串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性的深度剖析與研究一、引言1.1研究背景與意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，能源分布與負(fù)荷中心不平衡的問(wèn)題日益突出。在我國(guó)，80%以上的能源資源分布在西部和北部地區(qū)，而70%以上的電力消費(fèi)集中在東部和中部地區(qū)。這種逆向分布的現(xiàn)狀，使得遠(yuǎn)距離、大容量輸電成為實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化配置的必然選擇。傳統(tǒng)的交流輸電在長(zhǎng)距離輸電過(guò)程中，存在線路損耗大、穩(wěn)定性差等問(wèn)題，難以滿足大規(guī)模能源輸送的需求。高壓直流輸電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以其高效能、低損耗、長(zhǎng)距離傳輸能力強(qiáng)，尤其是在連接不同頻率的交流電網(wǎng)或者跨越大型水體時(shí)更為優(yōu)越等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，高壓直流輸電主要包括基于電網(wǎng)換相換流器（LineCommutatedConverter，LCC）的傳統(tǒng)直流輸電（LCC-HVDC）和基于電壓源換流器（VoltageSourceConverter，VSC）的柔性直流輸電（VSC-HVDC）。LCC-HVDC技術(shù)經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展，已經(jīng)非常成熟，廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離大容量輸電、異步電網(wǎng)互聯(lián)等場(chǎng)合。然而，LCC-HVDC存在逆變側(cè)換相失敗、無(wú)法對(duì)弱交流系統(tǒng)供電、無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)源運(yùn)行以及運(yùn)行過(guò)程中需要消耗大量無(wú)功功率等缺陷，在一定程度上制約了其進(jìn)一步發(fā)展。VSC-HVDC可以實(shí)現(xiàn)四象限有功和無(wú)功功率的單獨(dú)控制，換相時(shí)不需要交流系統(tǒng)進(jìn)行支撐，且系統(tǒng)不存在換相失敗問(wèn)題。但其也存在額定電壓和輸送功率較低、穿越直流故障能力弱等不足。為了克服LCC-HVDC和VSC-HVDC各自的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)結(jié)合了LCC-HVDC輸送容量大、經(jīng)濟(jì)性好和VSC-HVDC能夠獨(dú)立控制有功和無(wú)功功率、換相無(wú)需交流系統(tǒng)支撐、不存在換相失敗問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)，為高電壓遠(yuǎn)距離輸電提供了新的解決方案，在電力系統(tǒng)中具有重要的戰(zhàn)略地位。研究串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性，對(duì)于深入了解其工作原理、優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性的研究，可以為系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)、控制策略制定提供理論依據(jù)，從而更好地實(shí)現(xiàn)能源的高效傳輸和分配，滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求。此外，深入研究串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性，還可以推動(dòng)直流輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，為構(gòu)建更加堅(jiān)強(qiáng)、智能的電網(wǎng)奠定基礎(chǔ)，對(duì)于保障國(guó)家能源安全、促進(jìn)能源可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)際上，許多科研團(tuán)隊(duì)和學(xué)者對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性開(kāi)展了多方面研究。文獻(xiàn)《SmallSignalModelandStabilityAnalysisforSeriesConnectedHybridHVDCSystem》基于高壓側(cè)電網(wǎng)換相換流器（LCC）和低壓側(cè)模塊化多電平換流器（MMC）構(gòu)成的串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)，建立了狀態(tài)空間和小信號(hào)模型。通過(guò)梳理LCC和MMC交直流側(cè)電氣量和控制信號(hào)的傳遞關(guān)系，推導(dǎo)換流器之間、交流與直流系統(tǒng)之間的接口模型，構(gòu)建了包含具有詳細(xì)內(nèi)部動(dòng)態(tài)特性的LCC、MMC、直流輸電線路和交流系統(tǒng)的小信號(hào)模型，并在PSCAD/EMTDC中與詳細(xì)電磁暫態(tài)仿真進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能對(duì)比，驗(yàn)證了小信號(hào)模型的準(zhǔn)確性，基于此研究了受端交流系統(tǒng)強(qiáng)度對(duì)串聯(lián)混合型直流輸電系統(tǒng)小信號(hào)穩(wěn)定性的影響。在國(guó)內(nèi)，華北電力大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性研究領(lǐng)域成果顯著。在參數(shù)設(shè)計(jì)方面，針對(duì)MMC參數(shù)設(shè)計(jì)，分析其主要設(shè)備參數(shù)及其設(shè)計(jì)原則，根據(jù)參數(shù)間耦合關(guān)系，提出非線性規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，結(jié)合系統(tǒng)基本參數(shù)要求，完成MMC主設(shè)備參數(shù)計(jì)算。在損耗計(jì)算上，分別研究MMC和LCC的損耗問(wèn)題，明確系統(tǒng)損耗構(gòu)成及各部分損耗計(jì)算方法，依據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)算出系統(tǒng)損耗。在暫態(tài)特性分析中，利用PSCAD/EMTDC分析系統(tǒng)在交流故障和直流故障下的暫態(tài)特性，結(jié)果表明該串聯(lián)型拓?fù)淠茌^好抑制傳統(tǒng)直流輸電的換相失敗問(wèn)題，且具有良好的直流故障穿越能力。盡管國(guó)內(nèi)外在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性研究上已取得一定成果，但仍存在不足。在模型建立方面，現(xiàn)有模型對(duì)一些復(fù)雜工況和特殊元件特性的考慮還不夠全面，例如在極端天氣條件下線路參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響未深入分析；在控制策略上，目前的策略在應(yīng)對(duì)系統(tǒng)快速變化和多重故障時(shí)的魯棒性和靈活性有待提高，難以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全方位的最優(yōu)運(yùn)行；在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)，由于實(shí)際系統(tǒng)建設(shè)成本高、周期長(zhǎng)，大部分研究基于仿真實(shí)驗(yàn)，缺乏大規(guī)模實(shí)際工程驗(yàn)證，導(dǎo)致理論研究成果與實(shí)際應(yīng)用存在一定差距。本文將針對(duì)上述不足展開(kāi)研究。在模型建立中，充分考慮各類復(fù)雜工況和特殊元件特性，完善系統(tǒng)模型；在控制策略制定上，致力于提高策略的魯棒性和靈活性，以適應(yīng)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程案例，深入分析系統(tǒng)運(yùn)行特性，推動(dòng)理論研究成果向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化，為串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的工程應(yīng)用提供更有力的技術(shù)支持。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)本文采用多種研究方法，從理論、仿真和實(shí)際案例等多個(gè)角度對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性展開(kāi)深入研究。理論分析是研究的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行深入剖析，建立精確的數(shù)學(xué)模型。在建立LCC和MMC的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型時(shí)，全面考慮換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略以及交直流側(cè)電氣量的相互關(guān)系。例如，對(duì)于LCC，考慮其換相過(guò)程中的換相重疊角、觸發(fā)延遲角等因素對(duì)直流電流和電壓的影響；對(duì)于MMC，考慮子模塊電容電壓的平衡控制以及橋臂電流的諧波特性?；谶@些數(shù)學(xué)模型，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行理論推導(dǎo)和分析，為后續(xù)的研究提供理論依據(jù)。通過(guò)理論分析，研究系統(tǒng)在不同運(yùn)行工況下的功率傳輸特性、電壓電流分布規(guī)律以及穩(wěn)定性條件。為了更直觀、準(zhǔn)確地研究串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性，利用PSCAD/EMTDC、MATLAB/Simulink等專業(yè)仿真軟件搭建詳細(xì)的系統(tǒng)仿真模型。在PSCAD/EMTDC中，精確模擬LCC和MMC的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括晶閘管、IGBT等電力電子器件的開(kāi)關(guān)特性，以及換流變壓器、平波電抗器等元件的電磁特性。設(shè)置各種正常運(yùn)行工況和故障工況，如交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)、直流線路短路故障等，觀察系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程，分析系統(tǒng)的暫態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，獲取系統(tǒng)在不同工況下的電壓、電流、功率等電氣量的變化曲線，直觀地展示系統(tǒng)的運(yùn)行特性，驗(yàn)證理論分析的正確性。