直流输电技术3
柔性直流输电技术
3)容量相对较小:由于目前可关断器件的电压、电流额定值都比晶闸管低，如不采用多个可关断器件并联，MMC 的电流额定值就比LCC低，因此相同直流电压下MMC基本单元的容量比LCC基本单元(单个6脉动换流器)低。但是， 如采用MMC基本单元的串、并联组合技术，柔性直流输电达到传统直流输电的容量水平是没有问题的，技术上 并不存在根本性的困难。本书后面有专门章节讨论将MMC基本单元进行串、并联组合构成大容量换流器的技术。 可以预期，在不远的将来，柔性直流输电也会采用特高压电压等级，其输送容量会与传统特高压直流输电相当。
柔性直流输电技术
4)不太适合长距离架空线路输电:目前柔性直流输电采用的两电平和三电平VSC或多电平MMC,在直流侧发生短路 时，即使ICBT全部闭锁，换流站通过与IGBT反并联的二极管，仍然会向故障点馈入电流，从而无法像传统直流输 电那样通过换流器自身的控制来清除直流侧的故障。所以，目前的柔性直流输电技术在直流侧发生故障时，清 除故障的手段是跳换流站交流侧开关。这样，故障清除和直流系统再恢复的时间就比较长。当直流线路采用电 缆时，由于电缆故障率低，且如果发生故障，通常是永久性故障，本来就应该停电检修，因此跳交流侧开关并 不影响整个系统的可用率。而当直流线路采用长距离架空线时，因架空线路发生暂时性短路故障的概率很高， 如果每次暂时性故障都跳交流侧开关，停电时间就会太长，影响了柔性直流输电的可用率。因此，目前的柔性 直流输电技术并不完全适合用于长距离架空线路输电。针对上述缺陷，目前柔性直流输电技术的一个重 要研究 方向就是开发具有直流侧故障自清除能力的电压源换流器,本书后面多章内容就是针对此问题而展开的。可以预 期，在很短的时间内，这个问题就能被克服。
高压直流输电系统控制保护整定技术规程
高压直流输电系统控制保护整定技术规程1. 引言高压直流输电系统是一种高效、稳定的输电方式，具有输送大容量、远距离、低损耗等优势。
为了确保高压直流输电系统的安全运行，需要制定一套科学、合理的控制保护整定技术规程。
本文将对高压直流输电系统的控制保护整定技术进行全面详细、完整深入的介绍。
2. 控制保护整定技术的重要性高压直流输电系统是电力系统中的重要组成部分，其稳定运行对于保障电力供应的可靠性至关重要。
控制保护整定技术的合理应用可以提高系统的稳定性，降低故障风险，确保系统的安全运行。
因此，制定一套科学、合理的控制保护整定技术规程对于高压直流输电系统的运行和管理具有重要意义。
3. 控制保护整定技术规程的编制原则制定高压直流输电系统控制保护整定技术规程时，需要遵循以下原则：•安全性原则：确保系统的安全运行是制定技术规程的首要原则。
规程中应包含可靠的控制保护措施，以保护系统免受故障和意外情况的影响。
•稳定性原则：保持系统的稳定运行是制定技术规程的核心原则。
规程中应包含合理的控制策略和整定参数，以确保系统在各种工况下都能保持稳定。
•经济性原则：合理利用资源，降低运行成本是制定技术规程的重要原则。
规程中应包含经济有效的控制保护方案，以最大程度地提高系统的运行效率。
•可操作性原则：规程应具备可操作性，方便运维人员实施。
规程中应包含清晰的操作指南和参数设置方法，以便于实际应用。
4. 控制保护整定技术规程的内容高压直流输电系统控制保护整定技术规程的内容应包括以下方面：4.1 控制策略•控制模式：规定高压直流输电系统的控制模式，包括整流侧和逆变侧的控制方式。
•调节策略：规定控制系统的调节策略，包括电流控制、电压控制、功率控制等。
•控制参数：规定各个控制参数的取值范围和整定方法，确保系统的稳定运行。
4.2 保护策略•故障检测：规定故障检测的方法和准则，包括过流保护、过压保护、短路保护等。
•故障定位：规定故障定位的方法和准则，包括故障测距、故障类型识别等。
(完整版)柔性直流输电技术
柔性直流输电与常规直流比较
高压直流输电（LCC-HVDC）
柔性直流输电（VSC-HVDC）
晶闸管
相位角控制
晶闸管通过脉冲信号控 制开通，但不能控制关断 ，电网换相。当承受电压 反向时，自动关断。
开关频率50/60 Hz
IGBT或其他可关断功 率器件
脉宽调节控制
可关断器件，可以通 过控制信号关断，完全 可控，自换相。
DC
技术内容
