ccc补偿度分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014/6/15,#,基于,CCC,的高压直流输电系统稳态研究,主讲：欧阳宝龙,成员：张竞言，刘晓倩，高勇,研究背景及方向,传统的,H VDC,系统换流器采用晶管作为其阀单元基本元件,因晶闸管无法进行自关断,因此具有自身固有的缺点。采用电容换相 换流器,(CCC),能够大大改善传统换流器的特性。,我们通过理论推导和仿真的方法研究了整流侧定电流、逆变侧定电压控制方式下,CCC,中串联电容器补偿度对稳态运行中的,HV DC,输电系统的熄弧角、换流器与系统间交换的有功功率、无功功率以及换流器的基波功率因数等的影响。,研究表明,CCC,的串连电容器补偿度的选择要兼顾防止换相失败和防止引起交流系统不稳定来考虑,并非越大越好。,传统电网换相换流器的缺点,对于采用电网换相换流器,(line commutated converter,LCC),技术的传统直流输电系统，为了避免换相失败，总要保证熄弧角,具有,15,或更大的裕度，导致消耗大量的无功功率，需大量的无功补偿及滤波设备。因此不但投资成本较大，一旦发生甩负荷还会引起无功过剩，可能导致过电压；另外，由于换相电压全部由交流电网提供，因此弱交流系统很容易发生换相失败。,串联电容换相换流器的优势,采用串联电容换相换流器,(capacitor commutated converter,CCC),技术可以克服,LCC,的上述缺点。,CCC,的结构是将固定电容器串联接入传统换流系统的换流变压器和换流器之间，通过串联电容来补偿换流器的无功消耗，使当换流器的,(,整流,),、,(,逆变,),角接近于,0,甚至为负时，系统仍能稳定运行，从而在无功消耗大大减小的同时避免了换相失败的发生。尤其是,CCC,逆变器的正阻抗特性，使,CCC,技术在长电缆、弱交流系统直流输电中的应用具有很大优势。,研究方法,采用的仿真模型为 单极双桥式,H V DC,系统,其逆变器为,CCC,方 式。控制方式为,:,整流器侧定电流控制,外加定最小触发角控制,;,逆变器侧定电压控制,外加定熄弧角控制。,为了突出串联电容 器对换流器 影响的相 对程度,引出串联电容器补偿度,K,的概念,即,式中,X c,C,分别为 串联电容器的 容抗和电容,;X l,L,分别为换相电抗和换相电感。,工作机理,CCC,是在普通换流器的换流变压器与换流阀间串接入电容器,将交流电源电压与电容电压叠加,共同作用于换流阀,以实现对换流过程的人工控制。,随串联电容容量不同,可实现欠补偿、全补偿及过补偿运行状态。,设换流器运行所需的感性无功功率为,Q,则欠补偿,(K 1),时,0;,全偿,(K=1),时,=180,Q=0;,过补偿,(K 1),时,180,Q 180,（即）时仍能顺利换相。对欠补偿逆变器而言,恒有。,K p,（其中,K p,为换相角随换流器直流电流增加而趋向的临界换相角），当触发角 一定时,+,=,常数。调整参数,可使,0,（其中,0,、,0,分别为防止换流器换相失败的最小熄弧角与最大换相角,）。,补偿度,K,对系统稳态的影响,通过查阅文献发现串联电容对系统稳态参数造成影响，如熄弧角、换流器与系统间的有功功率,P,和无功功率,Q,以及换流器的基 波功率因数,COS,。,补偿度,K,对上述系统参数的影响如下图所示,无功功率,有功功率,基波功率因数,下标,R,和,I,分别代表整流和逆变侧。,从图中可以看出,随着补偿度,K,的加大,上述各变量均呈单调变化趋势,逆变侧变量变化率均大于整流侧变量变化率,;,无功功率变化率大于有功功率变化率,;,正常 稳 态 运 行 时,对 于 逆 变 器 为,CCC,的,H V DC,系统,当采用整流器定电流和逆变器 定电压控制方式时,CCC,补偿度的改变将对,H V D C,系统的影响如下：,串联电容器补偿度越大,熄弧角越大,因而有利于防止换相失败的发生,;,串联电容器补偿度越大,换流器从交流系统吸收的无功功率越多,而换流器与交流系统间的有功功率则略有下降,;,串联电容器补偿度越大,换流器的功率因数越小,但变化量很小,;,综上所述补偿度的选择要兼顾防止换相失败和防止引起交流系统不稳定来考虑,并非越大越好。建议如果换流器采用,CCC,方式,考虑补偿度大小时应尽量全面地考虑到各种控制方式下的情况。,CCC,技术存在的问题,对运行性能的不良影响。在换相故障时,电容器持续充电至过电压,换流器失去自恢复能力。,对相关设备的性能要求。除应加装氧化锌避雷器,对串联电容器实现过电压保护外,要求换流阀工作稳定、故障率低、能承受大的电压跃变。,将电容器引入换流器,加大了直流侧谐波,造成直流输电系统中的电流谐波污染问题,有待妥善解决。,应用前景,串联换相电容的引入,可实现触发角,的全周期,360,触发控制,使,COS,=1,的换流器运行状态成为可能,同时,提高了换流装置的稳定性。,电容换相换流器简化了换流站主设备,缩小了占地面积。经济性能优于其它强迫换相换流器,而与自然换相换流器可比。,虽然,串联电容器的引入,减少了换流故障发生的可能性,但若发生逆弧等故障时,电容上的过电压将为线电压峰值的数倍,换流阀承受过电压、大电流而可能诱发功率逆转。,串联电容有效地提高了换流器的功率因数。可采用欠补偿、全补偿或过补偿的方式。随串联电容,(,即串联补偿度,),增加,加于阀上的交流电压幅值增加,使换流器所需的无功相应增多,但综合考虑串联电容的无功补偿作用后,整个换流装置所需感性无功呈下降趋势。,CCC,技术虽利弊共俱,但随该理论可行性的深入研讨,必有广泛的应用前景。,仿真示意图,逆变侧为,C CC,的,HV DC,系统示意图,原系统图,原系统,调变比故障,调变比故障,调变比加电容,调变比加电容,