結(jié)合實(shí)際的串聯(lián)型混合直流輸電工程案例，如我國(guó)某實(shí)際運(yùn)行的串聯(lián)型混合直流輸電項(xiàng)目，收集工程現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、故障記錄等。深入分析實(shí)際工程中系統(tǒng)的運(yùn)行特性，研究在實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下系統(tǒng)面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。將理論研究和仿真分析的結(jié)果與實(shí)際工程案例進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，檢驗(yàn)研究成果的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為實(shí)際工程的優(yōu)化運(yùn)行和改進(jìn)提供參考依據(jù)。本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一是從全面考慮復(fù)雜工況和特殊元件特性的視角，建立更加完善的系統(tǒng)模型，提升模型的準(zhǔn)確性和適用性；二是提出一種新的控制策略，通過(guò)引入智能算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，提高控制策略的魯棒性和靈活性，使其能更好地應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的快速變化和多重故障，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全方位的最優(yōu)運(yùn)行；三是緊密結(jié)合實(shí)際工程案例，不僅進(jìn)行理論和仿真研究，還深入分析實(shí)際工程中的運(yùn)行特性，促進(jìn)理論研究成果向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。二、串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的基本原理與結(jié)構(gòu)2.1工作原理闡述串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)集成了常規(guī)直流輸電（LCC）和柔性直流輸電（VSC）技術(shù)，通過(guò)兩者的協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)高效的電能傳輸。其基本工作原理是將LCC和VSC在直流側(cè)串聯(lián)連接，共同承擔(dān)輸電任務(wù)。在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，LCC利用電網(wǎng)換相原理實(shí)現(xiàn)交流電與直流電的轉(zhuǎn)換。LCC通常采用晶閘管作為開(kāi)關(guān)元件，其換相過(guò)程依賴于交流系統(tǒng)的電壓和電流。在整流側(cè)，LCC將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角，可以調(diào)節(jié)直流電壓和電流的大小。在逆變側(cè)，LCC則將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并注入交流電網(wǎng)。然而，LCC在運(yùn)行過(guò)程中存在一些局限性，如逆變側(cè)易發(fā)生換相失敗，需要消耗大量無(wú)功功率，且無(wú)法對(duì)弱交流系統(tǒng)供電。VSC則采用全控型電力電子器件，如絕緣柵雙極晶體管（IGBT），實(shí)現(xiàn)了電壓源換流器的功能。VSC能夠獨(dú)立控制有功和無(wú)功功率，其換相過(guò)程不需要交流系統(tǒng)的支撐，具有較強(qiáng)的靈活性和可控性。在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，VSC可以根據(jù)系統(tǒng)需求快速調(diào)節(jié)有功和無(wú)功功率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。此外，VSC還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)源運(yùn)行，為新能源接入和孤島供電等應(yīng)用場(chǎng)景提供了可能。兩者協(xié)同輸電的機(jī)制在于，LCC憑借其成熟的技術(shù)和大容量輸電能力，主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離、大容量的電能傳輸，降低輸電成本；VSC則利用其靈活的控制能力，彌補(bǔ)LCC的不足，如提供無(wú)功支持、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、實(shí)現(xiàn)對(duì)弱交流系統(tǒng)的供電等。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，LCC和VSC通過(guò)直流線路相連，共同維持直流電壓的穩(wěn)定和功率的傳輸。當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障或負(fù)荷變化時(shí)，VSC能夠快速響應(yīng)，通過(guò)調(diào)節(jié)自身的控制策略，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)減輕LCC的負(fù)擔(dān)，提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性。2.2系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)主要由LCC換流站、VSC換流站以及直流輸電線路等部分構(gòu)成。在實(shí)際應(yīng)用中，存在多種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都具有其獨(dú)特的特點(diǎn)和適用場(chǎng)景。常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之一是基于LCC和MMC（模塊化多電平換流器，是VSC的一種常見(jiàn)形式）串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，LCC通常作為高壓端換流器，利用其成熟的技術(shù)和大容量輸電能力，承擔(dān)主要的功率傳輸任務(wù)。MMC則作為低壓端換流器，憑借其靈活的控制能力和優(yōu)良的輸出特性，負(fù)責(zé)改善電能質(zhì)量、提供無(wú)功支持以及增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能。例如，在某實(shí)際工程中，高壓端的LCC換流站采用12脈動(dòng)換流器，通過(guò)換流變壓器與交流系統(tǒng)相連，能夠?qū)崿F(xiàn)大容量的直流輸電；低壓端的MMC換流站由多個(gè)子模塊組成，每個(gè)子模塊包含電容和IGBT等元件，通過(guò)精確控制子模塊的投切，可以輸出接近正弦波的交流電壓，有效減少了諧波含量。另一種常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是將多個(gè)LCC和VSC換流站進(jìn)行不同組合的串聯(lián)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以根據(jù)具體的輸電需求和電網(wǎng)條件，靈活調(diào)整換流站的數(shù)量和位置，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的輸電效果。例如，在一個(gè)長(zhǎng)距離輸電項(xiàng)目中，可能會(huì)串聯(lián)多個(gè)LCC換流站來(lái)逐步提升電壓，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量輸電，同時(shí)在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處串聯(lián)VSC換流站，以增強(qiáng)對(duì)局部電網(wǎng)的控制能力，改善電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)景下具有不同的適用性。在遠(yuǎn)距離大容量輸電場(chǎng)景中，以LCC為高壓端、MMC為低壓端的串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢(shì)。LCC的大容量輸電能力可以降低輸電成本，而MMC的靈活控制能力則可以在受端電網(wǎng)提供無(wú)功支持，增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，滿足大容量電力輸送和受端電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的需求。對(duì)于連接弱交流系統(tǒng)的場(chǎng)景，由于弱交流系統(tǒng)的電壓和頻率穩(wěn)定性較差，需要換流器具備較強(qiáng)的控制能力和無(wú)功補(bǔ)償能力。此時(shí)，采用多個(gè)VSC換流站與LCC換流站串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為合適。VSC換流站可以獨(dú)立控制有功和無(wú)功功率，快速響應(yīng)交流系統(tǒng)的變化，為弱交流系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電壓和頻率支撐，有效增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在城市電網(wǎng)等對(duì)電能質(zhì)量要求較高的場(chǎng)景中，注重MMC換流站特性的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更為適用。MMC能夠輸出低諧波含量的交流電壓，有效減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染，提高電能質(zhì)量，滿足城市電網(wǎng)中對(duì)高質(zhì)量電能的需求。分析不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同場(chǎng)景下的適用性，為后續(xù)運(yùn)行特性分析奠定了基礎(chǔ)。在研究系統(tǒng)的運(yùn)行特性時(shí)，需要根據(jù)具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景，準(zhǔn)確把握系統(tǒng)的特點(diǎn)和需求，從而深入分析系統(tǒng)在不同工況下的運(yùn)行性能，為系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制策略制定提供有力依據(jù)。