关注点
14
功率器件的开通和关断过程
门极控制电压 导通电流
• 导通和关断由门极信号控制 • 导通和关断过程快速，但非
理想 • 导通和关断存在尖峰电流和
电压
集电极和发射 极电压
实际关断和导通波形
15
功率器件的发展
半控器件
• 开通可控 • 关断不可控
全控器件
• 开通可控 • 关断可控
IGBT/IEGT
GTO和IGCT
GTO
IGCT
集成门极
缓冲层 透明阳极 逆导技术
• 最早的全控器件 • 开关频率低，已很少使用
• 上海50MVAr STATCOM
采用IGCT
19
• 目前只有ABB公司供应
IGBT IGBT和PP IGBT(IEGTP)P IGBT(IEGT)
电子注入增强 低导通电压降 宽安全工作区
• 模块塑封 • 应用最广的全控器件 • 三菱、英飞凌、日立、
ABB等多个供应商
• 压接式封装，双面散热
• 失效后处于短路状态
• 主要供应商有东芝、ABB和
Westcode
20
模块式封装(PMI) 功率器件封装模式
技术成熟 安装工艺简单 器件制造商多 损坏时可能发生爆炸 串联不易实现 器件容量相对较小
高压直流输电技术PPT课件
这篇文章发表后，正弦波立
即在电气工程领域得到应用
。 论文中提出，正弦交流电路如同直流电路一样，电压和电流有效值之比为一
常数，称之为阻抗；因此，在线性电路中是遵守欧姆定律的。他从电气参数
计算上说明了采用正弦函数波形交流电的理由。
10/25/2019
22
传统的直流输电系统
10/25/2019
23 23
10/25/2019
28
传统的直流输电系统
传统直流输电系统是建立在发电和配电均为交流电基
础上的。
传统直流输电是先将送端的交流电整流为直流电，由
直流输电线路送到受端，再将直流电逆变为交流电，送 入受端的交流电网。
传统直流输电系统经历了汞弧阀换流器和晶闸管阀换
流器两个阶段。
10/25/2019
2929
网；二是当两个相同工作频率的交流电网联网形成更大的交流电网后，受 到系统运行稳定性差和短路容量增大等限制。
3.在电缆输电方面，由于电缆电容远大于架空线路，电缆电容的充放电电
流产生很大损耗，严重限制了电缆输电距离和效率。
在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比
交流输电有更好的经济效益和优越的运行特性。因而，直流输电重新被人 们重视。
机或电动机的故障退出与重新接入以及运行调整，极大地提高了
可靠性。
4台 3kV/300kW
发电机
输电线路16km
避雷器
避雷器
总电压12kV、电流100A
2台 1kV/100kW
电动机
1台 3kV/300kW
电动机 2台
500V/50kW 电动机 2台
3kV/300kW 电动机
典型的 Thury串联 系统
高压直流输电word版
1、简述直流输电的基本原理从交流电力系统1向系统2输电时，换流站CS1将送端功率的交流电变换成直流电，通过直流线路将功率送到换流站CS2，再由CS2把直流电变换成三相交流电。
通常把交流变换成直流称为整流，而把直流变换成交流称为逆变。
CS1也称为换流站，CS2又称为逆变站。
2、简介“轻型直流输电”。
轻型HVDC是在绝缘栅双极晶闸管IGBT和电压源换流器基础上发展起来的一种新型直流输电技术，可自由地控制电流的导通或关断，从而使HVDC换流器具有更大的控制自由度。
3、列举直流输电适用场合远距离大功率输电；海底电缆输电；不同频率或者同频率非同步运行的两个交流系统之间的联络；用地下电缆向用电密度高的大城市供电；交流系统互联或配电网增容时作为限制短路电流的措施之一；配合新能源的输电。
4、延迟角、重叠角、超前角、熄弧角的概念延迟角：从自然换相点到阀的控制极上加以控制脉冲这段时间，用电气角度表示。
重叠角：换相过程两相同时导通时所经历的相位角。
超前角：从逆变器阀的控制极上加以控制脉冲到自然换相点这段时间，用电气角度来表示。
熄弧点：在自然换相结束时刻到最近一个自然换相点之间的角度。
5、见图6、见图7、为什么逆变器的熄弧角必须有一个最小值？在换相结束（V5关断）时刻到最近一个自然换相点（c4）之间的角度成为熄弧角。
由于阀在关断之后还需要一个使载流子复合的过程，因此熄弧角必须足够大，使换流阀有足够长的时间处于反向电压作用之下，以保证刚关断的阀能够完全恢复阻断能力。
