兩個(gè)交流系統(tǒng)采使用直流線路連接時(shí)，不存在穩(wěn)定問題，這樣就表明運(yùn)用直流輸電可以不受輸電距離方面的的制約。在交流系統(tǒng)日益發(fā)展的今天，大區(qū)域交流電網(wǎng)不可避免的出現(xiàn)了多多少少的問題，而采用直流輸電線路傳輸電能則可很好地解決這些問題。隨著高壓直流輸電技術(shù)的日益發(fā)展和成熟以及輸電設(shè)備的研發(fā)日益加快，保障了高效、穩(wěn)定的運(yùn)行下的高壓直流輸電，高壓直流輸電在遠(yuǎn)距離大功率輸電及大區(qū)域電網(wǎng)之間互聯(lián)方面顯示出極大的優(yōu)越性。圖1-1直流輸電系統(tǒng)原理圖1—換流變壓器2—換流器3—平波電抗器4—交流濾波器5—直流濾波器6—接地裝置7—控制保護(hù)裝置8—遠(yuǎn)東通信系在當(dāng)今的高壓直流輸電工程中，高壓直流輸電換流站一般是使用普通晶閘管換流器實(shí)現(xiàn)換流的，這種方法一般采用的是基于電網(wǎng)電源的換相技術(shù)，但是這種方法的特征是當(dāng)換流器在正常工作時(shí)需要從外部交流系統(tǒng)中吸收相當(dāng)多的無功功率。換流站的整流換流站和逆變換流站從外部電網(wǎng)源中吸取的無功功率與換流站和外部電網(wǎng)之間交換的有功功率是成正向關(guān)系的，整流換流站側(cè)吸收的無功功率大約為吸收有功功率的30%～50%，逆變換流站側(cè)吸收的無功功率大約為吸收有功功率的40%～60%。不管是整流站側(cè)還是逆變站側(cè)都將吸收一定的容性無功功率，而且吸收的數(shù)值不僅和換流站的運(yùn)行方式及無功控制方式有關(guān)，還和高壓直流系統(tǒng)輸送的直流功率數(shù)值有關(guān)。由于有晶閘管觸發(fā)角的存在，使換流器在運(yùn)行時(shí)交流側(cè)電流總是滯后于電壓。無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹砭褪?，是把具有容性功率?fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，當(dāng)容性負(fù)荷釋放能量時(shí)，感性負(fù)荷吸收能量；而感性負(fù)荷釋放能量時(shí)，容性負(fù)荷卻在吸收能量，能量在兩種負(fù)荷之間互相交換。這樣，感性負(fù)荷所吸收的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率中得到補(bǔ)償，這就是無功功率補(bǔ)償?shù)幕驹?。通常在額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，換流器所消耗的無功功率可達(dá)額定輸送功率的30％～60％，因此換流站需要投入相當(dāng)多的無功補(bǔ)償裝置。但是當(dāng)高壓直流系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，換流站內(nèi)無功功率的消耗將快速減小，當(dāng)如果無功補(bǔ)償設(shè)備提供的無功功率不變時(shí)，交流電網(wǎng)將吸收來自高壓直流系統(tǒng)換流站交流母線側(cè)無功補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的過剩的無功功率，從而引發(fā)換流站的交流母線側(cè)電壓的迅速上升。因此，為了保障直流系統(tǒng)及周邊交流系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定性，必須對(duì)投入的無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制[14]。由于高壓直流系統(tǒng)的無功功率的不穩(wěn)定或者不足、過剩將會(huì)直接導(dǎo)致電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定，如果嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)暗秸麄€(gè)交直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，因此，為了保障換流站安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須保證合理的進(jìn)行無功補(bǔ)償。無功功率對(duì)交流系統(tǒng)的影響：引起導(dǎo)線、變壓器及發(fā)電機(jī)等許多電氣設(shè)備容量的增大；而且無功功率會(huì)引起用電設(shè)備容量的增大；無功功率會(huì)直接引起電流變大，并且增加總功率大小，這樣的話，測(cè)量?jī)x表控制設(shè)備等保護(hù)裝置的規(guī)格容量大小等參數(shù)都需要做出調(diào)整；而且由于無功功率增加能直接導(dǎo)致整個(gè)回路的電流大小增加，從而導(dǎo)致回路中電能的消耗也增加；無功功率還會(huì)使電氣設(shè)備的電壓最大最小值拉大，而且電壓還會(huì)在沖擊性無功功率負(fù)載下導(dǎo)致劇烈波動(dòng)，并導(dǎo)致電能質(zhì)量的降低。由于對(duì)無功功率不正確的控制，導(dǎo)致整個(gè)交流系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的沖擊并帶來?yè)p失，所以我們應(yīng)當(dāng)合理的對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備。電網(wǎng)電源不能作為唯一的無功功率電源給正常運(yùn)行時(shí)的換流站提供無功功率，并且電網(wǎng)電源和其所連接的高壓直流輸電系統(tǒng)是不應(yīng)該有過多的無功功率輸入輸出。這是因?yàn)樵诟邏褐绷鬏旊娤到y(tǒng)和電網(wǎng)之間進(jìn)行大量的無功功率吸收與輸出時(shí)，會(huì)伴隨著無功功率損失，而且這樣的話，換流站的交流母線側(cè)電壓會(huì)大幅降低并且不穩(wěn)定。因此，為了保障高壓直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的工作，我們必須同時(shí)考慮直流系統(tǒng)內(nèi)無功功率的特性來安裝適合的無功補(bǔ)償裝置。1.2高壓直流輸電發(fā)展及現(xiàn)狀1.2.1針對(duì)高壓直流輸電的研究現(xiàn)狀1928年，具有柵極控制功能的汞弧閥成功問世，讓高壓直流輸電的實(shí)施得到了實(shí)現(xiàn)。首先，海底電纜輸電使用了高壓直流輸電技術(shù)進(jìn)行輸電。首先，1967年在意大利投入運(yùn)行的撒丁島高壓直流工程和1954年在瑞典投入運(yùn)行的哥特蘭島高壓直流工程是在在高壓直流輸電開發(fā)運(yùn)行的早期。遠(yuǎn)距離大功率輸電然后也應(yīng)用了高壓直流輸電技術(shù)。到2006年的時(shí)候，全世界已經(jīng)有80多個(gè)開發(fā)投入運(yùn)營(yíng)的高壓直流輸電工程。在這80多個(gè)高壓直流輸電工程中，利用汞弧閥組成的高壓直流輸電工程差不多有11個(gè)，它們幾乎都是高壓直流輸電技術(shù)剛開始的前25年的研究并投入運(yùn)行的項(xiàng)目。其他的晶閘管高壓直流輸電工程都是近期的研究發(fā)展成果。在這些全部的高壓直流輸電工程中，有大約所有工程的，大約為28個(gè)工程是背靠背高壓直流輸電工程，剩下的為遠(yuǎn)距離高壓直流直流輸電工程。我國(guó)開始進(jìn)行高壓直流輸電的研究是從二十世界五十年代開始的，而我國(guó)的高壓直流輸電技術(shù)獲得關(guān)鍵性大幅度提升是從二十世紀(jì)八十年代末開始的，到目前為止，已經(jīng)有10多個(gè)竣工并且投入運(yùn)營(yíng)的高壓直流輸電工程，按照目前的進(jìn)度和計(jì)劃，在2020年前我國(guó)將有至少30個(gè)高壓直流輸電工程建成并投入運(yùn)行。