2.3關(guān)鍵設(shè)備介紹串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)包含多種關(guān)鍵設(shè)備，這些設(shè)備對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和性能表現(xiàn)起著決定性作用。換流閥是實(shí)現(xiàn)交流電與直流電相互轉(zhuǎn)換的核心裝置，分為L(zhǎng)CC換流閥和VSC換流閥。LCC換流閥主要由晶閘管組成，利用電網(wǎng)換相原理工作。晶閘管的耐壓水平和通流能力決定了LCC換流閥的電壓等級(jí)和功率傳輸能力。在實(shí)際工程中，如某±800kV常規(guī)直流輸電工程，其LCC換流閥采用了大量高耐壓、大通流能力的晶閘管，通過(guò)合理的串聯(lián)和并聯(lián)方式，實(shí)現(xiàn)了高壓大容量的電能轉(zhuǎn)換。然而，晶閘管屬于半控型器件，其換相依賴于交流系統(tǒng)的電壓和電流，這使得LCC換流閥在逆變側(cè)易發(fā)生換相失敗，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。VSC換流閥多采用全控型電力電子器件IGBT，以MMC換流閥為例，它由多個(gè)子模塊組成，每個(gè)子模塊包含電容和IGBT等元件。在某±500kV柔性直流輸電工程中，MMC換流閥通過(guò)精確控制子模塊中IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷，能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的功率控制和高質(zhì)量的電能輸出。IGBT的快速開(kāi)關(guān)特性使得VSC換流閥能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)的變化，獨(dú)立控制有功和無(wú)功功率，有效提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。換流變壓器是連接交流系統(tǒng)與換流站的重要設(shè)備，其作用是實(shí)現(xiàn)電壓變換和電氣隔離。在LCC換流站中，換流變壓器的閥側(cè)繞組通常采用特殊的接線方式，如Y/Δ接線，以滿足換流閥對(duì)交流電壓的要求，并減少交流側(cè)的諧波含量。例如，在某常規(guī)直流輸電工程中，換流變壓器的閥側(cè)繞組采用Y/Δ接線，有效降低了交流側(cè)5次和7次諧波的含量。換流變壓器的漏抗對(duì)系統(tǒng)的短路電流和換相過(guò)程有重要影響。較大的漏抗可以限制短路電流的大小，但會(huì)增加換相重疊角，導(dǎo)致?lián)Q相失敗的風(fēng)險(xiǎn)增加；較小的漏抗則可能使短路電流過(guò)大，對(duì)設(shè)備造成損害。在VSC換流站中，換流變壓器不僅實(shí)現(xiàn)電壓變換，還能起到抑制高頻諧波的作用。由于VSC換流閥的開(kāi)關(guān)頻率較高，會(huì)產(chǎn)生一定的高頻諧波，換流變壓器的繞組結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)需要考慮對(duì)這些高頻諧波的抑制。通過(guò)優(yōu)化繞組的布置和增加濾波裝置，可以有效減少高頻諧波對(duì)交流系統(tǒng)的影響。平波電抗器串聯(lián)在直流線路中，主要作用是平滑直流電流、抑制電流波動(dòng)和限制短路電流。在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，平波電抗器的電感值對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)性能有重要影響。如果電感值過(guò)小，直流電流中的紋波會(huì)增大，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行；如果電感值過(guò)大，會(huì)增加設(shè)備的成本和體積，同時(shí)也會(huì)影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在某實(shí)際工程中，通過(guò)精確計(jì)算和仿真分析，確定了合適的平波電抗器電感值，有效抑制了直流電流的波動(dòng)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在直流故障情況下，平波電抗器能夠限制短路電流的上升速度，為保護(hù)裝置的動(dòng)作提供時(shí)間，從而保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備免受損壞。例如，當(dāng)直流線路發(fā)生短路故障時(shí)，平波電抗器可以延緩短路電流的快速上升，使直流斷路器有足夠的時(shí)間切斷故障電流，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。三、串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性分析3.1功率傳輸特性在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，功率傳輸特性是衡量系統(tǒng)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的功率傳輸能力受多種因素影響，深入剖析這些因素對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行具有重要意義。系統(tǒng)的功率傳輸能力與電壓等級(jí)緊密相關(guān)。根據(jù)直流輸電的基本功率公式P=UI（其中P為傳輸功率，U為直流電壓，I為直流電流），在直流電流一定的情況下，提高直流電壓可以顯著提升功率傳輸能力。例如，在某實(shí)際串聯(lián)型混合直流輸電工程中，將直流電壓從±500kV提升至±800kV，在相同的電流條件下，系統(tǒng)的傳輸功率提升了約60%。這是因?yàn)楦叩碾妷旱燃?jí)能夠降低輸電線路中的電流，從而減小線路電阻引起的功率損耗P_{loss}=I^{2}R（R為線路電阻），使得更多的功率能夠被傳輸?shù)绞芏?。不同電壓等?jí)下的功率傳輸能力存在顯著差異，較高的電壓等級(jí)適用于遠(yuǎn)距離、大容量的輸電場(chǎng)景，能夠充分發(fā)揮直流輸電的優(yōu)勢(shì)；而較低的電壓等級(jí)則可能更適合于短距離輸電或?qū)β市枨筝^小的場(chǎng)合。線路參數(shù)如電阻、電感和電容對(duì)功率傳輸也有重要影響。線路電阻會(huì)導(dǎo)致功率損耗，電阻越大，損耗越大，傳輸?shù)绞芏说墓β示驮缴佟＠?，在長(zhǎng)距離輸電線路中，若線路電阻過(guò)大，即使在高電壓等級(jí)下，也會(huì)有大量的功率在傳輸過(guò)程中以熱能的形式散失，降低了系統(tǒng)的輸電效率。線路電感和電容會(huì)影響線路的阻抗特性，進(jìn)而影響功率傳輸。電感會(huì)阻礙電流的變化，在交流系統(tǒng)中，電感會(huì)引起無(wú)功功率的消耗，而在直流輸電系統(tǒng)中，雖然不存在周期性的電流變化，但在系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程中，電感的作用不可忽視。電容則會(huì)影響線路的充電功率，在直流輸電中，電容的存在可能會(huì)導(dǎo)致直流電壓的波動(dòng)，進(jìn)而影響功率傳輸?shù)姆€(wěn)定性。在實(shí)際工程中，需要根據(jù)線路的長(zhǎng)度、傳輸功率等因素，合理設(shè)計(jì)線路參數(shù)，以降低線路損耗，提高功率傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。換流器容量是限制功率傳輸?shù)年P(guān)鍵因素之一。LCC和VSC的容量決定了它們能夠處理的最大功率。如果換流器的容量不足，即使系統(tǒng)其他部分具備更高的功率傳輸潛力，整個(gè)系統(tǒng)的功率傳輸能力也會(huì)受到限制。例如，當(dāng)LCC換流器的容量為5000MW，而VSC換流器的容量為1000MW時(shí)，系統(tǒng)的最大傳輸功率將受到VSC容量的制約，難以超過(guò)1000MW。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)輸電需求，合理配置LCC和VSC的容量，確保兩者的容量能夠相互匹配，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最大傳輸功率。同時(shí)，還需要考慮換流器的過(guò)載能力，在一定時(shí)間內(nèi)，換流器可以承受一定程度的過(guò)載，這對(duì)于應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的突發(fā)負(fù)荷變化具有重要意義。為了更直觀地展示這些因素對(duì)功率傳輸?shù)挠绊?，我們可以通過(guò)具體的計(jì)算和仿真分析。假設(shè)一個(gè)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)，直流線路長(zhǎng)度為1000km，線路電阻為0.01Ω/km，電感為1mH/km，電容為0.01μF/km，LCC換流器的容量為8000MW，VSC換流器的容量為2000MW。當(dāng)直流電壓為±600kV時(shí)，通過(guò)計(jì)算可以得到系統(tǒng)的理論傳輸功率。然后，分別改變電壓等級(jí)、線路參數(shù)和換流器容量，觀察功率傳輸?shù)淖兓闆r。通過(guò)仿真分析，可以得到系統(tǒng)在不同工況下的功率傳輸曲線，進(jìn)一步明確各因素對(duì)功率傳輸?shù)挠绊懸?guī)律。系統(tǒng)的功率傳輸特性還與控制策略密切相關(guān)。合理的控制策略可以優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提高功率傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。例如，采用先進(jìn)的功率協(xié)調(diào)控制策略，可以實(shí)現(xiàn)LCC和VSC之間的功率分配優(yōu)化，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整兩者的輸出功率，以充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢(shì)。在負(fù)荷變化較大時(shí)，通過(guò)快速調(diào)整VSC的控制策略，使其能夠迅速響應(yīng)負(fù)荷變化，維持系統(tǒng)的功率平衡，減少功率波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響。電壓等級(jí)、線路參數(shù)和換流器容量等因素對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的功率傳輸特性有著重要影響。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中，需要綜合考慮這些因素，通過(guò)合理選擇電壓等級(jí)、優(yōu)化線路參數(shù)和配置換流器容量，以及采用先進(jìn)的控制策略，來(lái)提高系統(tǒng)的功率傳輸能力和運(yùn)行效率，確保系統(tǒng)能夠安全、穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。