中国电科院李英彪等：柔性直流输电换流站输出短路电流水平机理分析
发布时间:2019-11-29
作者：李英彪1，李轶群2，秦善萌3，孙媛媛3
单位：1. 中国电力科学研究院有限公司；2. 国家电网有限公司华北电力调控分中心；3. 山东大学电气工程学院
文章摘要
柔性直流输电是未来电网的发展趋势，系统短路电流水平对电网的安全运行影响重大，非常有必要研究柔性直流输电系统换流站交流侧发生短路故障时输出的短路电流水平。本文分析了柔性直流系统中换流器的运行方式与控制原理，量化换流器输出短路电流幅值和相位的影响因素，进而得出换流站近区交流系统三相短路故障发生后换流站输出短路电流的解析计算公式。该研究为柔性直流输电系统接入现有电力系统后三相短路电流的计算提供了修正方法。
文章亮点
1
基于换流器的运行方式与控制原理，掌握了换流器近区交流三相短路故障发生后换流站输出短路电流幅值和相位的影响因素。
2
提出换流站输出短路电流的解析计算公式，为柔性直流输电系统接入现有电力系统后短路电流的计算提供了修正方法。
主要内容
本文的分析针对采用双闭环控制的电压源型换流器展开。外环控制器生成参考电流，根据参考电流的大小，内环控制器控制换流站生成的电压幅值和相位，从而实现实际电流追踪实际电流。换流器的控制结构如图1所示。本文以换流站输出短路电流相量为研究对象，基于换流站原理与控制结构，分析了不同运行方式和内外环限幅器对换流站输出短路电流幅值和相位的影响。
⬆ 图1 换流器控制结构
第一，短路电流幅值的计算方法。换流站输出短路电流的幅值主要由外环控制控制方式、外环/内环电流限流和故障后换流站PCC点残压确定。根据换流站控制目标参考值和PCC点残压可以计算得到外环控制输出参考电流的大小。然后考虑外环和内环电流限幅器的作用得到最终的参考电流大小，即可得到短路电流的幅值。
⬆ 图2 参考电流和实际电流仿真曲线
第二，短路电流相位的计算方法。换流站通过锁相环实时检测PCC点电压us的相位ψ。换流站以us的相位ψ为参考相位来确定换流站输出电压和电流的相位。根据dq轴电流大小，以ψ为参考相位，即可得到短路电流的相位。
⬆ 图3 不同功率水平下短路电流相位对比
在此基础上，进一步提出在交流系统三相短路电流计算中将换流站等效为三相对称电流源参与计算的方法，如图4所示
⬆ 图4 系统三相短路电路电流计算方法
本文引文信息
李英彪，李轶群，秦善萌，等. 柔性直流输电换流站输出短路电流水平机理分析[J]. 全球能源互联网，2019，2(6)：581-588.
LI Yingbiao, LI Yiqun, QIN Shanmeng, et al. Study on the effect of VSC–HVDC on converter output short circuit current level[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2019, 2(6): 581-588(in Chinese).
研究团队
中国电力科学研究院电力系统研究所主要从事包括电力系统仿真与分析技术、电网安全稳定控制技术、电力系统规划、电力系统过电压及电磁暂态等方面的研究，在电力系统仿真建模和软件开发、电力系统仿真分析及系统调试等技术领域处于行业主导地位。
研究团队作为张北±500 kV柔直电网联合攻关团队的核心之一，主要负责柔直电网系统方案、控制保护策略、关键设备控制原理等内容的可行性和适应性研究，揭示柔直电网运行问题及内在机理，先后参与了多项直流输电工程的安全运行相关工作。研究小组目前有教授级高级工程师2名，高级工程师1名，博士研究生4名，硕士研究生5名。
作者简介
李英彪
博士研究生
主要研究方向为柔性直流输电、电力系统安全稳定运行与控制等。
E-mail：liybwhu@163.com
编辑：张鹏
审核：白恺
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