我國(guó)第一條±100kV高壓直流輸電工程是在1987年建成并投入運(yùn)行的，在我國(guó)舟山地區(qū)的跨海高壓直流輸電工程技術(shù)得到解決以來，我國(guó)的高壓直流輸電技術(shù)發(fā)展迅速，上海-葛洲壩和廣州-天生橋等遠(yuǎn)距離大功率高壓直流輸電工程陸續(xù)建成并投入運(yùn)行。2003年五月五號(hào)的七點(diǎn)，常州—長(zhǎng)沙±500kV的高壓直流輸電工程成功結(jié)束了176個(gè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試并投入試運(yùn)營(yíng)，它的運(yùn)行成為了世界上高壓直流輸電工程中輸送電能功率最大的項(xiàng)目。它的試運(yùn)行奠定了三峽水電廠電力向外輸送的基礎(chǔ)，并且增加了西電東送線路容量，貫徹落實(shí)了這一政策。國(guó)家電網(wǎng)公司為了實(shí)現(xiàn)最近建設(shè)電網(wǎng)的新要求，規(guī)劃了在2010年的時(shí)候完成建設(shè)至少十個(gè)大型的高壓直流輸電工程。到目前為止，我國(guó)已經(jīng)完成建設(shè)全球輸送功率最大±800kV高壓直流輸電工程，除此之外，還有眾多的±1000kV，±800kV，±660kV，等高壓直流輸電工程正在建設(shè)，這些措施進(jìn)一步貫徹落實(shí)了我國(guó)的西電東送這一政策。高壓直流輸電仍將是我國(guó)從今往后幾十年重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目，高壓直流輸電和大電網(wǎng)交流輸電之間相互配合相互補(bǔ)充[6]。1.2.2針對(duì)換流站無功補(bǔ)償及限制的現(xiàn)狀現(xiàn)今，并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置是目前世界上投入運(yùn)行的高壓直流輸電工程無功補(bǔ)償?shù)闹饕胧?，選擇什么樣的無功補(bǔ)償裝置主要取決于當(dāng)?shù)氐慕涣飨到y(tǒng)強(qiáng)度。一般的情形下，當(dāng)交流系統(tǒng)的短路比不大于3的時(shí)候，電網(wǎng)的穩(wěn)定性較弱，我們應(yīng)該考慮安裝一些其它的無功補(bǔ)償裝置，并非非要采取一般的換流技術(shù)，主要的辦法是可以安裝同步調(diào)相機(jī)；當(dāng)交流系統(tǒng)短路比介于3和5之間時(shí)，交流系統(tǒng)的電壓可能會(huì)不穩(wěn)定，因此可以考慮采取靜止無功補(bǔ)償裝置，這種裝置具有控制電壓的能力；當(dāng)交流系統(tǒng)的短路比不小于5的時(shí)候，從投資等方面考慮，可以考慮只裝設(shè)電容電抗器。正常的裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置和進(jìn)行濾波的大部分措施是裝設(shè)交流濾波器還有并聯(lián)電容器，幾乎所有高壓直流輸電工程的百分之九十都是采用的。我國(guó)近期投運(yùn)的一些高壓直流輸電工程都是采取的這種方法，例如云廣±800kV高壓直流輸電工程、三峽—常州±500kV高壓直流輸電工程、三峽廣東±500kV高壓直流輸電工程、南橋葛洲壩±500kV高壓直流輸電工程，還有靈寶背靠背高壓直流輸電工程。根據(jù)近期的高壓直流輸電機(jī)械投切的電容器，電抗器和同步調(diào)相機(jī)是傳統(tǒng)形式的無功補(bǔ)償設(shè)備，而靜止無功補(bǔ)償裝置是較為新型的無功補(bǔ)償裝置。靜止無功補(bǔ)償裝置在直流工程中已得到應(yīng)用，英法海峽直流工程和加拿大恰圖卡背靠背工程，還有中國(guó)和俄羅斯的黑河背靠背工程，青海至西藏的直流工程等都采用了靜止無功補(bǔ)償器。但它在直流工程中應(yīng)用的仍較少。1.3本文主要內(nèi)容本文以經(jīng)典的直流輸電理論研究直流輸電系統(tǒng)的無功理論。主要研究?jī)?nèi)容：（1）重點(diǎn)分析了高壓直流輸電換流器吸收無功的機(jī)理、影響因素；（2）通過換流站的無功消耗公式分析計(jì)算不同運(yùn)行方式下?lián)Q流站的無功消耗以及對(duì)換流器進(jìn)行了無功補(bǔ)償?shù)姆治鲇懻?；?）介紹了不同的無功補(bǔ)償裝置及其運(yùn)用的方式及場(chǎng)合；（4）在滿足無功平衡下的無功補(bǔ)償裝置的配置；（5）在Matlab或PSCAD/EMTDC仿真軟件上建立高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真模型，利用所建的仿真模型，仿真計(jì)算高壓直流輸電換流器對(duì)無功方面的要求和關(guān)系。并對(duì)上述仿真結(jié)果進(jìn)行分析、比較，給出合理解釋，并提出高壓直流輸電無功補(bǔ)償?shù)暮侠砘ㄗh。圖1-2葛-南高壓直流輸電工程模型換流站無功及無功補(bǔ)償2.1高壓直流輸電系統(tǒng)的工作原理及運(yùn)行方式一般正常情況下的高壓直流輸電工程大多數(shù)都采用電網(wǎng)電源的換流方式，這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)的包含整流裝置和逆變裝置的高壓直流輸電工程的換流器是用可控硅晶閘管構(gòu)成的。高壓直流輸電工程里換流裝置扮演者一個(gè)至關(guān)重要的角色。換流器采用三相橋式的連接方式是高壓直流輸電工程換流裝置一般采用的方法。這里的換流器一般指6脈動(dòng)換流器，6脈動(dòng)換流器的每個(gè)換流閥是由六個(gè)橋（又稱橋臂）構(gòu)成的，這六個(gè)橋臂每個(gè)橋的周期是的基波周期，并且按時(shí)間順序一個(gè)個(gè)觸發(fā)，接在電網(wǎng)中。三相橋式的換流裝置利用半控型的晶閘管觸發(fā)和斷開使系統(tǒng)的電路模型構(gòu)成發(fā)生了變化，這樣就發(fā)生了交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)間的交直流的互相轉(zhuǎn)化。換流裝置的換流過程是通過換流變壓器閥的繞組的短路電流來完成的。與整流裝置極性相反的逆變裝置是需要高壓直流輸電工程所接入的電網(wǎng)來供給換相所需的電流電壓[7]。正常情況下，高壓直流輸電工程的兩端換流站中任一個(gè)是采用正負(fù)兩極換流器在換流站的直流側(cè)串聯(lián)的方式構(gòu)成的。這時(shí)，由于想讓直流電壓的波動(dòng)頻率變得更少，因此正負(fù)換流裝置交流側(cè)電壓之間的相位差是30°，此時(shí)換流器閥之間圖2-1高壓直流輸電系統(tǒng)模型圖的相位差也是30°，于是就構(gòu)成了12脈動(dòng)換流裝置[9]。因?yàn)橐档透邏褐绷鬏旊姽こ坍a(chǎn)生的諧波對(duì)交流系統(tǒng)的影響，并且可以減少并化簡(jiǎn)換流站交流濾波器和整個(gè)換流站的結(jié)構(gòu)，一般采用交流端通過換流變壓器并聯(lián)，而且有兩個(gè)六脈動(dòng)的換流裝置串聯(lián)在直流系統(tǒng)的直流端構(gòu)成一個(gè)十二脈動(dòng)的換流器，這樣就可以減少建設(shè)高壓直流輸電工程的投資。高壓直流輸電的工作原理就是通過直流輸電線路在交流系統(tǒng)1和交流系統(tǒng)2之間輸送功率，高壓直流輸電系統(tǒng)里和交流系統(tǒng)1相連的換流站1被稱為整流站，它是由整流器構(gòu)成的，運(yùn)行方式是整流方式；直流系統(tǒng)里和交流系統(tǒng)2相連的換流站2被稱為逆變站，它是由逆變器構(gòu)成的，運(yùn)行方式是逆變方式。當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)兩側(cè)的交流系統(tǒng)有功率交換時(shí)，首先交流系統(tǒng)1送來的交流功率被換流站1轉(zhuǎn)換成直流功率，然后轉(zhuǎn)換的直流功率通過直流線路傳輸?shù)綋Q流站2，并利用換流站2將直流功率變化成交流功率，這樣就完成了交流系統(tǒng)1到交流系統(tǒng)2的功率傳輸，稱為高壓直流輸電原理過程。