3.2電壓電流特性穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的電壓分布呈現(xiàn)出特定的規(guī)律。在直流輸電線路上，由于線路電阻的存在，電壓會(huì)沿著線路逐漸下降。根據(jù)歐姆定律，線路電阻R上的電壓降\DeltaU=IR（I為直流電流），這意味著距離電源端越遠(yuǎn)，電壓越低。例如，在一個(gè)長(zhǎng)度為1000km的直流輸電線路中，若線路電阻為0.01Ω/km，直流電流為2000A，則線路末端相對(duì)于首端的電壓降為1000\times0.01\times2000=20000V。LCC換流站和VSC換流站的直流側(cè)電壓也有其特點(diǎn)。LCC換流站的直流側(cè)電壓主要取決于交流系統(tǒng)電壓、觸發(fā)角以及換流變壓器的變比等因素。在整流側(cè)，LCC換流站通過(guò)控制晶閘管的觸發(fā)角來(lái)調(diào)節(jié)直流電壓，觸發(fā)角越大，直流電壓越低；在逆變側(cè)，LCC換流站的直流電壓則與交流系統(tǒng)電壓和關(guān)斷角密切相關(guān)。VSC換流站的直流側(cè)電壓可以通過(guò)其控制策略進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)，通常采用定直流電壓控制策略，通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使直流側(cè)電壓保持在設(shè)定值附近。在某實(shí)際工程中，VSC換流站通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流側(cè)電壓，并根據(jù)電壓偏差調(diào)整控制信號(hào)，能夠?qū)⒅绷麟妷旱牟▌?dòng)控制在±1%以內(nèi)。系統(tǒng)中的電流變化規(guī)律同樣受到多種因素影響。直流電流在整個(gè)輸電系統(tǒng)中保持連續(xù)性，即串聯(lián)電路中各處電流相等。然而，在換流站內(nèi)部，由于換流器的工作特性，電流會(huì)發(fā)生一定的變化。在LCC換流站中，換流器的換相過(guò)程會(huì)導(dǎo)致電流出現(xiàn)波動(dòng)，尤其是在逆變側(cè)，換相失敗可能會(huì)引起電流的急劇變化。在VSC換流站中，由于采用了脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)，橋臂電流中會(huì)包含一定的諧波成分。通過(guò)傅里葉分析可以發(fā)現(xiàn)，橋臂電流中的諧波主要集中在開(kāi)關(guān)頻率的整數(shù)倍附近。為了減少諧波對(duì)系統(tǒng)的影響，通常會(huì)在VSC換流站的交流側(cè)和直流側(cè)設(shè)置濾波器。維持電壓電流穩(wěn)定對(duì)于串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。在電壓控制方面，常采用的策略包括基于PI控制器的電壓控制和分層協(xié)調(diào)控制策略。基于PI控制器的電壓控制通過(guò)檢測(cè)直流電壓的偏差，利用PI控制器計(jì)算出控制信號(hào)，調(diào)節(jié)換流器的觸發(fā)角或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以維持直流電壓的穩(wěn)定。例如，當(dāng)直流電壓低于設(shè)定值時(shí)，PI控制器會(huì)增大LCC換流站的觸發(fā)角，或調(diào)整VSC換流站的調(diào)制比，使直流電壓升高。分層協(xié)調(diào)控制策略則將系統(tǒng)分為多個(gè)層次，不同層次的控制器分別負(fù)責(zé)不同的控制任務(wù)，通過(guò)協(xié)調(diào)各層次控制器的工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定控制。在一個(gè)包含多個(gè)換流站的串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，上層控制器負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各換流站之間的功率分配，下層控制器則負(fù)責(zé)各換流站內(nèi)部的電壓控制。在電流控制方面，常用的策略有定直流電流控制和限流控制。定直流電流控制通過(guò)控制換流器的觸發(fā)角或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使直流電流保持在設(shè)定值。在LCC換流站中，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)角可以改變直流電流的大小；在VSC換流站中，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)制比和相位角來(lái)控制直流電流。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障或負(fù)荷突變時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電流過(guò)大的情況，此時(shí)限流控制策略就發(fā)揮作用。限流控制策略通過(guò)限制換流器的輸出電流，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備免受過(guò)載損壞。當(dāng)檢測(cè)到直流電流超過(guò)設(shè)定的限流值時(shí)，換流器會(huì)自動(dòng)調(diào)整控制策略，減小輸出電流。在某實(shí)際工程中，當(dāng)直流線路發(fā)生短路故障時(shí)，限流控制策略能夠在幾毫秒內(nèi)將電流限制在安全范圍內(nèi)，確保了系統(tǒng)設(shè)備的安全。3.3損耗特性在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，功率損耗主要來(lái)源于換流器、輸電線路和其他設(shè)備。準(zhǔn)確計(jì)算這些部分的功率損耗，對(duì)于評(píng)估系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。換流器損耗是系統(tǒng)損耗的重要組成部分，包括LCC換流器損耗和VSC換流器損耗。LCC換流器損耗主要由晶閘管的通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗構(gòu)成。通態(tài)損耗可根據(jù)晶閘管的通態(tài)電流和通態(tài)電阻計(jì)算，公式為P_{on}=I_{T}^2R_{T}（I_{T}為晶閘管通態(tài)電流，R_{T}為通態(tài)電阻）。開(kāi)關(guān)損耗則與晶閘管的開(kāi)關(guān)頻率、開(kāi)關(guān)時(shí)間以及電壓電流變化率等因素有關(guān)，計(jì)算較為復(fù)雜，通常可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。例如，在某±800kV常規(guī)直流輸電工程中，LCC換流器在額定運(yùn)行工況下，通態(tài)損耗約占總損耗的70%，開(kāi)關(guān)損耗約占30%。VSC換流器損耗主要包括IGBT的通態(tài)損耗、開(kāi)關(guān)損耗以及二極管的損耗。IGBT的通態(tài)損耗計(jì)算方法與晶閘管類似，開(kāi)關(guān)損耗則與IGBT的開(kāi)關(guān)特性、驅(qū)動(dòng)電路以及工作頻率等因素密切相關(guān)。二極管的損耗主要是正向?qū)〒p耗，可根據(jù)二極管的正向電流和正向壓降計(jì)算。以某±500kV柔性直流輸電工程中的MMC換流器為例，在額定工況下，IGBT的通態(tài)損耗約占總損耗的40%，開(kāi)關(guān)損耗約占35%，二極管損耗約占25%。輸電線路損耗主要是由線路電阻引起的，其計(jì)算公式為P_{line}=I^{2}R_{line}（I為直流電流，R_{line}為線路電阻）。線路電阻與導(dǎo)線材料、截面積和長(zhǎng)度等因素有關(guān)。在長(zhǎng)距離輸電線路中，線路電阻較大，線路損耗不容忽視。例如，在一條長(zhǎng)度為1000km的直流輸電線路中，若采用某型號(hào)導(dǎo)線，其電阻為0.01Ω/km，當(dāng)直流電流為2000A時(shí)，線路損耗為2000^{2}\times0.01\times1000=4\times10^{7}W。其他設(shè)備如換流變壓器、平波電抗器等也會(huì)產(chǎn)生一定的損耗。換流變壓器損耗包括鐵芯損耗和繞組損耗。鐵芯損耗與鐵芯材料、磁通密度和頻率等因素有關(guān)，可通過(guò)鐵芯損耗公式計(jì)算。繞組損耗則與繞組電流和電阻有關(guān)，可根據(jù)P_{winding}=I_{winding}^{2}R_{winding}（I_{winding}為繞組電流，R_{winding}為繞組電阻）計(jì)算。平波電抗器損耗主要是鐵芯損耗和繞組損耗，其計(jì)算方法與換流變壓器類似。為降低系統(tǒng)損耗，可以從優(yōu)化設(shè)備參數(shù)和改進(jìn)控制策略等方面入手。在優(yōu)化設(shè)備參數(shù)方面，對(duì)于換流器，可以選擇通態(tài)電阻和開(kāi)關(guān)損耗更低的電力電子器件，如采用新型的IGBT器件，其通態(tài)電阻比傳統(tǒng)IGBT降低了20%，可有效減少通態(tài)損耗。優(yōu)化換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如采用改進(jìn)的MMC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少子模塊數(shù)量，降低開(kāi)關(guān)損耗。對(duì)于輸電線路，選擇電阻率更低的導(dǎo)線材料，或增大導(dǎo)線截面積，降低線路電阻。在某實(shí)際工程中，將導(dǎo)線截面積增大20%，線路電阻降低了15%，線路損耗明顯減少。在改進(jìn)控制策略方面，采用智能控制算法，如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，優(yōu)化換流器的觸發(fā)角或開(kāi)關(guān)頻率，使換流器在不同工況下都能運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)，降低損耗。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制策略，根據(jù)負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整換流器的輸出功率，避免設(shè)備在低效率狀態(tài)下運(yùn)行。在負(fù)荷較小時(shí)，降低換流器的開(kāi)關(guān)頻率，減少開(kāi)關(guān)損耗。通過(guò)優(yōu)化設(shè)備參數(shù)和改進(jìn)控制策略等方法，可以有效降低串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的損耗，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性，為系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。