如果熄弧角太小，在过c4点后V5又承受正向电压，而此时载流子尚未复合完，则V5不经触发就会导通，使V1承受反向电压而被迫关断。
这种故障被称为换相失败。
这就要求逆变器的熄弧角必须有一个最小值，其大小为阀恢复阻断能力所需时间加上一定裕度，一般为15度或更大一些。
8、见图9、见图10、HVDC对晶闸管元件的基本要求有哪些？耐压高；载流能力大；开通时间和电流上升率di/dt限制，防止刚刚开通时晶闸管局部过热而损坏元件；关断时间与电压上升率dV/dt的限制，防止未加触发脉冲时晶闸管提前导通。
特高压直流输电双极运行原理
特高压直流输电双极运行原理引言特高压直流输电是一种通过直流电流来传输电能的技术，相较于传统的交流输电方式，具有更远的传输距离、更高的传输能力以及更好的稳定性和环境适应性。
而特高压直流输电双极运行原理是特高压直流输电系统中的核心内容，本文将对特高压直流输电双极运行原理进行全面、详细、完整地探讨，并对其涉及的关键技术和优势进行分析。
什么是特高压直流输电双极运行原理特高压直流输电双极运行原理是指特高压直流输电系统中，使用两个直流回路来传输电能的工作方式。
其中一个回路称为正极回路，另一个回路称为负极回路。
正极回路和负极回路分别由一对相反极性的电极组成，通过高压电源和直流变流器进行电能的传输和转换。
正极回路和负极回路之间通常会通过一个中性极保持电势的平衡。
特高压直流输电双极运行原理的基本原理特高压直流输电双极运行原理的基本原理包括以下几个方面：1. 直流电源在特高压直流输电系统中，需要使用特殊的直流电源来提供高压直流电能。
直流电源通常由交流电网通过整流器转换得到，经过滤波和稳压等处理后，输出所需的高压直流电。
特高压直流输电双极运行原理需要保证正极回路和负极回路分别能够获得稳定的直流电源。
2. 直流变流器直流变流器是特高压直流输电双极运行原理中的核心设备，其作用是将高压直流电能转换为交流电能，进而进行输电。
直流变流器通常由大功率的半导体器件构成，能够实现高效率的能量转换。
在特高压直流输电双极运行原理中，正极回路和负极回路分别配备有独立的直流变流器。
通过控制直流变流器的工作方式和相位，可以实现对双极运行的调节和控制。
3. 中性极为了保持双极运行的稳定性和电势平衡，特高压直流输电系统通常会引入一个中性极。
中性极通过对中点电位的调节，将电极的外电位维持在一个合适的范围内，避免了由于外界干扰或系统不平衡所引起的不良影响。
中性极的引入大大提高了双极运行的稳定性和可靠性。
特高压直流输电双极运行原理的优势特高压直流输电双极运行原理相较于传统交流输电方式具有以下优势：1. 远距离传输由于直流传输对电力损耗和电压降的影响较小，特高压直流输电双极运行原理能够实现远距离的电能传输，突破了传统交流输电的限制。
高压直流输电线路的电磁辐射防护技术
高压直流输电线路的电磁辐射防护技术随着工业化和城市化的进一步发展，电力需求不断增长，同时能源的开发与利用也越来越多样化。
高压直流输电作为一种高效可靠的供电方式，被广泛应用于远距离电力传输。
然而，高压直流输电线路带来的电磁辐射问题也引起人们的关注和担忧。
本文将着重讨论高压直流输电线路的电磁辐射防护技术。
一、高压直流输电线路的电磁辐射源高压直流输电线路是以高压直流电的方式传输电能，由于电流直流，其电磁辐射问题相对于交流输电线路来说较为复杂。
高压直流输电线路的电磁辐射源主要包括两个方面：一是输电线路本身携带的电磁场，二是输电线路导致的地电场变化。
这两个方面的电磁辐射都可能对人体和环境产生一定的影响。
二、高压直流输电线路电磁辐射对人体的影响电磁辐射对人体健康的影响一直备受关注。
高压直流输电线路的电磁辐射主要通过电磁场和地电场的作用传递到人体。
长期暴露于高压直流输电线路的附近，可能会导致一些慢性疾病的发生，如白血病、癌症等。
因此，防护高压直流输电线路的电磁辐射对人体健康至关重要。
三、高压直流输电线路电磁辐射的防护技术1. 输电线路建设规划在高压直流输电线路建设规划阶段，应避免将线路经过人口密集区。
同时，应充分考虑线路的布设方式，采取远离住宅区和敏感设施的方式，以减少电磁辐射对人体的影响。