高壓直流輸電的換流站的運(yùn)行方式有主要：（1）雙極全壓的運(yùn)行方式，這時(shí)直流系統(tǒng)輸送的是額定功率；（2）單極大地回路的運(yùn)行方式，這時(shí)直流系統(tǒng)輸送的功率是額定功率的二分之一；（3）單極金屬回路的運(yùn)行方式，直流系統(tǒng)輸送的功率依然是額定功率的二分之一；（4）反向輸送功率方式；（5）電壓降低70％的運(yùn)行方式，直流系統(tǒng)輸送的功率是額定功率的70％；（6）電壓降低80％的運(yùn)行方式，直流系統(tǒng)輸送的功率是額定功率的80％。圖2—1代表整個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)的模型圖，RPC代表一組交流濾波器模塊，SVC代表一組靜止無功補(bǔ)償器模塊。2.2換流站的無功平衡及無功原理眾所周知，當(dāng)一個(gè)電力設(shè)備的電壓和電流之間的相角不為零的時(shí)候，總是伴隨著無功功率的流動(dòng)，而換流器運(yùn)行時(shí)導(dǎo)致交流側(cè)電流變畸形，因此換流站運(yùn)行時(shí)理所當(dāng)然有無功功率的吸收或發(fā)出。晶閘管是換流器的主要構(gòu)成器件，換流器運(yùn)行時(shí)整流器側(cè)的交流側(cè)的電流是滯后于電壓的，是由于換流器在工作運(yùn)行時(shí)總是有觸發(fā)角α和換相角γ存在的，于是這就產(chǎn)生了整流器在正常工作時(shí)必須多多的吸取無功功率。2.2.1換流器功率因數(shù)(1)整流裝置的基波功率因數(shù)可由以下公式得出（2-1）基波功率因數(shù)角可近似由以下公式得出（2-2）(2)逆變裝置的基波功率因數(shù)可由以下公式得出（2-3）在式中，是交流的基波功率因數(shù)角，它可以認(rèn)為是相電流相角超前于相電壓向量的相角，則基波功率因數(shù)角可有以下公式表示[9]（2-4）以上各式中，γ是熄弧角；是整流器的換相角；是逆變器的換相角；是交流側(cè)整流器的基波功率因數(shù)角。從式(2-1)和式(2-3)可以看出，換流器的功率因數(shù)角是和觸發(fā)角或熄弧角還有換相角密切相關(guān)的，當(dāng)觸發(fā)角或熄弧角角度變大時(shí)，增加，這時(shí)，換流裝置則應(yīng)該吸取更大的無功功率。當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)輸送的有功功率增多時(shí)，相應(yīng)的直流系統(tǒng)的無功功率消耗也會(huì)增加，當(dāng)高壓直流系統(tǒng)額定運(yùn)行且在正常的控制之下時(shí)，其觸發(fā)角變化時(shí)，直流系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著不一樣的無功功率消耗，由式(2-1)和式（2-3）可見，功率因素和觸發(fā)角(逆變側(cè)為熄弧角)是有種反向的關(guān)系，換流站內(nèi)的功率因素會(huì)由于觸發(fā)角的變大導(dǎo)致降低，進(jìn)而增大無功功率的消耗。當(dāng)觸發(fā)角是30°的時(shí)候，換流站內(nèi)的無功功率消耗將大概增加60％（相比于觸發(fā)角為15°時(shí)）。因此，維持觸發(fā)角在一個(gè)較小的水平、即維持功率因數(shù)在一個(gè)較大的水平將對(duì)降低系統(tǒng)的無功功率消耗起到至關(guān)重要的作用。但是在換流站正常工作時(shí)將大量產(chǎn)生諧波，但當(dāng)高壓直流系統(tǒng)輸送的有功功率較少的時(shí)候，交流濾波器中產(chǎn)生的無功功率不變，此時(shí)相對(duì)于換流站其產(chǎn)生的無功功率過多，這時(shí)可以調(diào)整觸發(fā)角使其增加同時(shí)降低了功率因數(shù)，可以使高壓直流輸電系統(tǒng)吸收過剩的無功功率保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。2.2.2換流器的無功功率消耗無論是工作在整流情況下的換流器還是工作在逆變情況下的換流器，換流器都將從交流系統(tǒng)中大量的吸取無功功率，這樣就說明從整個(gè)交流系統(tǒng)范圍來考慮，高壓直流系統(tǒng)的換流器相當(dāng)于大的無功負(fù)荷。要計(jì)算整個(gè)換流站的無功功率消耗需要參考到不同情況下的換流器的運(yùn)行方式，同時(shí)直流輸電系統(tǒng)和電網(wǎng)中各種運(yùn)行參數(shù)的條件也要考慮。在這里，電網(wǎng)的參數(shù)條件是指短路時(shí)的容量、交流系統(tǒng)的無功供給能力、電壓維持的范圍、還有高壓直流系統(tǒng)兩側(cè)交流系統(tǒng)的電壓等級(jí)等；高壓直流系統(tǒng)的參數(shù)條件包括直流電流以及直流電壓、運(yùn)行方式等直流線路的參數(shù)還有接地的參數(shù)等。這樣，換流站的消耗無功功率的多少是和直流電壓電流、換相電抗、換相角、還有高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β拭芮邢嚓P(guān)的[10]。換流器件無功功率的消耗可以從以下公式計(jì)算得出[8]（2-5）而（2-6）（2-7）（2-8）在上式中，可以表示為換流器在空載時(shí)理想的直流電壓，kV；P表示在換流器直流側(cè)的功率，MW；表示換流器運(yùn)行時(shí)的無功功率消耗，Mvar；φ表示換流器功率因數(shù)角；μ表示換流器的換相角；表示換相電抗（一相），Ω；表示換流器直流側(cè)的電流，kA；ɑ表示整流側(cè)換流器的觸發(fā)角；表示空載情況下線電壓的有效值（換流變壓器閥側(cè)繞組），kV；表示正負(fù)極側(cè)直流電壓，kV[9]。在式中用替代，其中表示逆變器側(cè)的熄弧角，這時(shí)可以表示換流器逆變運(yùn)行時(shí)的方式。有上面的公式分析計(jì)算可以得出，換流器消耗的無功不僅和高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β视嘘P(guān)，還和很多的其它參數(shù)有關(guān)，尤其是觸發(fā)角和熄弧角，他們對(duì)換流器消耗無功的影響尤為重要[11]。正如上面所說，把上述式里的替代成就是逆變器側(cè)的無功消耗的計(jì)算公式[12]。α在穩(wěn)態(tài)控制時(shí)的大概波動(dòng)范圍是12.5°~17.5°，γ在穩(wěn)態(tài)控制下的大概波動(dòng)范圍是17.0°~19.5°。不僅要考慮Ud、Id、α、γ等多方面的測(cè)量誤差，還要考慮到換流變產(chǎn)生的公差，從這里可以分析得出在不一樣的運(yùn)行方式下的兩側(cè)換流站產(chǎn)生的無功消耗，如表2-1所示。在表中，電壓降低70%的情況下α=30.4°，γ=36.9°；電壓降低80%的情況下，α=14.3°，γ=25.0°；還有雙極全壓的情況下α=17.7°，γ=20.5°。表2-1不同運(yùn)行方式下?lián)Q流站的無功消耗運(yùn)行方式直流功率/MW運(yùn)行電壓/KV整流側(cè)無功消耗/Mvar逆變側(cè)無功消耗/Mvar雙極全壓500080029243037降壓80％400064023502788降壓70％350056030483368從表2-1可以很明顯的得出一些結(jié)論，在降低交直流電壓運(yùn)行時(shí)，高壓直流系統(tǒng)輸送的有功功率由此也減少，但是由于無功功率消耗是和觸發(fā)角和熄弧角密切相關(guān)的，而觸發(fā)角和熄弧角大幅增加，那么相應(yīng)的整個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)的無功功率消耗將會(huì)相應(yīng)增加。