四、串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)暫態(tài)運(yùn)行特性分析4.1交流故障暫態(tài)響應(yīng)以某實(shí)際串聯(lián)型混合直流輸電工程為例，該系統(tǒng)由LCC換流站和MMC換流站串聯(lián)組成，LCC換流站位于送端，負(fù)責(zé)將大容量的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，MMC換流站位于受端，用于改善電能質(zhì)量和增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性。交流系統(tǒng)額定電壓為500kV，直流輸電線路長(zhǎng)度為800km。當(dāng)交流側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)經(jīng)歷一系列復(fù)雜的暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程。故障發(fā)生瞬間，交流電壓驟降，由于LCC換流站的換相依賴于交流系統(tǒng)電壓，交流電壓的降低會(huì)導(dǎo)致LCC換流站的換相過(guò)程受到嚴(yán)重影響。在逆變側(cè)，LCC換流站可能會(huì)發(fā)生換相失敗，使得直流電流迅速增大，超過(guò)額定值。同時(shí)，由于交流電壓的降低，LCC換流站從交流系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率也會(huì)大幅增加，進(jìn)一步加劇了交流系統(tǒng)的無(wú)功缺額。MMC換流站在交流故障時(shí)的響應(yīng)則相對(duì)靈活。由于MMC采用全控型電力電子器件，其換相過(guò)程不依賴于交流系統(tǒng)電壓，因此在交流故障時(shí)，MMC換流站能夠快速調(diào)整控制策略，維持直流電壓的穩(wěn)定。MMC換流站可以通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，快速控制有功和無(wú)功功率的輸出。在交流故障期間，MMC換流站可以迅速減少有功功率的輸出，同時(shí)增加無(wú)功功率的輸出，為交流系統(tǒng)提供無(wú)功支持，幫助穩(wěn)定交流電壓。在功率方面，故障發(fā)生后，由于交流電壓降低和LCC換相失敗等原因，系統(tǒng)的有功功率傳輸受到嚴(yán)重影響，傳輸功率大幅下降。隨著MMC換流站的快速響應(yīng)和控制策略的調(diào)整，有功功率逐漸恢復(fù)，但在恢復(fù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)。無(wú)功功率在故障期間的變化較為復(fù)雜，LCC換流站吸收的大量無(wú)功功率導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功功率失衡，而MMC換流站輸出的無(wú)功功率則對(duì)系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡起到了關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。通過(guò)對(duì)該實(shí)際工程案例的分析，可以得到系統(tǒng)在交流故障時(shí)電壓、電流和功率的具體變化曲線。從電壓變化曲線可以看出，交流故障發(fā)生后，交流電壓迅速下降至較低水平，然后在MMC換流站的無(wú)功支持下逐漸回升。直流電壓在MMC換流站的控制下，雖然也會(huì)出現(xiàn)一定的波動(dòng)，但總體能夠保持在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。電流變化曲線顯示，直流電流在故障瞬間急劇增大，然后在保護(hù)裝置和控制策略的作用下逐漸恢復(fù)正常。功率變化曲線表明，有功功率在故障期間大幅下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的調(diào)整后逐漸恢復(fù)，無(wú)功功率則在LCC換流站和MMC換流站之間發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)移和調(diào)整。通過(guò)分析交流故障暫態(tài)響應(yīng)，可知交流故障會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電壓、電流和功率產(chǎn)生顯著影響，而MMC換流站在交流故障時(shí)能夠發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，應(yīng)充分考慮交流故障的影響，優(yōu)化控制策略，進(jìn)一步提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)交流故障的能力。4.2直流故障暫態(tài)響應(yīng)以某實(shí)際串聯(lián)型混合直流輸電工程為研究對(duì)象，該系統(tǒng)由送端的LCC換流站和受端的MMC換流站通過(guò)直流輸電線路串聯(lián)組成，直流輸電線路長(zhǎng)度為1200km。當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)經(jīng)歷復(fù)雜且迅速的暫態(tài)過(guò)程。故障瞬間，直流電流急劇上升，其上升速率可達(dá)數(shù)千安培每秒。這是因?yàn)槎搪饭收蠈?dǎo)致直流線路的阻抗瞬間減小，根據(jù)歐姆定律I=\frac{U}{R}（U為直流電壓，R為線路阻抗），在直流電壓基本不變的情況下，阻抗的減小使得電流迅速增大。同時(shí)，直流電壓會(huì)迅速下降，可能降至額定值的較低比例，如20%-30%。這是由于短路故障引起的大電流在系統(tǒng)電阻和電感上產(chǎn)生了較大的電壓降，從而導(dǎo)致直流電壓大幅降低。LCC換流站在直流故障時(shí)，由于直流電流的急劇變化，其換相過(guò)程會(huì)受到嚴(yán)重干擾。在逆變側(cè)，可能會(huì)發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致直流電流進(jìn)一步增大，同時(shí)交流側(cè)會(huì)出現(xiàn)大量的諧波電流。LCC換流站從交流系統(tǒng)吸收的無(wú)功功率也會(huì)大幅增加，加劇交流系統(tǒng)的無(wú)功不平衡。MMC換流站在直流故障時(shí)，由于其采用全控型電力電子器件，能夠快速響應(yīng)故障。MMC換流站可以通過(guò)快速閉鎖IGBT，切斷故障電流的通路，限制故障電流的進(jìn)一步增大。MMC換流站還可以通過(guò)調(diào)節(jié)控制策略，如采用直流電壓下垂控制等方法，來(lái)維持直流電壓的穩(wěn)定，減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響。在功率方面，故障發(fā)生后，系統(tǒng)的有功功率傳輸會(huì)瞬間中斷，然后隨著故障的發(fā)展和控制策略的調(diào)整，有功功率會(huì)逐漸恢復(fù)，但在恢復(fù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。無(wú)功功率在故障期間也會(huì)發(fā)生劇烈變化，LCC換流站和MMC換流站之間的無(wú)功交換會(huì)變得復(fù)雜，需要通過(guò)合理的控制策略來(lái)協(xié)調(diào)無(wú)功功率的分配，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)該實(shí)際工程案例的仿真分析，可以得到系統(tǒng)在直流故障時(shí)電壓、電流和功率的詳細(xì)變化曲線。從電壓變化曲線可以看出，直流電壓在故障瞬間急劇下降，然后在MMC換流站的控制下逐漸回升，但在恢復(fù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的振蕩。電流變化曲線顯示，直流電流在故障瞬間迅速上升，然后在MMC換流站的閉鎖和限流措施下逐漸下降至安全水平。功率變化曲線表明，有功功率在故障瞬間降為零，然后在系統(tǒng)的恢復(fù)過(guò)程中逐漸恢復(fù)，但恢復(fù)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)較大的功率波動(dòng)，無(wú)功功率則在LCC換流站和MMC換流站之間發(fā)生了顯著的轉(zhuǎn)移和變化。直流故障會(huì)對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的電壓、電流和功率產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而MMC換流站在直流故障時(shí)能夠發(fā)揮重要的控制作用，限制故障電流，維持直流電壓穩(wěn)定，提高系統(tǒng)的故障穿越能力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，應(yīng)充分考慮直流故障的影響，優(yōu)化控制策略和保護(hù)方案，進(jìn)一步提高系統(tǒng)應(yīng)對(duì)直流故障的能力，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.3控制策略對(duì)暫態(tài)特性的影響在串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中，控制策略對(duì)暫態(tài)特性有著至關(guān)重要的影響。不同的控制策略會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在故障情況下的暫態(tài)響應(yīng)存在顯著差異，進(jìn)而影響系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。以某實(shí)際串聯(lián)型混合直流輸電工程為研究對(duì)象，該系統(tǒng)采用了基于LCC和MMC串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在交流故障暫態(tài)響應(yīng)方面，對(duì)比傳統(tǒng)的定直流電流控制策略和新型的協(xié)調(diào)控制策略。當(dāng)交流側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，傳統(tǒng)定直流電流控制策略下，LCC換流站由于交流電壓驟降，換相過(guò)程受到嚴(yán)重影響，逆變側(cè)容易發(fā)生換相失敗，導(dǎo)致直流電流急劇增大，超過(guò)額定值的數(shù)倍，系統(tǒng)的有功功率傳輸大幅下降，甚至可能中斷。而在新型的協(xié)調(diào)控制策略下，MMC換流站能夠快速響應(yīng)交流故障，通過(guò)調(diào)節(jié)IGBT的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，迅速減少有功功率輸出，同時(shí)增加無(wú)功功率輸出，為交流系統(tǒng)提供無(wú)功支持，幫助穩(wěn)定交流電壓。LCC換流站也能在MMC換流站的協(xié)同作用下，調(diào)整觸發(fā)角，減輕換相失敗的程度，使直流電流的增大得到有效抑制，系統(tǒng)的有功功率傳輸雖然也會(huì)下降，但下降幅度明顯減小，并且能夠更快地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。