2. 输电线路设计和材料选择在高压直流输电线路的设计和材料选择过程中，应着重考虑降低电磁辐射的措施。
一方面，通过合理的线路设计和布局减少电磁辐射的范围和强度；另一方面，选择低电磁辐射的材料，如使用低辐射率的绝缘材料、屏蔽材料等。
3. 高压直流输电线路布设技术高压直流输电线路的布设方式也对电磁辐射起着重要的影响。
采用地下布设方式可以将电磁场和地电场的辐射降到最低，但地下布设的成本较高，需要更加细致的施工。
而导线高度和跨越方式也会对电磁辐射起到一定的影响，应根据具体情况进行合理选择。
4. 电磁辐射监测和评估对高压直流输电线路的电磁辐射进行监测和评估是保障人体健康的重要手段。
直流输电的特点及发展前景
直流输电的特点及发展前景张远平，王子强摘㊀要：近年来，在社会经济发展的过程中，人们为了使得电能输送的质量和效益得到进一步的提升，也将许多先进的科学技术应用到了其中，从而促进社会经济的增长㊂其中高压直流输电技术的应用，不仅有效地改善了电力资源输送的质量，满足了人们日常生活的相关要求，还使得电网系统的运行性能得到了进一步的优化㊂文章对高压直流输电技术的相关内容进行介绍㊂关键词：高压直流输电；特点；发展一㊁高压直流输电的技术特点（一）高压直流输电的功能高压直流输电是将三相交流电通过换流站整流变成直流电，然后通过直流输电线路送往另一个换流站逆变成三相交流电的输电方式㊂它基本上由两个换流站和直流输电线组成，两个换流站与两端的交流系统相连接㊂在一个高压直流输电系统中，电能从三相交流电网的一点导出，在换流站转换成直流，通过架空线或电缆传送到接受点；直流在另一侧换流站转化成交流后，再进入接收方的交流电网㊂直流输电的额定功率通常大于１００兆瓦，许多在１０００ ３０００兆瓦之间㊂高压直流输电用于远距离或超远距离输电，因为它相对传统的交流输电更经济㊂应用高压直流输电系统，电能等级和方向均能得到快速精确地控制，这种性能可提高它所连接的交流电网性能和效率，直流输电系统已经被普遍应用㊂直流输电线造价低于交流输电线路但换流站造价却比交流变电站高得多㊂一般认为架空线路超过６００－８００ｋｍ，电缆线路超过４０－６０ｋｍ直流输电较交流输电经济㊂随着高电压大容量可控硅及控制保护技术的发展，换流设备造价逐渐降低，直流输电近年来发展较快㊂（二）高压直流输电技术的主要特点１．高压直流输电系统中间无落点，可实现点对点㊁大功率㊁长远距离直接进行电力输送㊂在输送和接受地点都确定的情况下，使用高压直流输电，可以实现交直流并联输电或非同步联网，这样的话使得电网的结构比较松散和清晰，有利于调控㊂２．大量过网潮流在采用高压直流输电时候是可以减少或避免的，通过改变送受两端的运行方式而改变潮流，该系统潮流方向和大小都可以很方便地进行控制㊂３．使用高压直流输电时，因为其电压很高㊁输送容量大，这样就比较适合大功率㊁远距离进行输送电㊂４．当交直流并联输电时，通过调制直流的有功功率，可以有效抑制与其并列的交流线路的功率振荡，包括区域性低频振荡，明显提高交流的暂态㊁动态稳定性能㊂５．当大功率直流输电发生直流系统闭锁时，输电线路的两端其交流系统则会承受较大的功率冲击㊂二㊁高压直流输电优势和缺点（一）高压直流输电的优势１．低耗材传统的三相交流线路需要三根导线，并且线路走廊宽，而直流输电线路只需正㊁负两极导线，其杆塔的结构简单，线路走廊窄，此外，一条同电压的直流输电线路输送容量约为交流输电线路的２倍，直流输电的线路走廊，其传输效率约为交流线路的２倍甚至更多一点㊂２．远距离㊁大容量直流输电并不存在交流输电的功角稳定问题，因此不会由于静态稳定或暂态稳定性能变差而降低输送容量㊂这是直流输电传输功率的重要特点，也是它的一大优势㊂直流输电的输送容量由换流阀电流允许值决定，输送容量和距离不受两端的交流系统同步运行的限制，有利于远距离大容量输电㊂（二）高压直流输电的缺点１．换流器在运行时会产生交流谐波和直流谐波，若处理不当将其引入交流系统会给交流电网带来很多问题㊂为了降低谐波的影响需在交流侧和直流侧加装滤波器组，这样无形中就增加了换流站的占地面积和运行成本㊂２．