2.2.3換流站內(nèi)的無功平衡由于換流器和交流系統(tǒng)之間有無功功率交換，那么它們之間就有無功平衡的關(guān)系，這種關(guān)系可以由以下公式表示(2-8)在上式中：表示電網(wǎng)吸收或提供的的無功功率，Mvar；表示去掉并聯(lián)電抗器吸收的無功功率之后的容性無功補(bǔ)償設(shè)備發(fā)出的無功，Mvar；表示換流器在整個(gè)過程中吸取的無功功率，Mvar。假設(shè)的數(shù)值是正的，于是交流系統(tǒng)將會(huì)吸收換流器產(chǎn)生的容性無功功率；同理，若為負(fù)，交流系統(tǒng)將會(huì)提供給換流站一定的容性無功功率。為了滿足高壓直流輸電工程里的無功功率平衡，這就需要考慮到高壓直流系統(tǒng)連接的電網(wǎng)所支持的無功交換能力的上限[5]，并根據(jù)確定的無功死區(qū)，選擇出最佳的無功補(bǔ)償裝置的切除點(diǎn)和投入點(diǎn)等[10]。換流站的無功平衡的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是首先確定交流系統(tǒng)交換無功的能力，確定和分析計(jì)算換流站內(nèi)的無功平衡，選擇和裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，確定無功控制方式及策略，提出無功補(bǔ)償裝置的控制、調(diào)節(jié)、平衡等多方面綜合考慮的要求，確定換流站交流側(cè)無功補(bǔ)償設(shè)備的容量及分組容量[13]。對(duì)無功補(bǔ)償及其配置等方案的考慮必須要求滿足高壓直流輸電工程和交流系統(tǒng)之間無功平衡的需要，而且需圖2-2換流站無功功率平衡要多方面考慮交直流系統(tǒng)對(duì)無功控制等控制方案還有諧波濾波的要求[14]。2.3換流站的無功補(bǔ)償消耗大量的無功功率是不管整流站還是逆變站共有的特點(diǎn)，其消耗無功的數(shù)值大小不僅和換流站的無功控制和其運(yùn)行方式密切相關(guān)，還和高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蕯?shù)值有關(guān)。一般換流站工作在額定情況下時(shí)，換流站運(yùn)行時(shí)所吸收的無功功率將達(dá)到直流線路傳輸有功功率數(shù)值的30％～60％，所以應(yīng)當(dāng)對(duì)換流站增加裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。一般換流站工作在低于額定功率情況下時(shí)，這時(shí)線路傳輸有功功率降低，換流器消耗的無功也隨之降低，若不改變無功補(bǔ)償裝置容量，這將導(dǎo)致由于大量過剩的無功功率涌入直流系統(tǒng)連接的電網(wǎng)，增高了換流站交流母線側(cè)電壓，由此需要科學(xué)合理的對(duì)高壓直流系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償。比如通過對(duì)換流站的無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行合理控制來避免上述狀況[14]。這里無功功率控制是指改變晶閘管觸發(fā)角以及根據(jù)高壓直流系統(tǒng)吸收的無功大小來選擇性投入無功補(bǔ)償裝置，從而保證交直流系統(tǒng)工作在正常電壓下。裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備的作用是提高周邊電能質(zhì)量、維持換流站交流母線側(cè)電壓、調(diào)節(jié)交直流系統(tǒng)的無功、改善動(dòng)暫態(tài)電壓的穩(wěn)定性、同時(shí)設(shè)備還可以當(dāng)做濾波設(shè)備運(yùn)行，當(dāng)然最主要的還是給換流站提供無功支持[11,15,16]。2.3.1交流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償能力交流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償能力在這里是指交流系統(tǒng)給高壓直流系統(tǒng)提供無功功率、維持換流站內(nèi)無功保持平衡的能力。但是這種能力受多方面影響，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率、交流系統(tǒng)電壓的控制、無功補(bǔ)償裝置的投入、交流系統(tǒng)的負(fù)荷容量以及交流系統(tǒng)的拓?fù)渥兓榷际怯绊懡涣飨到y(tǒng)的無功補(bǔ)償能力的因素[18]。由此，受不同因素影響的交流系統(tǒng)對(duì)無功功率的供給能力是不同的。這樣，當(dāng)換流站設(shè)在大型的發(fā)電廠周邊的時(shí)候，高壓直流系統(tǒng)傳輸大量的電能的時(shí)候，電網(wǎng)將可以給直流系統(tǒng)供給容性無功；當(dāng)高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β瘦^小時(shí)，而無功補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的無功過剩，那么交流系統(tǒng)可以利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力來吸取多余的無功功率。因?yàn)榻涣飨到y(tǒng)的無功供給能力可以減少設(shè)置無功補(bǔ)償設(shè)備，并降低無功補(bǔ)償設(shè)備的的投資，減少無功補(bǔ)償設(shè)備的容量及分組，同時(shí)還可以節(jié)省許多電力設(shè)備、保護(hù)控制設(shè)備的投資，減少整個(gè)直流工程的造價(jià)，因此合理性的利用電網(wǎng)的這一能力對(duì)高壓直流工程的投資還有換流站運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性起到了至關(guān)重要的作用[10]。2.3.2無功補(bǔ)償裝置的選擇對(duì)于大多數(shù)的高壓直流工程，其整流換流站一般選擇建設(shè)在電力系統(tǒng)強(qiáng)度較大的位置（如發(fā)電廠附近），這樣電網(wǎng)對(duì)直流系統(tǒng)的無功支持能力很強(qiáng)，這時(shí)應(yīng)當(dāng)先考慮電網(wǎng)的無功能力再依據(jù)諧波抑制需求和無功補(bǔ)償需要裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。而逆變站則一般是功率傳輸?shù)牧硪欢耍噙x擇建設(shè)在負(fù)荷密度較大的位置，這里的交流系統(tǒng)能力較弱，不能大量提供無功功率，由此，只能根據(jù)換流站本身無功平衡的要求裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備。背靠背高壓直流輸電工程一般用于交流系統(tǒng)之間的非同步互聯(lián)，其和其所互聯(lián)的電網(wǎng)沒有任何無功功率交換，因此只能全部由裝設(shè)的無功補(bǔ)償設(shè)備來提供換流站運(yùn)行時(shí)無功功率的消耗。無功補(bǔ)償設(shè)備一般是安裝在換流站的交流母線側(cè)，并聯(lián)電容器、濾波器、靜止無功補(bǔ)償器等都是經(jīng)常采用的無功補(bǔ)償設(shè)備。容性無功補(bǔ)償器產(chǎn)生的總無功功率為（2-9）其中C表示無功補(bǔ)償裝置總的有效電容；f表示高壓直流系統(tǒng)連接的電網(wǎng)側(cè)的頻率。常規(guī)經(jīng)常使用的無功補(bǔ)償裝置主要分為三類：第一一般是機(jī)械投切式的電容電抗器、濾波器；第二是同步調(diào)相機(jī)；第三是靜止無功補(bǔ)償裝置。這三種裝置下一章還會(huì)講到。在選擇無功補(bǔ)償裝置的時(shí)候需要根據(jù)換流站所連的交流系統(tǒng)的強(qiáng)度決定，一般短路比大于3時(shí)只選擇電容電抗器還有濾波器，短路比小于3時(shí)選擇其他的無功補(bǔ)償裝置。