一种双回并行高压直流输电系统谐波不稳定的判定方法
【专利摘要】本发明公开了一种双回并行高压直流输电系统谐波不稳定的判定方法，其特点是本发明结合变压器的直流偏磁效应，将直流偏磁系数带入了推导过程，省去了交流侧的负序阻抗参数，考虑双回直流线路阻抗的大小和相位差异，只采用交流侧正序二次阻抗和直流侧基频阻抗来判定系统是否会发生谐波不稳定，提出了新的判定并行双回高压直流输电系统是否会发生谐波不稳定的方法。
【专利说明】一种双回并行高压直流输电系统谐波不稳定的判定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种双回并行高压直流输电系统谐波不稳定的判定方法，具体地说， 本发明是采用交流侧正序二次阻抗和直流侧基频阻抗，并结合开关函数理论、谐波不稳定 机理来判定双回并行高压直流输电系统是否会发生谐波不稳定，属于电气信息领域。
【背景技术】
[0002] 我国地理跨度大，一次能源分布不均，并且能源主要集中在西部地区，而能量消耗 又集中在东部地区，所以需要大规模的电网进行电能的传输。传统的交流输电输送距离很 难超出500?600km，而高压直流输电（HVDC)技术的成功应用之一就是远距离大容量输电。
[0003] 而随着越来越多高压直流输电系统的投入，其伴随而来的问题也越来越多，其中， 谐波不稳定问题也越来越突出。直流输电引起的谐波不稳定是指在换流站附近有扰动时， 谐波振荡不易衰减甚至放大现象，主要表现为换流站交流母线电压严重畸变。谐波不稳定 发生时，谐波电流将会放大几倍甚至几十倍，这样对电力系统的危害是极其严重的。特别是 对换流变压器、电抗器、电容器等元件造成很大威胁。谐波电流过大会造成电压的畸变，而 电压畸变严重会引起换相失败，使直流输电系统运行困难甚至闭锁。严重情况下，直流输电 系统的崩溃可能会造成交流系统的崩溃。
[0004] 到目前为止，已发现有四个系统发生过这种类型的不稳定，分别是Kristiansand， Nelson River，New England 和 Chateauguay 直流系统。实际上，Nelson River HVDC 系统 和位于挪威和芬兰之间的Kristiansand HVDC系统都是由于在直流侧存在基频串联谐振而 引起的谐波不稳定；Chateauguay背靠背直流系统是由于在交流系统发生二次谐波谐振而 激发谐波不稳定。据报道，在天广直流、贵广直流以及三广直流电线路调试和运行时，均出 现过输电线路周围部分500kV和220kV变压器的中性点直流电流分量大幅上升到30?50A 的情况。这些直流电流分量的存在会激发变压器铁心磁通的饱和，进而产生各次谐波并注 入交流电网中，大幅抬高电压总畸变率，引起谐波不稳定问题。
[0005] 谐波不稳定又称铁心饱和谐波不稳定，但现有的双回并行高压直流输电系统谐波 不稳定的判定方法并没有加入变压器铁心饱和参数，与理论支撑没有完全结合，并且未考 虑双回直流线路网络拓扑参数的差异，判断方法有一定的误差，精确度不是很高。因此进 一步研究谐波不稳定的判定方法，迫在眉睫。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种双回并行高压直流输电系统谐 波不稳定的判定方法，其特点是采用换流变压器直流偏磁效应的影响，并考虑双回直流线 路网络拓扑参数的不同，选取双回直流线路阻抗的矢量值，在此基础上结合开关函数的调 制效应，由电路原理出发，提出一种基于交流侧正序二次阻抗和直流侧基频阻抗判定双回 并行高压直流输电系统谐波不稳定的方法。
[0007] 本发明的目的由以下技术措施实现
[0008] 双回并行高压直流输电系统谐波不稳定的判定方法包括以下步骤：
[0009] 1)根据开关函数调制理论，可以得到直流侧电流调制到交流侧的关系为：
[0010]
【权利要求】
1. 一种双回高压直流输电并行系统谐波不稳定的判定方法，其特征在于该方法包括以 下步骤： 1) 根据开关函数调制理论，可以得到直流侧电流调制到交流侧的关系为：
(1) 式中，⑴为t时刻交流侧（n+1)次正序谐波电流，(t)为t时刻交流侧 (n-1)次负序谐波电流，Idm(t)为t时刻直流侧η次谐波电流； 交流侧电压调制到直流侧的关系为：
(2) 式中，⑴为t时刻交流侧（η+1)次正序谐波电压，⑴为t时刻交流 侦U(n-l)次负序谐波电压，Udm(t)为t时刻直流侧η次谐波电压； 2) 谐波不稳定一般考虑低次谐波；假设初始t时刻，直流线路1中的初始谐波电流为 Idc;1(t)，直流侧谐波电流经换流器调制到交流侧为 ：
(3) 式中，（t)为t时刻交流侧2次正序谐波电流，^（t)为t时刻交流侧0次负序 直流谐波电流，Idc;1(t)为t时刻直流侧1次谐波电流；根据电路原理则有：
(4) i中，(t)为t #刻2'流侧2次￠6--?压，⑴为t '流侧0次梦、 序谐波直流电压，为交流侧2次正序谐波阻抗，为交流系统侧〇次负序谐波阻抗； 此时，考虑换流变压器直流偏磁效应，假设变压器所产生的二次谐波电流分量和流入 变压器直流电流之比为k，即使在最恶劣的情况下也是小于1，所以在此考虑最严重情况， 取k = 1，交流侧二次谐波电流、电压分量表示为： (5) 3) 在t+At时刻，谐波从直流1变换到交流侧，再从交流侧变换回直流1，有：
(6) 式中，Idc；lW(t+At)表示在（t+At)时刻直流线路1中一次谐波电流值，其中，Idc;1(1) (t+At)下标的前一个1代表一次谐波，后一个（1)代表直流线路l，Zdcl⑴表示直流线路1 的一次谐波阻抗值，I dc;1(t)表示初始t时刻，直流线路1中的初始谐波值； 同理，谐波从直流1变换到交流侧，再从交流侧变换回直流2,有：
(7) 式中，Idc；2w (t+At)表示在（t+At)时刻直流线路2中一次谐波电流值，Zdc;2(1)表示直 流线路2的一次谐波阻抗值； 4) 在t+2 △ t时刻，交流侧谐波为直流1和直流2谐波调制到交流侧之和；此时考虑两 回直流线路之间的电流值不同（幅值、相角差），由于换流器在直流侧表现电压源，所以其 两回线路电流的相角差可以由阻抗的矢量形式来表示，同时考虑铁心饱和问题，并且根据 电路原理等效两回直流的电阻，所以在（t+2At)时刻谐波从直流侧传递到交流侧得到：
(8) 式中，
(9) 式中，仍、％分别代表直流线路1、2的阻抗相位； 5) 在t+3 At时刻，谐波从交流侧传递到直流线路1，此时谐波电压为： 则直流线路1谐波电流为： (10) (11) 6)利用t+3 Λ t时刻和t时刻的电流之比，得出双回直流线路谐波不稳定的工程判定方 法：
(12)
【文档编号】G01R31/08GK104143830SQ201410315798
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】刘天琪, 丁媛媛, 李兴源, 马静, 陈实, 王峰, 李保宏, 凡航 申请人:四川大学