晶闸管式换流器在直流电传输过程中会吸收大量的无功功率，高达有功功率的６０％，这就需要加装无功功率补偿装置来进行控制，从而增加了换流站的成本和控制的复杂性㊂三㊁直流输电技术的应用直流输电的应用范围取决于我国目前直流输电技术的发展水平和我国能源需求分布㊂目前我国实际采用的输电方式有交流输电和直流输电两种，直流输电还仅只是交流输电的补充㊂随着直流输电技术的发展，直流输电的应用范围将会变大㊂目前，直流输电技术的应用场合可分为以下类型㊂采用交流输电在技术上有困难或者是不可能，而且只能采用直流输电的场合，如不同频率电网之间的联网或向不同频率的电网之间送电；因稳定性问题采用交流输电难以实现要求；长距离电缆送电，采用交流电缆因为电容电流太大而无法实现等㊂在技术上采用两种输电发送等能实现，但采用直流输电技术比交流输电的技术经济性能好㊂对于这种情况就需要对输电的方案进行比较和论证，最后根据比较的结果选择技术经济性能优越的输电方案㊂目前我国直流输电的应用主要在远距离的大容量输电㊁大型电力系统联网㊁直流电缆送电㊁交流输电线路的增容改造为轻型直流输电等㊂四㊁直流输电的发展早在１９世纪２０年代，人们就已经发明了直流输电机，通过电力资源的远程输送，满足人们生活的相关要求，这也开创了直流输电技术应用的先河㊂而且随着科学技术的不断发展，直流电力的输送技术也得到了进一步的发展，并且还建立了相应的直流输电工程，从而使得直流电力资源输送的范围更加的广泛㊂其中可控硅技术的发展，人们也让直流输电技术的性能得到了进一步的优化，这就标志着直流输电技术的进一步的飞跃，为高压直流技术的发展奠定了扎实的基础㊂五㊁结语由此可见，在当前我国电网系统建筑和发展的过程中，高压输电技术的应用有着十分重要的意义，这不仅很好地满足了人们日常生活和生产的相关需求，还进一步地促进了我国国民经济的增长㊂虽然目前我国的高压输电技术在实际应用的过程中，还存在着许多的问题，但是也具有广阔的发展空间，这样有利于我国经济的稳定发展㊂参考文献：［１］李正英，耿远程，黄卫红．高压直流输电技术应用与研究［Ｊ］．中外企业家，２０１８（２３）．［２］王伟，安森．柔性高压直流输电综述［Ｊ］．沈阳工程学院学报（自然科学版），２０１１（３）．作者简介：张远平，王子强，国网江苏省电力有限公司沭阳县供电分公司㊂０１２。
第三节直流输电的特点
• 根据换流站过电压保护方式的特点，需要增加各种 类型的交、直流避雷器，包括高压端对地的避雷器和 高压Байду номын сангаас子间的避雷器。
当交流远距离输电线路输送的功率不等于自然功
率时，线路中的电容电流通过线路的电抗，会引起 沿线电压有较大的变化。在轻载的情况下，线路上 某些地方可能升高到不能允许的程度，而必须用并 联电抗器加以补偿。直流线路不存在这个问题，沿 线电压较平稳。
自然功率的解释
自然功率又称为波阻抗负荷，是表示输电线路的输电 特性的一个特征参量。当线路输送有功功率达到某个值的 时候，此时线路消耗和产生的无功正好平衡，此时输送的 功率就称为自然功率。它主要用来分析输电线路的输电能 力、电压和无功调节等问题。当线路输送自然功率时，由 于线路对地电容产生的无功与线路电抗消耗的无功相等， 因此送端和受端的功率因数一致；当输送功率低于自然功 率时，由于充电功率大于线路消耗无功，必然导致线路电 压升高；相反，当线路输送功率大于自然功率，由于无功 不足，需要额外的无功补偿，在没有无功补偿的情况下， 线路电压就会下降。所以，线路在输送自然功率的时候， 经济性最好、最合理。
第三节 直流输电的特点
一、 直流输电的优点
（1）直流输电不存在交流输电的稳定 问题，有利于远距离大容量输电。
当送端系统通过交流远距离输电线路和受端系 统连接起来同步运行时，可能出现稳定性问题。
电力系统的稳定性，首要的是指交流电力系 统经受扰动之后，保持同步运行的能力。
交流输电的输送功率P可用下式表示:
柔性直流输电
柔性直流输电技术目录简介 (1)原理 (2)战略意义 (3)应用前景展望 (4)常规直流输电与柔性直流输电的对比 (5)一、常规直流输电技术 (5)二、柔性直流输电技术 (6)三、常规直流输电技术和柔性直流输电技术的对比 (7)四.运行方式 (8)简介柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。