2.3.3無功補(bǔ)償與配置的綜合考慮無功補(bǔ)償與其配置的任務(wù)是明確高壓直流輸電工程里選擇的無功補(bǔ)償設(shè)備、確定其總?cè)萘恳约捌浞纸M容量。做無功補(bǔ)償任務(wù)時(shí)需要合理的考慮多方面要求，如無功功率的控制、換流站的投資、諧波的抑制等要求，同時(shí)還必須要能夠滿足高壓直流輸電系統(tǒng)內(nèi)換流站無功平衡的條件。無功補(bǔ)償容量在確定時(shí)需要考慮直流系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)參數(shù)誤差，同時(shí)它是要依照換流器額定運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)決定最終數(shù)值的。高壓直流系統(tǒng)超過額定運(yùn)行方式時(shí)，換流站將吸收更多的無功功率，多余的消耗可以通過備用的無功補(bǔ)償設(shè)備和電網(wǎng)進(jìn)行額外提供無功來解決；確定高壓直流工程的無功補(bǔ)償設(shè)備容量時(shí)可以不用考慮直流降壓的運(yùn)行方式的，同時(shí)長(zhǎng)距離高壓直流工程的無功補(bǔ)償設(shè)備容量在確定時(shí)是不用考慮功率反送的運(yùn)行方式的；降壓方式缺少的無功功率可以通過電網(wǎng)和直流系統(tǒng)的相互配合以及無功補(bǔ)償設(shè)備來提供[19]。在配置高壓直流工程的無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)需要盡量往減少換流站投資，減少電力設(shè)備、保護(hù)控制設(shè)備的投資方面考慮，就無功補(bǔ)償這一方面，可以通過利用電網(wǎng)強(qiáng)大的無功支持和供給能力，減少無功補(bǔ)償設(shè)備容量、分組容量及投資來實(shí)現(xiàn)削減預(yù)算的目的。這樣，當(dāng)換流站設(shè)在大型的發(fā)電廠周邊的時(shí)候，高壓直流系統(tǒng)傳輸大量的電能的時(shí)候，電網(wǎng)將可以給直流系統(tǒng)供給容性無功，這樣可以減少無功設(shè)備的投資；當(dāng)高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)墓β瘦^小時(shí)，而無功補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的無功過剩，那么交流系統(tǒng)可以利用發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力來吸取多余的無功功率，這同樣也可以減少無功設(shè)備。因此當(dāng)需要對(duì)直流輸電系統(tǒng)換流站進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，需要考慮到直流系統(tǒng)的本身容量、附近交流系統(tǒng)的無功供給能力、無功補(bǔ)償設(shè)備的選擇等多方面的因素。2.4無功對(duì)交直流系統(tǒng)的影響由上述可以得到，為了使高壓直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行，需要合理的處理?yè)Q流站運(yùn)行時(shí)大量產(chǎn)生的無功。下面就介紹當(dāng)無功功率不足或過剩的時(shí)候造成的影響。無功功率的不足或過剩會(huì)直接導(dǎo)致交流系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定，甚至?xí)＜暗秸麄€(gè)交、直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。若無功功率的長(zhǎng)期維持在高水平，首先會(huì)使正常時(shí)電流增加，其次是視在功率升高，這些都將直接導(dǎo)致變壓器、發(fā)電機(jī)、導(dǎo)線、以及用電設(shè)備等其它的電力設(shè)備的容量增加，同時(shí)保護(hù)控制裝置的儀表、刻度、規(guī)格等都要發(fā)生改變。還有，若無功功率增加，電流增加，會(huì)增加電力設(shè)備的功率損耗。無功功率還會(huì)惡化電能質(zhì)量，使電壓發(fā)生很大的波動(dòng)（沖擊性無功負(fù)荷），同時(shí)無功會(huì)增加許多電力設(shè)備的電壓降。由此可看出，控制和補(bǔ)償好無功功率對(duì)于交流系統(tǒng)和高壓直流系統(tǒng)有多么重要，這就需要更加科學(xué)合理的對(duì)高壓直流輸電無功補(bǔ)償[21]。對(duì)于直流系統(tǒng)的換流站，其在運(yùn)行時(shí)所消耗的無功功率不能過多的從附近的電網(wǎng)中來吸收，不僅如此換流站和附近的電網(wǎng)還不能吸收和發(fā)出過多的無功功率。這是因?yàn)閾Q流站的運(yùn)行當(dāng)從電網(wǎng)中吸收和發(fā)出過多的無功時(shí)，將會(huì)造成換流站的交流母線側(cè)電壓大幅減少，并且交流母線側(cè)電壓還會(huì)很不穩(wěn)定，這會(huì)從第4章的仿真建模里得到證明。因此，需要合理的依據(jù)換流站內(nèi)的無功特性來安裝無功補(bǔ)償裝置，來保障高壓直流系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[27]。第3章?lián)Q流站的無功補(bǔ)償裝置及容量的確定3.1換流站的無功補(bǔ)償裝置換流站的無功補(bǔ)償裝置是指用于補(bǔ)償換流器消耗的無功功率而需要安裝的無功設(shè)備。無功補(bǔ)償設(shè)備主要有機(jī)械投切式的電容器電抗器、同步調(diào)相機(jī)、和靜止無功補(bǔ)償裝置三類，機(jī)械投切式的電容器電抗器和同步調(diào)相機(jī)是傳統(tǒng)形式的無功補(bǔ)償設(shè)備，而靜止無功補(bǔ)償裝置則是一種較為新型的無功補(bǔ)償裝置。3.1.1機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置這種無功補(bǔ)償裝置主要有三種：機(jī)械投切式電容器、電抗器以及交流濾波器。這里，交流濾波器不僅可以給換流站提供基波的無功補(bǔ)償，而且它是特意為高壓直流工程的諧波抑制而專門設(shè)計(jì)安裝的，交流濾波器的容性無功容量約占總無功容量的60％左右。并聯(lián)電容器和交流濾波器補(bǔ)償產(chǎn)生的無功和交流母線側(cè)電壓平方是成正向關(guān)系的。一般交流濾波器設(shè)計(jì)安裝時(shí)主要是考慮諧波抑制的要求的，這時(shí)當(dāng)交流濾波器的裝設(shè)不能滿足無功補(bǔ)償?shù)男枰獣r(shí)才會(huì)安裝其他電容器。這時(shí)因?yàn)榻涣鳛V波器比同容量的電容器要貴，當(dāng)其提供的基波無功功率不能滿足時(shí)，再裝設(shè)濾波器顯得不劃算，因此在濾波器滿足諧波抑制要求時(shí)裝設(shè)電容器就比較合理。這類機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置的選擇一般是當(dāng)交流電網(wǎng)不怎么弱時(shí)確定的。正常運(yùn)行時(shí)并聯(lián)電容器和交流濾波器組發(fā)出的總的無功功率為（3-1）C表示并聯(lián)電容器和交流濾波器組的總的有效電容；U表示交流母線側(cè)電壓；f表示交流電網(wǎng)的頻率。并聯(lián)電容器的特點(diǎn)是運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用較低并且簡(jiǎn)單，而且其投資也不貴。而交流濾波器的特點(diǎn)是穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)性能較好，還有就是它首先是可以抑制諧波還可以提供基波無功補(bǔ)償，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；它的缺點(diǎn)也有，主要是容易受交流系統(tǒng)的電容電抗及運(yùn)行方式的影響，比較容易產(chǎn)生并聯(lián)諧振。