- 頭條高壓直流輸電系統吸收與并聯電容換相換流器特性分析2021-04-30 作者：張志文 雷詩婕 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為改善高壓直流輸電（HVDC）換相特性及調節無功分布，湖南大學電氣與信息工程學院、特變電工湖南電氣有限公司的研究人員張志文、雷詩婕、翟承達、易梅生，在2019年《電工技術學報》增刊2上撰文，提出一種HVDC系統吸收與并聯電容換相換流器（ASCCC）。研究結果表明ASCCC不僅具有減少逆變器換相失敗的優點，而且能夠優化換流變壓器乃至整個系統的運行狀態。
高壓直流輸電（High-Voltage Direct Current, HVDC）以其可實現交流電網的異步連接、控制靈活性強等特點得到快速發展和廣泛應用。特別是隨著大范圍能源優化配置、大規模可再生能源發電并網等需求的擴大，高壓直流輸電工程項目得到快速實施。
傳統高壓直流輸電由于采用電網換相換流器（Line Commutated Converter, LCC），換流閥的導通與關斷依賴交流電網提供換相電源，當交流電網較弱時，逆變器容易發生換相失敗。為避免發生換相失敗，換流閥的熄弧角應大于15°，加上換相重疊角的影響，逆變器的觸發延遲角會更大，導致逆變器需要吸收大量無功功率，即網側無功補償容量很大。這樣容易使系統在甩負荷時因換流站無功過剩導致換流母線過電壓，嚴重時會導致系統停運，給電網帶來更大危害。
1954年學者Buseman提出通過電容器進行強迫換相的概念，研究指出在換流閥與換流變壓器之間串聯固定電容器而形成的電容換相換流器（Capacitor Commutated Converter, CCC）可以有效地克服傳統高壓直流輸電的上述缺點。
由于換相電容器附加電壓的影響，使換流閥的換相電壓滯后一個角度，從而使閥上實際的線電壓過零點比換流變壓器閥側的線電壓過零點滯后同一個角度。因此，當逆變器的觸發超前角小于零時，仍有一個足夠大的熄弧角來保證換相的順利進行。
為抑制換相失敗和改善無功平衡，湖南大學電氣與信息工程學院、特變電工湖南電氣有限公司的研究人員提出一種吸收與并聯電容換相換流器（Absorption and Shunt Capacitance Commutated Converter, ASCCC）。其基本思想是將電容器并聯接入換流閥與換流變壓器之間，由并聯電容器來補償工作過程中所需的絕大部分感性無功功率。
并聯電容上的電壓有助于換相過程的完成，可以減小換相過程對交流系統強度的依賴性，增強了交流系統的魯棒性。相比于串聯電容換相換流器，由于分流作用，工作過程中換流閥產生的諧波有很大一部分流向并聯電容器，故只需根據實際情況在網側配置較小容量的濾波器來濾除剩余諧波即可。這樣流經換流變壓器的無功功率和諧波成分變得很小，使得換流變壓器的容量得到充分利用。
圖1 實驗系統原理
研究人員首先給出其拓撲結構和數學模型，以及系統改善換相特性的工作原理；然后通過構建等效電路，研究并聯電容分流特性，以及對比研究傳統和新型換相換流器的無功特性，推導出其無功計算方法；最后以某±800kV特高壓直流輸電工程為例，搭建基于ASCCC的逆變站的Matlab仿真模型，同時進行原理樣機實驗。
研究人員通過理論研究和仿真實驗，驗證了采用吸收與并聯電容換相換流器是一種高效優越的換流方式，其并聯電容器的電壓補償作用，使換相電壓滯后，有效防止了逆變器的換相失敗，增強了系統的抗擾動能力。同時并聯電容器可有效地吸收換流閥產生的諧波，使換流變壓器的性能得到優化，避免鐵磁諧振，提高換流器功率因數，具有一定的工程應用價值。
以上研究成果發表在2019年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“高壓直流輸電系統吸收與并聯電容換相換流器特性分析”，作者為張志文、雷詩婕、翟承達、易梅生。
