降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

王晨欣; 夏嘉航; 赵成勇; 郭春义

doi:10.7500/AEPS20210621007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略
- Unity Power Factor Control Strategy for DC Line Loss Reduction in Shunt Capacitor Commutated Converter
- 电力系统自动化 2022年46卷第5期页码：141-150
- 作者机构：
  
  新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京市 102206
- 作者简介：
  
  王晨欣(1998—)，男，硕士研究生，主要研究方向：高压直流输电技术。E-mail：wangchenxin0831@163.com
  夏嘉航(1996—)，男，博士研究生，主要研究方向：高压直流输电、电流源换流器。E-mail：xxxiajiahang@163.com
  赵成勇(1964—)，男，通信作者，教授，博士生导师，主要研究方向：高压直流输电。E-mail：chengyongzhao@ncepu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(51877077)
- DOI：10.7500/AEPS20210621007
  中图分类号：
- 收稿：2021-06-21，
  
  修回：2021-09-22，
  
  网络出版：2021-11-24，
  
  纸质出版：2022-03-10
- 稿件说明：
移动端阅览
王晨欣,夏嘉航,赵成勇等.降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略[J].电力系统自动化,2022,46(5):141-150.

WANG Chenxin,XIA Jiahang,ZHAO Chengyong,et al.Unity Power Factor Control Strategy for DC Line Loss Reduction in Shunt Capacitor Commutated Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):141-150.
王晨欣,夏嘉航,赵成勇等.降低直流线路损耗的并联电容换相换流器单位功率因数控制策略[J].电力系统自动化,2022,46(5):141-150. DOI： 10.7500/AEPS20210621007.

WANG Chenxin,XIA Jiahang,ZHAO Chengyong,et al.Unity Power Factor Control Strategy for DC Line Loss Reduction in Shunt Capacitor Commutated Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(5):141-150. DOI： 10.7500/AEPS20210621007.

摘要

电网换相换流器的交流滤波器组和无功补偿装置占地面积大，在交流电网故障时容易发生换相失败；改进型并联电容换相换流器(ESCCC)能减小换流器占地面积，提高抵御换相失败的能力，但通过阀侧电容投切实现单位功率因数控制会影响谐波特性。针对此问题，并考虑直流线路损耗优化，文中提出了一种基于ESCCC并结合交流母线侧电容投切的新型单位功率因数控制策略。首先，建立了拓扑结构和数学模型，分析了单位功率因数控制的原理；然后，提出新型控制策略，采用新的谐波评价指标设计了滤波电感、电容等参数；最后，在PSCAD/EMTDC中搭建仿真模型，验证控制策略的有效性和参数设计的合理性。仿真结果表明，ESCCC能在全工况下实现单位功率因数控制，并且降低了直流线路损耗和换相失败概率。

Abstract

The AC filter bank and reactive power compensation device of the line commutated converter (LCC) occupy a large area

and LCC is prone to commutation failure when the AC power grid fails. The evolutional shunt capacitor commutated converter (ESCCC) can reduce the occupied area of the converter and improve the ability to resist commutation failure

but the realization of unity power factor control through the valve-side capacitor switching will affect the harmonic characteristics. To solve these problems

and considering the optimization of DC line loss

this paper proposes a new unity power factor control strategy based on ESCCC combined with the capacitors that can be switched on the AC bus. Firstly

the topological structure and mathematical model are established

and the principle of unity power factor control is analyzed. Secondly

a new control strategy is proposed

and the filter inductance

capacitance and other parameters are designed by adopting the new harmonic evaluation index. Finally

a simulation model is built in PSCAD/EMTDC to verify the effectiveness of the control strategy and the rationality of the parameter design. The simulation results show that ESCCC can achieve unity power factor control under all operation conditions

and reduce the DC line loss and the probability of commutation failure.

关键词

Keywords

references

赵畹君 . 高压直流输电工程技术［M］. 2版 .北京：中国电力出版社， 2011 .

ZHAO Wanjun . High voltage direct current transmission engineering technology ［M］. 2nd ed . Beijing ： China Electric Power Press ， 2011 .

陆晶晶，贺之渊，赵成勇，等 . 直流输电网规划关键技术与展望［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

LU Jingjing ， HE Zhiyuan ， ZHAO Chengyong ， et al . Key technologies and prospects for DC power grid planning ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 2 ）： 182 - 191 .

宋金钊，李永丽，曾亮，等 . 高压直流输电系统换相失败研究综述［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 2 - 13 .

SONG Jinzhao ， LI Yongli ， ZENG Liang ， et al . Review on commutation failure of HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 2 - 13 .

欧阳金鑫，张真，肖超 . 直流输电系统换相失败预防控制改进策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 22 ）： 14 - 21 .

OUYANG Jinxin ， ZHANG Zhen ， XIAO Chao . Improved prevention and control strategy of commutation failure in HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 22 ）： 14 - 21 .

AIK D L H ， ANDERSSON G . Power stability analysis of multi-infeed HVDC systems ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1998 ， 13 （ 3 ）： 923 - 931 .

阮思烨，徐凯，刘丹，等 . 直流输电系统换相失败统计分析及抵御措施建议［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 18 ）： 13 - 17 .

RUAN Siye ， XU Kai ， LIU Dan ， et al . Statistical analysis and suggestions on resistance measures for commutation failures of HVDC transmission system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 18 ）： 13 - 17 .

王维，赵梦阳，唐小波，等 . 接地故障下的SVC优化设计及其对后续换相失败控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 20 ）： 123 - 129 .