這類的無功補(bǔ)償裝置的缺點(diǎn)是其在投入和切除時(shí)不是連續(xù)的，是呈現(xiàn)跳躍狀態(tài)，這樣就很難調(diào)節(jié)，如果高壓直流系統(tǒng)受到干擾的話，無功補(bǔ)償裝置就很難對(duì)連續(xù)變化的無功做出調(diào)節(jié)。如果換流站的交流母線側(cè)電壓降低時(shí)，換流站需要吸收更多的無功功率，但是無功補(bǔ)償設(shè)備提供的無功按照交流側(cè)電壓的平方呈正比關(guān)系，這樣的話就對(duì)交流系統(tǒng)有很不好的影響。當(dāng)高壓直流工程連接所在的交流電網(wǎng)較弱時(shí)，一個(gè)很小的無功變化就能對(duì)電壓波動(dòng)產(chǎn)生很大的影響，在有的時(shí)候，這種情況會(huì)導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定的惡性循環(huán)[21]。在高壓直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷較小時(shí)，同時(shí)要滿足系統(tǒng)諧波抑制的要求，換流站側(cè)必須要裝設(shè)一定容量的交流濾波器，這就可能產(chǎn)生換流器需要消耗的無功功率低于交流濾波器產(chǎn)生的無功。電網(wǎng)中流入大量多余的無功功率，這樣圖3-1接在交流母線上的電容器和交流濾波器可能流入的無功功率大大超過電網(wǎng)能夠接受的無功功率容量，導(dǎo)致直流系統(tǒng)交流母線側(cè)電壓大幅度升高，這時(shí)就需要考慮裝設(shè)并聯(lián)電抗器來抵消過剩的容性無功功率。只有當(dāng)直流和交流系統(tǒng)滿足上述要求即換流站的特性就是如此時(shí)才需要裝設(shè)并聯(lián)電抗器，并非全部的高壓直流工程都需要裝設(shè)并聯(lián)電抗器。總的來說，機(jī)械投切式的無功補(bǔ)償設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是在同樣投資的情況下能夠提供更多更大容量的無功補(bǔ)償，但是其缺點(diǎn)是不能夠完成連續(xù)調(diào)節(jié)，不能快速頻繁使用操作，它的調(diào)節(jié)速度不快[22,23]。3.1.2同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)一般安裝在高壓直流工程的逆變站端，即向負(fù)荷中心輸電端。當(dāng)輸送端的電網(wǎng)強(qiáng)度較弱時(shí)，短路比（SCR）不大于3時(shí)，如果受端交流系統(tǒng)很弱，即短路比小于或等于3時(shí)，逆變站就會(huì)由于電網(wǎng)的不穩(wěn)定而受到影響從而導(dǎo)致?lián)Q相失敗，產(chǎn)生直流電流升高，直流電壓降低。一旦換相發(fā)生不斷的異常，直流保護(hù)控制系統(tǒng)就將啟動(dòng)采取直流系統(tǒng)緊急停止運(yùn)行的保護(hù)措施。但是這樣的話不僅影響了輸電系統(tǒng)給用戶供電帶來經(jīng)濟(jì)上的損失，還會(huì)給交流電網(wǎng)帶來沖擊。但是在同步調(diào)相機(jī)安裝在換流站的交流母線側(cè)時(shí)，就增加了電網(wǎng)中的短路比，降低了逆變器換相失敗的次數(shù)，從而增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。同步調(diào)相機(jī)不僅能消耗無功還能提供無功，可以完成電壓和無功功率的連續(xù)控制調(diào)節(jié)。同步調(diào)相機(jī)輸出無功是可以利用調(diào)整勵(lì)磁而呈連續(xù)不斷變化，因此調(diào)節(jié)起來比較方面，其在欠勵(lì)磁時(shí)在電網(wǎng)中相當(dāng)于一個(gè)電抗器，從電網(wǎng)中消耗容性無功；其在過勵(lì)磁時(shí)在電網(wǎng)中相當(dāng)于一個(gè)電容器，可以向電網(wǎng)中提供容性無功功率；同步調(diào)相機(jī)在工作在額定情況下時(shí)，同步調(diào)相機(jī)的端口電壓和電網(wǎng)的電壓是一樣的，其勵(lì)磁電流和基準(zhǔn)電流也是一樣的，這樣的話同步調(diào)相機(jī)完全和交流系統(tǒng)同步并聯(lián)，沒有任何的無功功率產(chǎn)生和消耗[23]。同步調(diào)相機(jī)大多裝設(shè)在遠(yuǎn)處發(fā)電廠往交流系統(tǒng)強(qiáng)度較弱的地區(qū)輸電的逆變站端。例如巴西-巴拉圭的伊泰普直流輸電工程（±600kV，3150MW）,加拿大納爾遜河直流輸電工程（±500kV，2000MW）以及我國(guó)的舟山直流輸電工程均裝設(shè)了同步調(diào)相機(jī)。同步調(diào)相機(jī)的特點(diǎn)是投資比較多、占地面積大、運(yùn)行維護(hù)的可靠性較低而且工作量大，因此盡量謹(jǐn)慎采用。圖3-2接在逆變站側(cè)交流母線上的同步調(diào)相機(jī)3.1.3靜止無功補(bǔ)償裝置靜止無功補(bǔ)償裝置（SVC）一般由晶閘管控制電抗器（TCR），晶閘管投切電容器（TSC）和固定電容器（FC）三種器件構(gòu)成，它由于可以持續(xù)穩(wěn)定的控制調(diào)節(jié)并穩(wěn)定的吸收發(fā)出無功功率，因此安裝靜止無功補(bǔ)償器是一個(gè)控制交流系統(tǒng)的電壓、穩(wěn)定交流系統(tǒng)的無功功率的強(qiáng)有力方法。其調(diào)節(jié)速度快，可快速反應(yīng)控制住由于直流系統(tǒng)的單級(jí)故障導(dǎo)致的交流母線側(cè)的電壓升高，并可抑制機(jī)械投切式電容電抗器產(chǎn)生的暫態(tài)電壓劇烈波動(dòng)。交流系統(tǒng)受到大的干擾時(shí)，靜止無功補(bǔ)償器可以用于增強(qiáng)交直流系統(tǒng)應(yīng)對(duì)故障的能力及故障的恢復(fù)能力。目前靜止無功補(bǔ)償器成為了穩(wěn)定交流系統(tǒng)的無功功率、穩(wěn)定交流系統(tǒng)的電壓的一個(gè)強(qiáng)有力裝置。在國(guó)內(nèi)，大容量的靜止無功補(bǔ)償器已能夠大量生產(chǎn)，它已經(jīng)在提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性、改善用戶的電能質(zhì)量、改善交流系統(tǒng)的低頻振蕩方面、增加電網(wǎng)的輸送容量等多方面起到了至關(guān)重要的作用。目前知道的靜止無功補(bǔ)償器的缺點(diǎn)只有投資較多。靜止無功補(bǔ)償器在高壓直流系統(tǒng)中主要作用：可迅速反應(yīng)控制住由于直流系統(tǒng)的單級(jí)故障導(dǎo)致的交流母線側(cè)的電壓升高，抑制機(jī)械投切式電容電抗器產(chǎn)生的暫態(tài)電壓劇烈波動(dòng)，增強(qiáng)交直流系統(tǒng)應(yīng)對(duì)故障的能力及故障的恢復(fù)能力。一般在機(jī)械投切式無功補(bǔ)償裝置不能夠滿足高壓直流輸電系統(tǒng)的無功消耗需求時(shí)，且直流系統(tǒng)本身的無功特性也不能滿足時(shí)，這就需要考慮安裝靜止無功補(bǔ)償器。此外，受端所連的電網(wǎng)強(qiáng)度較弱時(shí)，就可以裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償器，可以用來增強(qiáng)交流和高壓直流系統(tǒng)系統(tǒng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。例如丹麥日德蘭半島的斯卡捷拉克到挪威南部港口城市克里斯蒂亞安娜的高壓直流輸電工程（±350kV，940MW），克里斯蒂亞安娜的換流站在1995年裝設(shè)了一臺(tái)容量為±200Mvar的靜止無功補(bǔ)償器，替換掉了之前裝設(shè)的±140Mvar容量調(diào)相機(jī)[24]。