在直流故障暫態(tài)響應(yīng)方面，對(duì)比常規(guī)的直流電壓控制策略和改進(jìn)的直流故障穿越控制策略。當(dāng)直流側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，常規(guī)直流電壓控制策略下，直流電流會(huì)迅速上升，對(duì)系統(tǒng)設(shè)備造成極大的沖擊，直流電壓則會(huì)急劇下降，可能導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。而改進(jìn)的直流故障穿越控制策略下，MMC換流站能夠快速閉鎖IGBT，切斷故障電流通路，限制故障電流的上升速度，將故障電流限制在額定值的1.5倍以內(nèi)。通過(guò)調(diào)節(jié)控制策略，如采用直流電壓下垂控制等方法，MMC換流站可以維持直流電壓的穩(wěn)定，減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。從暫態(tài)穩(wěn)定性提升效果來(lái)看，新型的協(xié)調(diào)控制策略和改進(jìn)的直流故障穿越控制策略表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。新型的協(xié)調(diào)控制策略能夠增強(qiáng)系統(tǒng)在交流故障時(shí)的抗干擾能力，提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性。通過(guò)MMC換流站和LCC換流站的協(xié)同工作，有效抑制了直流電流的異常增大，減少了有功功率傳輸?shù)牟▌?dòng)，使系統(tǒng)能夠更快地恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。改進(jìn)的直流故障穿越控制策略則顯著提升了系統(tǒng)應(yīng)對(duì)直流故障的能力，降低了故障對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的損害風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性和暫態(tài)穩(wěn)定性。通過(guò)快速切斷故障電流和維持直流電壓穩(wěn)定，保障了系統(tǒng)在直流故障情況下的安全運(yùn)行，減少了故障對(duì)電力供應(yīng)的影響?？刂撇呗詫?duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)特性有著重要影響。采用合理的控制策略能夠有效提升系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性，減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響，確保系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。在未來(lái)的研究和工程應(yīng)用中，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化控制策略，提高系統(tǒng)的暫態(tài)性能，以滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求和日益嚴(yán)格的電網(wǎng)運(yùn)行要求。五、影響串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性的因素5.1設(shè)備參數(shù)影響換流閥作為實(shí)現(xiàn)交流電與直流電相互轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備，其參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性有著顯著影響。以LCC換流閥為例，晶閘管的觸發(fā)角是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)觸發(fā)角增大時(shí)，換流器的輸出直流電壓會(huì)降低。這是因?yàn)橛|發(fā)角的增大使得晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間延遲，交流電壓在一個(gè)周期內(nèi)被整流的時(shí)間減少，從而導(dǎo)致直流電壓下降。在某±800kV常規(guī)直流輸電工程中，當(dāng)觸發(fā)角從15°增大到25°時(shí)，直流電壓從額定值的95%下降到了85%。直流電流也會(huì)受到影響，由于直流電壓的降低，在負(fù)載不變的情況下，根據(jù)歐姆定律I=\frac{U}{R}（U為直流電壓，R為負(fù)載等效電阻），直流電流會(huì)相應(yīng)減小。對(duì)于VSC換流閥，以MMC換流閥為例，子模塊電容的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響較大。子模塊電容的容值決定了其存儲(chǔ)電荷的能力，進(jìn)而影響到MMC換流閥的輸出特性。當(dāng)子模塊電容容值減小時(shí)，電容能夠存儲(chǔ)的電荷量減少，在換流器運(yùn)行過(guò)程中，子模塊電容電壓的波動(dòng)會(huì)增大。這會(huì)導(dǎo)致MMC換流閥輸出的交流電壓諧波含量增加，電能質(zhì)量下降。在某±500kV柔性直流輸電工程中，將子模塊電容容值降低20%后，通過(guò)諧波分析發(fā)現(xiàn)，交流電壓中的5次和7次諧波含量分別增加了30%和25%。換流變壓器的參數(shù)同樣對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性至關(guān)重要。其變比直接影響到交流系統(tǒng)與直流系統(tǒng)之間的電壓匹配關(guān)系。當(dāng)換流變壓器的變比發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致?lián)Q流站交流側(cè)和直流側(cè)的電壓發(fā)生改變。若變比增大，在交流系統(tǒng)電壓不變的情況下，換流站直流側(cè)電壓會(huì)升高。在某實(shí)際工程中，將換流變壓器的變比從230/533增大到240/533后，直流側(cè)電壓升高了約4%。這可能會(huì)超出系統(tǒng)中其他設(shè)備的耐壓范圍，對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅。換流變壓器的漏抗對(duì)系統(tǒng)的短路電流和換相過(guò)程有重要影響。較大的漏抗可以限制短路電流的大小，在直流系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，漏抗能夠阻礙電流的快速上升，為保護(hù)裝置的動(dòng)作提供時(shí)間。當(dāng)漏抗過(guò)大時(shí)，會(huì)增加換相重疊角，導(dǎo)致?lián)Q相失敗的風(fēng)險(xiǎn)增加。在LCC換流站中，換相重疊角的增大使得晶閘管在換相過(guò)程中更容易受到交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)的影響，從而引發(fā)換相失敗。若漏抗過(guò)小，短路電流會(huì)過(guò)大，可能會(huì)對(duì)換流閥等設(shè)備造成損壞。在某工程中，當(dāng)漏抗降低20%時(shí)，短路電流在故障瞬間增大了30%，對(duì)設(shè)備的沖擊明顯增強(qiáng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮這些設(shè)備參數(shù)的影響，進(jìn)行合理的設(shè)備選型和參數(shù)優(yōu)化。根據(jù)系統(tǒng)的輸電功率、電壓等級(jí)等要求，選擇合適參數(shù)的換流閥和換流變壓器。對(duì)于換流閥，要綜合考慮晶閘管或IGBT的性能參數(shù)，以及子模塊電容的容值等因素，以確保換流閥能夠穩(wěn)定運(yùn)行，滿足系統(tǒng)對(duì)電能轉(zhuǎn)換和控制的需求。對(duì)于換流變壓器，要合理確定變比和漏抗等參數(shù)，在保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。通過(guò)仿真分析和實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，不斷優(yōu)化設(shè)備參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)運(yùn)行特性。5.2控制策略影響定功率控制策略是串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)中常用的一種控制方式，它通過(guò)控制換流器的觸發(fā)角或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使系統(tǒng)的傳輸功率保持在設(shè)定值。在某實(shí)際串聯(lián)型混合直流輸電工程中，采用定功率控制策略，當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，能夠較為穩(wěn)定地維持設(shè)定的傳輸功率。然而，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)，如交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)或負(fù)荷突變時(shí)，定功率控制策略的局限性就會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。在交流系統(tǒng)電壓下降時(shí)，由于定功率控制策略的作用，LCC換流站為了維持功率恒定，會(huì)增大直流電流，這可能導(dǎo)致直流電流超過(guò)設(shè)備的額定值，對(duì)設(shè)備造成損害。如果交流系統(tǒng)電壓波動(dòng)頻繁，定功率控制策略下的系統(tǒng)需要不斷調(diào)整換流器的觸發(fā)角或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這會(huì)增加設(shè)備的開(kāi)關(guān)損耗，降低系統(tǒng)的運(yùn)行效率。定電流控制策略則是通過(guò)控制換流器，使直流電流保持在設(shè)定值。在某±800kV串聯(lián)型混合直流輸電工程中，采用定電流控制策略，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，能夠有效地限制直流電流的大小，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備。在直流線路發(fā)生短路故障時(shí)，定電流控制策略能夠迅速動(dòng)作，將直流電流限制在安全范圍內(nèi)，避免電流過(guò)大對(duì)設(shè)備造成損壞。定電流控制策略也存在一些不足之處。當(dāng)系統(tǒng)的傳輸功率需求發(fā)生變化時(shí)，定電流控制策略下的系統(tǒng)無(wú)法快速響應(yīng)，可能導(dǎo)致功率傳輸不穩(wěn)定。