基于电压源换流器的高压直流输电（VSC-HVDC）技术由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi 等人于1990年提出，是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制（PWM）技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有可向无源网络供电、不会出现换相失败、换流站间无需通信以及易于构成多端直流系统等优点。
李岩，罗雨，许树楷，周月宾等.柔性直流输电技术：应用、进步与期望．《南方电网技术》，2015讲述了柔性直流输电技术是构建灵活、坚强、高效电网和充分利用可再生能源的有效途径,代表着直流输电的未来发展方向,已成为新一代智能电网的关键技术之一。
概述了国内外柔性直流输电工程的现状以及柔性直流输电技术在交流电网的异步互联、风电场并网、海上平台供电和城市负荷中心供电等领域的应用情况;重点介绍了世界第一个多端柔性直流输电工程——南澳多端柔性直流输电示范工程的研发情况,尤其是其技术难点;指出了直流输电混合化,高电压大容量化,直流输电网络化和直流配电网等未来柔性直流输电技术发展的主要方向;提出了柔性直流输电系统亟待解决的关键问题,诸如具有直流短路故障电流清除能力的电压源换流器拓扑结构,高压直流断路器技术和直流电网运行的基础理论及控制保护技术。
柔性直流输电系统中两端的换流站都是利用柔性直流输电，由换流器和换流变压设备，换流电抗设备等进行组成。
其中最为关键的核心部位是 VSC ，而它则是由流桥和直流电容器共同组成的。
系统中，综合考虑它的主电路的拓扑结构及开关器件的类型，能够采用正弦脉宽调制技术，将此类技术在调制参考波与三角载波进行数据的对比，在后者数据相对较小的情况下，就会发生触发下桥臂开关导通并关断下桥臂。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TransientdynamicsinelectricpowersystemwithDCtransmission:fractalgrowthinstabilityboundary
Y.SusukiandT.HikiharaAbstract:ThepaperisconcernedwithtransientdynamicsandstabilityofanelectricpowersystemwithDCtransmission.Nowadays,DCtransmissionsystemsarewidelyappliedtoconventionalelectricpowersystems.However,thetransientdynamicsofAC/DCpowersystems,affectedbytheactivepowerthatflowsintoDCtransmissions,isnotentirelyunderstood.Thepaperderivesanon-symmetricalswingequationsystemtoanalysethetransientdynamicsofanAC/DCpowersystem.Thenon-symmetryimpliesaunidirectionalcomponentofanexternalforcingthatcorrespondstobothDCpowerandexcitingpowerswing.Thepaperdiscussesastabilityboundaryanditsqualitativechangeinthenon-symmetricalswingequationsystem.AnunderstandingofthestabilityboundarygivesanimportantcluetothetransientdynamicsofAC/DCpowersystems.FractalstructuregrowthinthestabilityboundarycausedbythechangeofDCpowerflowisdescribed.Theexistenceofafractalboundaryimpliesthatthesystembehaviourbecomeschaoticandunpredictable,dependingontheoperationoftheDCtransmission.