正在建設(shè)中的中俄背靠背換流站將成為我國(guó)第一個(gè)安裝靜止無功補(bǔ)償裝置的直流輸電工程。至于選擇哪一種類型的無功補(bǔ)償裝置主要取決于交流系統(tǒng)的強(qiáng)度。當(dāng)一個(gè)新建設(shè)的高壓直流工程，可以考慮采取以下方式選擇無功補(bǔ)償裝置：當(dāng)短路比不大于3時(shí)，可以裝設(shè)靜止無功補(bǔ)償器；當(dāng)短路比不小于3時(shí)，只需要安裝并聯(lián)電容器和電抗器。圖3-3接在交流母線上的靜止無功補(bǔ)償裝置3.2換流站無功補(bǔ)償容量及分組容量的確定高壓直流輸電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)按照高壓直流系統(tǒng)的全壓、雙極、正向等額定運(yùn)行方式選擇無功補(bǔ)償裝置的容量，并且考慮附近交流電網(wǎng)的無功提供能力。額定運(yùn)行時(shí)確定，要在其它的運(yùn)行方式下進(jìn)行校核，如功率反送方式、過負(fù)荷方式、降壓方式下。要在各種不同的運(yùn)行方式下校核以保證能滿足無功功率平衡。3.2.1容性無功補(bǔ)償設(shè)備容量的確定換流站內(nèi)容性無功補(bǔ)償設(shè)備容量可以由下面的公式計(jì)算出（3-2）表示在額定電壓下容性無功補(bǔ)償設(shè)備所能產(chǎn)生的總的無功功率；表示在正常電壓下由最大的并聯(lián)電容器分組或交流濾波器分組所能夠產(chǎn)生的總的無功功率；N表示無功補(bǔ)償裝置的備用組數(shù)；表示在假設(shè)確定無功補(bǔ)償裝置容量前提下的交流系統(tǒng)的吸收無功，數(shù)值為負(fù)的時(shí)候代表交流系統(tǒng)無功功率的供給；表示假設(shè)確定直流系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置時(shí)換流器的無功消耗；U表示換流站交流母線側(cè)電壓的標(biāo)幺值。由此可以得到，換流站的交流母線側(cè)電壓和無功補(bǔ)償設(shè)備產(chǎn)生的無功功率密切相關(guān)，在交流母線側(cè)電壓變化的范圍內(nèi)，計(jì)算上述（3-2）公式就可以判斷換流站內(nèi)的無功補(bǔ)償設(shè)備能否滿足高壓直流輸電系統(tǒng)的無功需求。3.2.2感性無功補(bǔ)償設(shè)備容量的確定感性無功補(bǔ)償設(shè)備容量可以由以下公式計(jì)算得出（3-3）表示在一般電壓下?lián)Q流站的并聯(lián)電抗器所消耗的總的無功功率；，在一般電壓情況下，由最少的交流濾波器組提供的總的無功功率。在無功補(bǔ)償設(shè)備所產(chǎn)生的容性無功功率過多時(shí)，這時(shí)可以裝設(shè)感性無功補(bǔ)償設(shè)備用來吸收過剩的無功功率，這種情況一般發(fā)生在直流系統(tǒng)低于額定運(yùn)行情況下時(shí)，此時(shí)滿足濾波需求的交流濾波器會(huì)產(chǎn)生過剩的無功功率。還有一種情況是，為了調(diào)節(jié)精密的無功控制需要投切一些低壓電抗器導(dǎo)致的。的選擇和當(dāng)時(shí)運(yùn)行狀況是密不可分的，在采用單極最小的運(yùn)行方式時(shí)，換流器內(nèi)吸收的無功功率是最小的，根據(jù)這些各種情況運(yùn)行設(shè)計(jì)高壓直流系統(tǒng)是最好的，它運(yùn)行起來具有很強(qiáng)的靈活性，而且系統(tǒng)性能也很好，但是這樣設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)就是投資較多。但是可以采用雙極最小的運(yùn)行方式，這樣雖然運(yùn)行靈活性和系統(tǒng)性能可能會(huì)降低但是表現(xiàn)依然很良好，而且整個(gè)工程的投資會(huì)降低。目前，大多數(shù)的高壓直流輸電工程設(shè)計(jì)感性無功補(bǔ)償方案時(shí)都是采取雙極最小的運(yùn)行方式的。3.2.3無功分組容量的確定高壓直流輸電在運(yùn)行時(shí)運(yùn)行的方式較多，運(yùn)行時(shí)其調(diào)節(jié)功率迅速、穩(wěn)定，其輸送的功率可以在很大的范圍內(nèi)變化。為了滿足高壓直流輸電在各種不同的運(yùn)行方式下和輸送不同功率的要求，同時(shí)也必須考慮到換流站交流母線側(cè)電壓變化的需求，因此在換流裝設(shè)無功補(bǔ)償設(shè)備必須實(shí)行分組投切運(yùn)行。一般無功補(bǔ)償設(shè)備被分為3~5個(gè)無功大組（由于交流濾波器是無功補(bǔ)償設(shè)備里最重要的，因此這里主要稱其為交流濾波器大組），任一大組里面還包含3~5個(gè)無功小組或又稱交流濾波器小組。在給無功補(bǔ)償設(shè)備分組時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮到對(duì)直流系統(tǒng)內(nèi)諧波的抑制，充分利用各種類型的交流濾波器，所以可以考慮把交流濾波器充分均勻的分配到每一個(gè)無功大組中。在換流站里總的無功補(bǔ)償容量是固定的時(shí)候，若無功補(bǔ)償設(shè)備分組越少[19]，換流站設(shè)計(jì)時(shí)的占地面積以及投資就越少。而無功分組越多換流站的交流母線側(cè)電壓變化范圍就越大。3.2.3.1無功大組容量的估算換流站交流母線電壓的變化率和換流站無功大組容量之間的關(guān)系可由下面的公式來表示（3-4）式中：表示總的無功大組容量；表示換流站的交流母線側(cè)允許的暫態(tài)電壓的變化率；表示換流站交流母線側(cè)的短路容量；表示在無功大組投切之后換流站的交流母線側(cè)上總的無功補(bǔ)償容量。3.2.3.2無功小組容量的估算換流站交流母線電壓的變化率和換流站無功小組容量之間的關(guān)系可由下面的公式來表示（3-5）在式中表示的是無功小組容量[25]。確定換流站的無功分組方案是一個(gè)不斷改進(jìn)和完善的過程，可以由無功大組小組公式（3-4）和公式（3-5）推導(dǎo)出無功大組和無功小組的容量，并依照換流站和交流系統(tǒng)的運(yùn)行方式的改變，綜合考慮無功補(bǔ)償裝置的濾波特性及無功大組小組的合理分配，可以對(duì)換流站的無功分組方案進(jìn)一步完善，最終使換流站內(nèi)的無功補(bǔ)償達(dá)到最優(yōu)配置[9,19]。3.2.4換流站無功補(bǔ)償容量的校核依據(jù)直流系統(tǒng)的運(yùn)行條件，換流站總的無功補(bǔ)償容量應(yīng)當(dāng)滿足下面的等式（3-6）表示換流站無功補(bǔ)償?shù)目側(cè)萘?；表示交流系統(tǒng)提供的無功功率數(shù)值；表示換流站吸收的無功功率；表示換流站的備用無功補(bǔ)償設(shè)備容量，一般取1組無功小組容量；表示換流站的交流母線側(cè)電壓的標(biāo)幺值，計(jì)算一般取額定電壓，即=1pu[17]。3.3無功補(bǔ)償裝置的控制消耗大量的無功功率是不管整流站還是逆變站共有的特點(diǎn)，其消耗無功的數(shù)值大小不僅和換流站的無功控制和其運(yùn)行方式密切相關(guān)，還和高壓直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蕯?shù)值有關(guān)。一般換流站工作在額定情況下時(shí)，換流站運(yùn)行時(shí)所吸收的無功功率將達(dá)到直流線路傳輸有功功率數(shù)值的30％～60％，所以應(yīng)當(dāng)對(duì)換流站增加裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置。一般換流站工作在低于額定功率情況下時(shí)，這時(shí)線路傳輸有功功率降低，換流器消耗的無功也隨之降低，若不改變無功補(bǔ)償裝置容量，這將導(dǎo)致由于大量過剩的無功功率涌入直流系統(tǒng)連接的電網(wǎng)，增高了換流站交流母線側(cè)電壓，由此需要合理的對(duì)換流站的無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制來避免上述狀況。