如果負(fù)荷突然增加，而定電流控制策略無(wú)法及時(shí)調(diào)整功率輸出，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功率缺額，影響電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。為了更全面地評(píng)估不同控制策略對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和靈活性的影響，我們可以通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。在PSCAD/EMTDC仿真平臺(tái)上搭建串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)模型，分別采用定功率控制策略和定電流控制策略，設(shè)置相同的擾動(dòng)條件，如交流系統(tǒng)電壓下降10%，持續(xù)時(shí)間為0.1s。通過(guò)觀察系統(tǒng)在擾動(dòng)期間的電壓、電流、功率等電氣量的變化情況，來(lái)評(píng)估不同控制策略的性能。仿真結(jié)果表明，在定功率控制策略下，擾動(dòng)期間直流電流波動(dòng)較大，最大值超過(guò)額定值的20%，系統(tǒng)的有功功率在擾動(dòng)后經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間才恢復(fù)穩(wěn)定，恢復(fù)時(shí)間約為0.5s。而在定電流控制策略下，直流電流能夠穩(wěn)定保持在設(shè)定值附近，波動(dòng)范圍控制在±5%以內(nèi)，但系統(tǒng)的有功功率在擾動(dòng)期間出現(xiàn)了明顯的下降，下降幅度達(dá)到25%，且恢復(fù)時(shí)間也較長(zhǎng)，約為0.4s。不同控制策略對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和靈活性有著顯著影響。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)系統(tǒng)的具體運(yùn)行需求和工況，綜合考慮各種控制策略的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇合適的控制策略，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能和可靠性。還可以進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)新的控制策略，如智能控制策略，將人工智能技術(shù)與傳統(tǒng)控制策略相結(jié)合，提高系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和控制精度，以更好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的運(yùn)行工況。5.3外部環(huán)境影響溫度對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性有著多方面的影響。在高溫環(huán)境下，電力電子器件如晶閘管和IGBT的性能會(huì)發(fā)生變化。隨著溫度的升高，晶閘管的通態(tài)壓降會(huì)增大，這將導(dǎo)致LCC換流器的通態(tài)損耗增加。當(dāng)環(huán)境溫度從25℃升高到50℃時(shí)，某型號(hào)晶閘管的通態(tài)壓降可能會(huì)增大10%-20%，從而使通態(tài)損耗相應(yīng)增加。IGBT的開(kāi)關(guān)速度會(huì)隨著溫度的升高而降低，開(kāi)關(guān)損耗也會(huì)增加。這是因?yàn)闇囟壬邥?huì)影響IGBT內(nèi)部的載流子遷移率和復(fù)合過(guò)程，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)時(shí)間延長(zhǎng)。在某±500kV柔性直流輸電工程中，當(dāng)溫度升高20℃時(shí)，IGBT的開(kāi)關(guān)損耗增加了約15%。高溫還會(huì)對(duì)換流變壓器和其他設(shè)備產(chǎn)生影響，如換流變壓器的絕緣性能會(huì)下降，增加了設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。在低溫環(huán)境下，設(shè)備的性能同樣會(huì)受到影響。一些設(shè)備的材料性能會(huì)發(fā)生變化，如某些絕緣材料在低溫下會(huì)變脆，容易出現(xiàn)裂紋，從而降低設(shè)備的絕緣性能。在某寒冷地區(qū)的直流輸電工程中，由于冬季氣溫較低，部分絕緣材料出現(xiàn)了脆化現(xiàn)象，在一次設(shè)備巡檢中發(fā)現(xiàn)了多處絕緣缺陷。濕度也是影響系統(tǒng)運(yùn)行特性的重要環(huán)境因素。高濕度環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備表面凝露，降低設(shè)備的絕緣性能，增加設(shè)備發(fā)生閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)。在沿海地區(qū)或濕度較大的環(huán)境中，換流站的設(shè)備容易受到高濕度的影響。當(dāng)濕度達(dá)到80%以上時(shí)，設(shè)備表面可能會(huì)出現(xiàn)明顯的凝露現(xiàn)象，此時(shí)設(shè)備的絕緣電阻會(huì)大幅下降，可能導(dǎo)致設(shè)備短路故障。濕度還可能對(duì)電力電子器件的性能產(chǎn)生影響。高濕度環(huán)境下，水分可能會(huì)侵入器件內(nèi)部，影響器件的電氣性能和可靠性。在某實(shí)際工程中，由于設(shè)備密封不良，高濕度環(huán)境下水分侵入IGBT模塊，導(dǎo)致模塊的耐壓能力下降，最終發(fā)生了器件損壞的故障。電磁干擾對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響也不容忽視。在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)可能會(huì)受到來(lái)自外部的電磁干擾，如附近的通信基站、高壓輸電線路等產(chǎn)生的電磁輻射。這些電磁干擾可能會(huì)影響系統(tǒng)的控制信號(hào)，導(dǎo)致控制策略失效，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)系統(tǒng)受到較強(qiáng)的電磁干擾時(shí)，控制信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作，使換流器的觸發(fā)角或開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)生錯(cuò)誤，進(jìn)而影響系統(tǒng)的功率傳輸和電壓電流穩(wěn)定性。為了應(yīng)對(duì)這些外部環(huán)境因素的影響，可采取一系列措施。在溫度方面，為換流站安裝空調(diào)系統(tǒng)或通風(fēng)散熱裝置，確保設(shè)備在適宜的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。對(duì)于高溫環(huán)境，可采用強(qiáng)制風(fēng)冷或水冷等方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行散熱，降低設(shè)備溫度。在低溫環(huán)境下，可采用加熱裝置對(duì)設(shè)備進(jìn)行保溫，提高設(shè)備的運(yùn)行溫度。針對(duì)濕度問(wèn)題，加強(qiáng)設(shè)備的密封和防潮措施，如在設(shè)備外殼上安裝防潮密封條，在設(shè)備內(nèi)部放置干燥劑等。還可以采用除濕設(shè)備，降低換流站內(nèi)的濕度，保持設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的干燥。為減少電磁干擾的影響，對(duì)控制信號(hào)線路進(jìn)行屏蔽，采用屏蔽電纜傳輸控制信號(hào)，減少電磁干擾對(duì)信號(hào)的影響。在換流站周圍設(shè)置電磁屏蔽設(shè)施，如屏蔽網(wǎng)或屏蔽墻，阻擋外部電磁干擾的侵入。通過(guò)采取這些應(yīng)對(duì)措施，可以有效降低外部環(huán)境因素對(duì)串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)能夠在各種復(fù)雜環(huán)境下安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。六、案例分析6.1實(shí)際工程案例介紹白鶴灘-江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程是串聯(lián)型混合直流輸電領(lǐng)域的標(biāo)志性工程，具有重要的示范意義和研究?jī)r(jià)值。該工程于2021年正式開(kāi)工建設(shè)，歷經(jīng)兩年的緊張施工，于2023年7月1日竣工投產(chǎn)。其工程背景緊密圍繞我國(guó)能源分布與負(fù)荷中心不平衡的現(xiàn)狀，旨在將位于西南地區(qū)的白鶴灘水電站的清潔水電，高效地輸送至華東地區(qū)的負(fù)荷中心，滿足江蘇及華東地區(qū)日益增長(zhǎng)的電力需求，同時(shí)助力長(zhǎng)三角地區(qū)控制煤炭消費(fèi)總量，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。該工程的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用了高壓側(cè)電網(wǎng)換相換流器（LCC）與低壓側(cè)模塊化多電平換流器（MMC）串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在送端，通過(guò)LCC換流站將白鶴灘水電站發(fā)出的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，利用LCC換流站成熟的技術(shù)和大容量輸電能力，承擔(dān)主要的功率傳輸任務(wù)。在受端，采用MMC換流站將直流電轉(zhuǎn)換為交流電并接入華東交流電網(wǎng)，MMC換流站憑借其靈活的控制能力和優(yōu)良的輸出特性，負(fù)責(zé)改善電能質(zhì)量、提供無(wú)功支持以及增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性等功能。在運(yùn)行參數(shù)方面，該工程的額定電壓為±800千伏，這一高電壓等級(jí)使得系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大容量的電能傳輸。額定輸送功率高達(dá)8000兆瓦，極大地緩解了華東地區(qū)的電力供需矛盾。直流輸電線路長(zhǎng)度超過(guò)2000千米，途經(jīng)多個(gè)省份，跨越了復(fù)雜的地理環(huán)境，對(duì)線路的設(shè)計(jì)和建設(shè)提出了極高的要求。白鶴灘-江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程在實(shí)際運(yùn)行中取得了顯著的成效。自投運(yùn)以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，成功將大量清潔水電輸送至華東地區(qū)，為當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展提供了可靠的電力保障。該工程還在提升系統(tǒng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量方面發(fā)揮了重要作用。在2023年夏季用電高峰期，面對(duì)華東地區(qū)急劇增長(zhǎng)的電力需求，該工程能夠穩(wěn)定運(yùn)行，確保電力的可靠供應(yīng)，有效緩解了當(dāng)?shù)氐墓╇妷毫?。在電能質(zhì)量方面，通過(guò)MMC換流站的靈活控制，有效減少了交流側(cè)的諧波含量，提高了電能質(zhì)量，滿足了當(dāng)?shù)貙?duì)高質(zhì)量電能的需求。該工程也面臨一些挑戰(zhàn)。由于線路途經(jīng)地區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，部分區(qū)域存在高溫、高濕等惡劣氣候條件，對(duì)設(shè)備的性能和可靠性提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。在一些山區(qū)地段，線路維護(hù)難度較大，需要采用特殊的維護(hù)技術(shù)和設(shè)備。隨著新能源的大規(guī)模接入，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制難度進(jìn)一步增加，需要不斷優(yōu)化控制策略，以適應(yīng)新能源接入帶來(lái)的變化。6.2運(yùn)行特性數(shù)據(jù)采集與分析為了深入研究白鶴灘-江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程的運(yùn)行特性，對(duì)該工程的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面采集。采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)涵蓋多個(gè)關(guān)鍵方面，包括電壓、電流、功率等實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)，以及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息，如換流閥的觸發(fā)角、換流變壓器的油溫等。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，采用了高精度的傳感器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在直流輸電線路上安裝了高精度的電壓傳感器和電流傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)線路上的電壓和電流變化。利用智能電表對(duì)功率進(jìn)行精確測(cè)量，這些電表具備高精度的計(jì)量功能，能夠準(zhǔn)確記錄有功功率和無(wú)功功率的數(shù)值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備高速數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)能力，能夠?qū)崟r(shí)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，以便后續(xù)分析。通過(guò)對(duì)采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，獲得了系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和暫態(tài)過(guò)程中的特性表現(xiàn)。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性方面，從電壓數(shù)據(jù)來(lái)看，直流輸電線路的電壓分布較為穩(wěn)定，沿線電壓降符合理論計(jì)算值。在正常運(yùn)行工況下，線路首端電壓為±800kV，末端電壓在考慮線路電阻和電容影響后，下降幅度在合理范圍內(nèi)，約為±795kV。這表明系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電壓控制策略有效，能夠維持穩(wěn)定的電壓水平，滿足輸電需求。電流數(shù)據(jù)顯示，直流電流的波動(dòng)較小，能夠穩(wěn)定在額定值附近。在不同的負(fù)荷工況下，通過(guò)對(duì)LCC換流站和MMC換流站的協(xié)同控制，直流電流能夠根據(jù)功率需求進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在輕負(fù)荷工況下，直流電流能夠穩(wěn)定在額定值的60%左右，且波動(dòng)范圍控制在±5%以內(nèi)；在重負(fù)荷工況下，直流電流能夠穩(wěn)定在額定值的90%左右，同樣保持較小的波動(dòng)。功率數(shù)據(jù)表明，系統(tǒng)的功率傳輸穩(wěn)定，能夠滿足華東地區(qū)的電力需求。在不同季節(jié)和時(shí)間，系統(tǒng)的有功功率傳輸能夠根據(jù)負(fù)荷變化進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了高效的電力輸送。在夏季用電高峰期，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定傳輸8000兆瓦的有功功率，保障了華東地區(qū)的電力供應(yīng)；在冬季負(fù)荷較低時(shí)，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需求降低功率傳輸，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在暫態(tài)特性方面，當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如三相短路故障，系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)。交流電壓驟降時(shí)，MMC換流站能夠快速調(diào)整控制策略，增加無(wú)功功率輸出，為交流系統(tǒng)提供無(wú)功支持，幫助穩(wěn)定交流電壓。通過(guò)對(duì)故障期間的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)交流電壓在故障發(fā)生后迅速下降至額定值的30%左右，但在MMC換流站的無(wú)功補(bǔ)償作用下，能夠在0.1秒內(nèi)回升至額定值的80%以上。LCC換流站也能在MMC換流站的協(xié)同下，調(diào)整觸發(fā)角，減輕換相失敗的程度，使直流電流的增大得到有效抑制，系統(tǒng)能夠在較短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，如直流線路短路故障，MMC換流站能夠快速閉鎖IGBT，切斷故障電流通路，限制故障電流的上升速度。通過(guò)對(duì)故障期間的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)直流電流在故障瞬間迅速上升，但在MMC換流站的閉鎖和限流措施下，能夠在幾毫秒內(nèi)將電流限制在額定值的1.5倍以內(nèi)。通過(guò)調(diào)整控制策略，MMC換流站能夠維持直流電壓的穩(wěn)定，減少故障對(duì)系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)能夠在較短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。將實(shí)際工程的運(yùn)行特性與理論分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果表明兩者基本相符。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性方面，理論分析預(yù)測(cè)的電壓、電流和功率的變化趨勢(shì)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)一致。在暫態(tài)特性方面，理論分析所預(yù)測(cè)的系統(tǒng)在交流故障和直流故障下的響應(yīng)過(guò)程也與實(shí)際情況相符。這充分驗(yàn)證了理論分析的正確性，同時(shí)也表明所建立的數(shù)學(xué)模型和分析方法能夠準(zhǔn)確描述串聯(lián)型混合直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性。6.3案例經(jīng)驗(yàn)總結(jié)與啟示白鶴灘-江蘇±800千伏特高壓直流輸電工程在運(yùn)行過(guò)程中積累了豐富的成功經(jīng)驗(yàn)。在設(shè)備選型與配置方面，采用高壓側(cè)LCC和低壓側(cè)MMC串聯(lián)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮了LCC大容量輸電和MMC靈活控制的優(yōu)勢(shì)。選用了高電壓等級(jí)的設(shè)備，如±800千伏的直流電壓等級(jí)，提高了功率傳輸能力，降低了線路損耗。在換流站中，配置了大容量的換流變壓器和高效的平波電抗器，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在某換流站中，采用了額定容量為3000MVA的換流變壓器，有效滿足了系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換需求。在控制策略優(yōu)化上，采用了先進(jìn)的協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)了LCC和MMC之間的協(xié)同工作。在交流故障時(shí)，MMC能夠快速調(diào)整控制策略，為交流系統(tǒng)提供無(wú)功支持，幫助穩(wěn)定交流電壓，同時(shí)LCC也能在MMC的協(xié)同下，減輕換相失敗的程度。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整控制參數(shù)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。在系統(tǒng)負(fù)荷突變時(shí)，控制策略能夠迅速調(diào)整換流器的觸發(fā)角和開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使系統(tǒng)能夠快速適應(yīng)負(fù)荷變化，維持穩(wěn)定運(yùn)行。該工程也暴露出一些有待改進(jìn)的問(wèn)題。在惡劣環(huán)境適應(yīng)性方面，線路途經(jīng)地區(qū)地理環(huán)境復(fù)雜，部分區(qū)域存在高溫、高濕等惡劣氣候條件，對(duì)設(shè)備的性能和可靠性提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。在一些山區(qū)地段，高溫環(huán)境導(dǎo)致設(shè)備散熱困難，影響了設(shè)備的正常運(yùn)行；高濕環(huán)境則容易引起設(shè)備絕緣性能下降，增加了設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。隨著新能源的大規(guī)模接