多端直流電網限流電抗器的優化設計方案

李 巖, 龔雁峰

(新能源電力系統國家重點實驗室(華北電力大學), 北京市 102206)

0 引言

近年來,基于電壓源型換流器的多端直流(voltage source converter based multi-terminal DC,VSC-MTDC)電網成為解決大規模風電、光伏等新能源并網的重要技術手段[1]。與兩端柔性直流或傳統直流電網相比,該技術在電能輸送方面具有更好的靈活性、經濟性和可靠性[2]。然而,由于直流側的“低阻尼”特性,多端直流電網也面臨著更為嚴峻的直流故障穿越問題[3]。

多端直流(multi-terminal DC,MTDC)電網的故障暫態發展極快,因此在實際工程中一般會安裝合適的限流裝置來抑制故障電流的上升速度[4-5],其主要功效為:①允許直流斷路器(DC circuit breaker,DCCB)有更多的時間來隔離故障線路[6];②防止過流造成換流站內電力電子設備的損害[7];③減緩直流電壓的跌落速度,提高故障穿越能力[8]。在目前已提出的限流裝置中[6-12],限流電抗器(current limiting reactor,CLR)受到了廣泛關注。它不僅能夠有效抑制故障電流的上升速度,減小故障電流峰值,而且對系統穩態影響較小,造價也相對較低,因此已應用到MTDC電網的實際工程中[7]。

理論上,CLR越大,其抑制過流的能力越強,但大電感也給系統帶來了諸多問題,如降低了系統的響應速度、容易誘發電壓振蕩[13]、增加系統成本等。此外,隨著MTDC電網拓撲復雜、主設備約束增多,CLR的配置問題也越來越突出。文獻[6]詳細分析了限流電感對故障電流的影響,并提出了限流電感的計算方法,但該文僅考慮了直流斷路器的約束條件。文獻[7]從直流斷路器和換流站閉鎖角度,分析了張北MTDC電網的CLR配置方案,但該文缺少CLR的理論計算依據。……