一般無功功率的控制是指通過對(duì)晶閘管的觸發(fā)角ɑ的控制和對(duì)并聯(lián)電容器和交流濾波器進(jìn)行投切，從而控制交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)之間交換的無功功率維持在合理的范圍之內(nèi)。單組的無功補(bǔ)償裝置容量不能過大，如果無功補(bǔ)償裝置(包含交流濾波器、并聯(lián)電容器等無功設(shè)備)設(shè)置的單組容量過大，投入一個(gè)大組的無功設(shè)備時(shí)將導(dǎo)致交流母線側(cè)電壓升高，這將不利于電力設(shè)備的絕緣；若切除一個(gè)容量過大的無功分組，將導(dǎo)致?lián)Q流站的交流母線側(cè)電壓降低，同樣不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。當(dāng)換流站與其連的電網(wǎng)強(qiáng)度較弱時(shí)，容易產(chǎn)生導(dǎo)致交流母線側(cè)電壓不穩(wěn)定。所以需要有交流電壓控制來配合無功功率控制，例如可以利用定觸發(fā)角控制和換流變壓器分接頭控制(TCC)，來使換流變壓器閥側(cè)理想空載直流電壓和交流母線側(cè)電壓保持在允許合理的范圍內(nèi)。正常的換流站采取的無功功率控制方式一般有交流電壓控制和無功功率控制兩種。當(dāng)換流站和強(qiáng)度較弱的交流系統(tǒng)連接時(shí)一般采用交流電壓控制方式，這樣可以把換流站交流母線電壓維持變化不超過一定的范圍。后者的控制原則主要是讓交流系統(tǒng)和換流站之間不能有過多的無功交換，換流母線側(cè)的電壓波動(dòng)幾乎不受無功功率控制的限制，由于換流站在電網(wǎng)中相當(dāng)于一個(gè)樞紐點(diǎn)，無功功率調(diào)節(jié)在交流系統(tǒng)中的作用相當(dāng)于電網(wǎng)中的順調(diào)壓方式；而交流電壓控制則不同，它可以利用無功控制，來使換流母線的電壓變化維持在一水平內(nèi)，無功電壓調(diào)節(jié)在交流系統(tǒng)中的作用相當(dāng)于電網(wǎng)中的常(恒)電壓方式。大多數(shù)的高壓直流輸電工程一般采用的是無功功率控制方式[9,12]。對(duì)于換流站無功功率控制，換流站里的全部能夠吸收和發(fā)出無功功率的裝置應(yīng)該都能被控制應(yīng)能控制，如控制并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器的投入和切除、交流濾波器、以及控制換流器吸收的無功功率等。投切濾波器組比較麻煩，它的投切所引起的無功功率的變化是階躍式的，同時(shí)還受到抑制諧波的濾波器要求所需要的最小濾波器組的限制。換流器吸收的無功功率是可以通過連續(xù)的改變晶閘管觸發(fā)角來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的改變和控制的。這些控制作用必須相互協(xié)調(diào)，以便保證在任何給定的直流傳輸功率下，對(duì)于各種直流運(yùn)行方式和投入無功補(bǔ)償裝置的組合下都能夠滿足要求。無功功率控制通常具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種運(yùn)行方式[26]。在手動(dòng)運(yùn)行方式下，控制器例如投切指令等所有輸出都將失效，無功補(bǔ)償裝置和交流濾波器的投切都需要由換流站運(yùn)行人員手動(dòng)進(jìn)行[9]。在自動(dòng)運(yùn)行方式下，控制器的所有功能都將起作用，運(yùn)行人員的作用僅限于投切死區(qū)及調(diào)整不平衡無功定值。第4章仿真建模及結(jié)論分析通過對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)及其無功補(bǔ)償原理的了解，通過MATLAB仿真軟件對(duì)投入不同容量的無功補(bǔ)償設(shè)備下的直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。得到了投入不同容量下的直流系統(tǒng)的直流交流側(cè)的電壓電流從起始到穩(wěn)態(tài)下的仿真變化曲線。這個(gè)仿真模型是以魁北克水電的西爾瓦諾卡索里亞高壓直流輸電工程作為參考建立的。它是基于晶閘管的高壓直流輸電系統(tǒng)。這個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)的直流部分參數(shù)是12脈動(dòng)、1000MW、500kV、2kA，它通過直流線路在500kV、5000MW、60Hz網(wǎng)絡(luò)和345kV、10000MW、50Hz網(wǎng)絡(luò)之間傳輸功率。整流器和逆變器的組成是12-脈動(dòng)轉(zhuǎn)換器，使用兩個(gè)6-脈動(dòng)串聯(lián)連接的晶閘管橋。整流器和逆變器之間通過300公里的分布參數(shù)線和兩條0.5H平滑電抗器連接。在整流站和逆變站交流側(cè)分別裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，分別為一組電容器組，兩組調(diào)諧濾波器和一組高通阻尼濾波器。逆變器的交流側(cè)和整流器的直流側(cè)分別裝設(shè)兩個(gè)斷路器用于應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的故障。整個(gè)直流輸電系統(tǒng)如圖4-1所示，電壓電流仿真變化曲線如圖4-4圖4-5所示。圖4-1仿真直流輸電系統(tǒng)圖4-2觀察輸出信號(hào)的濾波器圖4-3無功補(bǔ)償設(shè)備圖4-3中表示的是四組無功補(bǔ)償裝置，最左面那組是電容器組，中間兩組是指調(diào)諧濾波器，最右面那組是指高通阻尼濾波器。圖4-4交流側(cè)電壓電流有效值曲線變化圖4-5直流側(cè)電壓電流曲線變化在示波器輸出信號(hào)側(cè)，使用了一個(gè)有效值（RMS）的裝置用于產(chǎn)生交流側(cè)電壓和電流的有效值。圖4-4的上部分曲線表示交流側(cè)電壓的有效值(標(biāo)幺值表示)，下部分曲線表示交流側(cè)電流的有效值（標(biāo)幺值表示），這里只表示了單相A相的電壓電流。圖4-5的上部分曲線表示直流側(cè)電壓（標(biāo)幺值表示），下部分曲線表示直流側(cè)電流（標(biāo)幺值表示)。圖4-4的每一小部分持續(xù)0.2秒，圖4-5的每一小部分持續(xù)0.1秒。圖4-4和圖4-5從左到右五個(gè)區(qū)域分別代表了當(dāng)直流系統(tǒng)整流站交流側(cè)無功補(bǔ)償裝置投入四組、投入三組、投入兩組、投入一組、全部切除時(shí)穩(wěn)態(tài)情況下的電壓電流變化情況。以下表格為分別切除無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)穩(wěn)態(tài)下的電壓電流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：表4-1切除無功補(bǔ)償設(shè)備的電壓電流數(shù)值(標(biāo)幺值)輸出信號(hào)UaIaUdId全部投入0.6748.461.001.00切除一組0.6588.451.001.00切除兩組0.6448.401.000.99切除三組0.6408.200.990.98全部切除0.6387.850.980.95由圖4-4、圖4-5以及表4-1可以看出當(dāng)給交流側(cè)裝設(shè)足夠的無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，直流交流側(cè)電壓電流比較穩(wěn)定，比較接近理想值。當(dāng)逐漸減少無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，直流交流側(cè)穩(wěn)態(tài)時(shí)的電壓電流開始