1IntroductionNowadays,DCtransmissionsystemsarewidelyappliedtoconventionalelectricpowersystems[1–5].DCtransmissionhasmanyadvantages:differentACpowersystemscanbeconnectedunderdesynchronisedoperationandrapidactivepowerflowcontrolcanbeobtained.Inparticular,powerswingdampingcontrolisdiscussedbasedonDCpowermodulation[4–6].However,thetransientdynamicsofAC/DCpowersystemsisaffectedbyactivepowerflowintoDCtransmissionsandexcitingpowerswing,andisnotentirelyunderstood.AnunderstandingofthedynamicsisnecessaryforoperationandcontroloffuturepowersupplynetworksincludingDC-basedapparatus.ThispaperdiscussestheeffectsofDCpowerflowonthetransientdynamicsofanAC/DCpowersystem,basedonanon-symmetricalswingequationsystem.Thenon-symme-tryimpliesaunidirectionalcomponentofexternalforcing,whichcorrespondstobothDCpowerandexcitingpowerswing.Theswingequationsystemhasamathematicalstructurecommontomanyphysicalandengineeringsystems:forcedpendulums[7],Josephsonjunctioncircuits[8],andphase-lockedloops[9,10].ThedynamicalbehaviourwhenaffectedbyaDCexternalforce,however,hasnotbeensolvedforthesesystems,althoughsomestudiesontheDuffingequationwithunsymmetricalforcewerereportedin[11,12].Thedynamicalbehaviournowremainsanopenprobleminpowersystemdynamicsandalsoinnonlinearoscillationtheory.Asanimportantaspectofthedynamicalbehaviour,weconsiderastabilityboundaryanditsqualitativechangeintheswingequationsystem.Stabilityboundariesimplybasinboundariesofstableequilibriumpointsandperiodic
solutionsthatcorrespondtopost-faultsteadystatesoftheAC/DCpowersystem.Thisconceptiswidelyrecognisedasamathematicalfoundationoftransientstabilityanalysisofelectricpowersystems[13].WeshowinthispaperthatfractalstructuregrowsinthestabilityboundaryoftheswingequationsystemcausedbyDCexternalforcing.Fractalgrowthindicates,inthecontextofpowersystemengineering,thatwecannotinherentlypredictthetransientbehaviouroftheAC/DCsystemifitspost-faultstateispositionedaroundtheboundary.Thefractalstructureisnumericallyandanalyticallydiscussedbasedongeometrictheoryofdynamicalsystems[14–16].Forapreliminarydiscussionoftheworkreportedonthispaper,see[17].
2Systemmodelandmathematicalformulation2.1IntroductiontoswingequationsystemFigure1showsasystemmodelofanelectricpowersystemwithDCtransmission.TheAC/DCsystemisbasedonapracticalsystem[3–5].InFig.1theDCtransmissioniscloselyconnectedtothebusofthegenerator.Asinusoidalpowerswing,whichexistsintheACtransmission,is
power swing
DC transmissionpe(dc)
pe(ac)
mechanical
inputpower
pm
generator
infinitebus
Fig.1SystemmodelofelectricpowersystemwithDCtransmis-sionTheauthorsarewiththeDepartmentofElectricalEngineering,Kyoto
University,Katsura,Nishikyo-ku,Kyoto615-8510,Japan
rIEE,2005IEEProceedingsonlineno.20040533doi:10.1049/ip-cds:20040533Paperfirstreceived22ndSeptember2003andinrevisedform19thMarch2004
IEEProc.-CircuitsDevicesSyst.,Vol.152,No.2,April2005159assumedtoflowintothebus.Apowerswingisoftenobservedinpracticalsystems;itisthereforeexpectedtobedampedbyDCpowermodulation[4–6].InFig.1,theDCtransmissionisassumedtooperateideally.ThemainobjectiveofthispaperistoclarifythedynamicsofageneratoraffectedbyactivepowerflowintotheDCtransmission.TheidealDCoperationdoesnotaffectthegeneralityofthediscussion.AswingequationsystemisderivedtoanalysethetransientdynamicsoftheAC/DCpowersysteminFig.1.IntheFigure,pe(ac)denotestheactivepowerwhichflows
intotheinfinitebus,andasapproximatelygivenby
peðacÞ¼bsindÀebcosOtð1ÞwherethephysicalmeaningsofvariablesandparametersaregiveninTable1.pe(dc)denotestheactiveDCpowerflow.Thedynamicsofthegeneratorisrepresentedbythefollowingsystemofordinarydifferentialequations: