柔性直流輸電技術(shù)（VSC-HVDC）系統(tǒng)主接線形式和基本結(jié)構(gòu)分析1.1柔性直流輸電技術(shù)系統(tǒng)主接線形式VSC-HVDC系統(tǒng)主要由整流側(cè)換流站、逆變側(cè)換流站和輸電線路三部分構(gòu)成，其中整流側(cè)和逆變側(cè)的換流站都可根據(jù)需要進行功率的正送和反送。與常規(guī)直流輸電相似，VSC-HVDC可分為單極系統(tǒng)、背靠背系統(tǒng)和雙極系統(tǒng)三種類型[63]，其中單極系統(tǒng)運行靈活性和可靠度較低，背靠背運行方式主要用于聯(lián)結(jié)兩個頻率不同步的電網(wǎng)，不存在輸電電路，目前采用的典型柔性直流輸電運行方式多為對稱雙極運行，如圖2-1所示。不同柔性直流輸電系統(tǒng)的主要差異在于換流站內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，由于三相兩電平結(jié)構(gòu)的電壓源換流器為目前工程中較多采用的拓撲結(jié)構(gòu)，故本文基于對稱雙極運行下的三相兩電平VSC-HVDC系統(tǒng)進行分析。為后續(xù)分析故障暫態(tài)特征，首先需要明晰系統(tǒng)中接地點的位置。目前工程應用中多使用換流變壓器將交流電網(wǎng)與換流站聯(lián)結(jié)起來，為抑制和隔離外部交流系統(tǒng)故障時產(chǎn)生的零序分量，換流變通常選擇在網(wǎng)側(cè)接地、閥側(cè)不接地，即靠近交流電網(wǎng)側(cè)的變壓器選用Yn接法，靠近換流站側(cè)選用Y或者△接法[64]。直流電容的主要作用是為開關電流提供低感抗通路，減少直流電壓紋波，并且抑制直流側(cè)電壓波動，其接地方式可分為單極線路接地、不接地和分裂電容中點接地三種。其中，單極線路接地會導致非接地極承受全部直流電壓，對線路的絕緣水平要求較高；不接地時，會導致載波頻次諧波電流流過直流線路，該頻率正處于通信信號頻率范圍內(nèi)，從而造成干擾，并使得數(shù)值較高的高頻率非直流電壓出現(xiàn)于線路中，引起高頻率的交流漂移分量出現(xiàn)在直流電容中點處[65,66]。因此，分裂電容中點接地是一種較為合理的直流側(cè)并聯(lián)電容接線方式。圖2-1VSC-HVDC系統(tǒng)的對稱雙極運行方式1.2VSC-HVDC系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)與工作原理雙端VSC-HVDC系統(tǒng)的三相兩電平電路拓撲圖如圖2-2所示，其中左側(cè)整流換流站1為送電端，右側(cè)逆變換流站2為受電端。左右兩側(cè)換流站基本結(jié)構(gòu)相同，均采用三相兩電平電壓源換流器，每一橋臂由兩組IGBT元件和反并聯(lián)的續(xù)流二極管組成，直流電壓為，在雙極運行的情況下，每個直流電容電壓均為。圖2-2雙端VSC-HVDC系統(tǒng)三相兩電平電路拓撲圖對于如圖所示的三相兩電平結(jié)構(gòu)換流站，換流站編號用下角標()表示。設交流系統(tǒng)電網(wǎng)線電壓為，則交流側(cè)電網(wǎng)相電壓可以表示為 當調(diào)制系數(shù)取K、換流器輸出電壓基波分量超前電網(wǎng)電壓的角度為時，換流站交流側(cè)三相輸出電壓為 利用基爾霍夫電壓定律對圖2-2進行分析，換流站交流三相輸出電壓可表示為 式中，、分別為交流側(cè)等效電阻、電感，、、為交流電抗器電流。通過Park變換將上式由abc三相坐標轉(zhuǎn)換為d-q坐標系，Park變換公式如下 變換后得到d-q坐標系下的交流側(cè)狀態(tài)方程為 式中各分量的含義為：、、為換流器輸出電壓d、q、0軸分量，、、為電抗器電流d、q、0軸分量，、、為交流電網(wǎng)電壓的d、q、0軸分量。當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)情況時，三相對稱運行，不存在零序分量，對應的換流站交流側(cè)穩(wěn)態(tài)等效模型為 若忽略換流器損耗，則交流系統(tǒng)向換流站注入的功率應與換流站向直流線路輸出的功率相等，即 以a相電源電壓相位作為參考相位，對式(2-1)，(2-2)所示的三相電壓進行dq變換后得到如下方程 對于VSC-HVDC的兩側(cè)換流站來說，由于存在能量輸