WANG Wei ， ZHAO Mengyang ， TANG Xiaobo ， et al . Optimization design of static var compensator and its control strategy for subsquent commutation failure with grounding fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 20 ）： 123 - 129 .

赵成勇，李丹，刘羽超，等 . 含有STATCOM的高压直流输电系统控制方法［J］. 高电压技术， 2014 ， 40 （ 8 ）： 2440 - 2448 .

ZHAO Chengyong ， LI Dan ， LIU Yuchao ， et al . Control method for HVDC system with STATCOM ［J］. High Voltage Engineering ， 2014 ， 40 （ 8 ）： 2440 - 2448 .

李辉，王震，周挺，等 . 含同步调相机的直流受端换流站全工况下多模式协调控制策略［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 17 ）： 3678 - 3690 .

LI Hui ， WANG Zhen ， ZHOU Ting ， et al . Multi-mode coordinated control strategy for DC receiving converter station with synchronous condenser under full operating conditions ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 17 ）： 3678 - 3690 .

任震，何畅炜，高明振 . HVDC系统电容换相换流器特性分析（Ⅰ）：机理与特性［J］. 中国电机工程学报， 1999 ， 19 （ 3 ）： 55 - 58 .

REN Zhen ， HE Changwei ， GAO Mingzhen . Characteristic analysis of capacitor commutated converter in HVDC system （Ⅰ）： mechanism characteristic ［J］. Proceedings of the CSEE ， 1999 ， 19 （ 3 ）： 55 - 58 .

陈中，陈晖，朱政光，等 . 含可控串联电容换流器的交直流系统静态安全域刻画与分析［J］. 电力自动化设备， 2018 ， 38 （ 10 ）： 89 - 95 .

CHEN Zhong ， CHEN Hui ， ZHU Zhengguang ， et al . Description and analysis of steady-state security region of AC/DC system with controlled series capacitor converter ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2018 ， 38 （ 10 ）： 89 - 95 .

XUE Y ， ZHANG X P . Reactive power and AC voltage control of LCC HVDC system with controllable capacitors ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2016 ， 32 （ 1 ）： 753 - 764 .

KUMAR K S S ， DEVI A R . Harmonic analysis of hybrid capacitor commutated converter in HVDC system ［C］// 2012 IEEE Fifth Power India Conference ， December 19-22 ， 2012 ， Murthal， India ： 1 - 6 .

REZEK A J J ， DOS SANTOS IZIDORO A A ， SOUZA DE SA J ， et al . The capacitor commutated converter （CCC） as an alternative for application in HVDC projects ［C］// 2003 IEEE International Symposium on Industrial Electronics ， June 9-11 ， 2003 ， Rio de Janeiro， Brazil ： 432 - 437 .

GOLE A M ， MEISINGSET M . Capacitor commutated converters for long-cable HVDC transmission ［J］. Power Engineering Journal ， 2002 ， 16 （ 3 ）： 129 - 134 .

赵成勇，蒋碧松，郭春义，等 . 一种基于反并联晶闸管全桥子模块的新型电容换相换流器［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 4 ）： 1167 - 1177 .

ZHAO Chengyong ， JIANG Bisong ， GUO Chunyi ， et al . An enhanced capacitor commutated converter based on an anti-parallel thyristor full bridge submodule ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 4 ）： 1167 - 1177 .

郭春义，刘博，赵成勇 . 增强型电容换相换流器直流输电系统的新型换相失败抑制协调控制方法［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5298 - 5307 .

GUO Chunyi ， LIU Bo ， ZHAO Chengyong . A novel coordinated control strategy to mitigate the commutation failure for enhanced capacitor commutated converter based HVDC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 18 ）： 5298 - 5307 .

GUO C Y ， YANG Z Z ， JIANG B S ， et al . An evolved capacitor-commutated converter embedded with antiparallel thyristors based dual-directional full-bridge module ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2018 ， 33 （ 2 ）： 928 - 937 .

NI X J ， ZHAO C Y ， GUO C Y ， et al . Enhanced line commutated converter with embedded fully controlled sub-modules to mitigate commutation failures in high voltage direct current systems ［J］. IET Power Electronics ， 2016 ， 9 （ 2 ）： 198 - 206 .

李春华，孙宝奎，赵成勇，等 . 半控型H桥子模块提高HVDC换相失败免疫力的机理［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2419 - 2427 .

LI Chunhua ， SUN Baokui ， ZHAO Chengyong ， et al . Mechanism of semi-controlled H-bridge sub-module to improve commutation failure immunity of HVDC ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 9 ）： 2419 - 2427 .

GUO C Y ， LI C H ， ZHAO C Y ， et al . An evolutional line-commutated converter integrated with thyristor-based full-bridge module to mitigate the commutation failure ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2017 ， 32 （ 2 ）： 967 - 976 .

展瑞琦，赵成勇，海正刚，等 . 基于全控阻容模块的电网换相换流器方案设计及机理分析［J］. 电网技术： 1 - 9 ［ 2021-06-10 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0498 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0498 .

ZHAN Ruiqi ， ZHAO Chengyong ， HAI Zhenggang ， et al . Scheme design and mechanism analysis of line commutated converter based on fully controlled resistance-capacitance module ［J］. Power System Technology： 1 - 9 ［ 2021-06-10 ］. https：//doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0498 https://doi.org/10.13335/j.1000-3673.pst.2021.0498 .

张志文，雷诗婕，翟承达，等 . 高压直流输电系统吸收与并联电容换相换流器特性分析［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （增刊2 ）： 684 - 691 .

ZHANG Zhiwen ， LEI Shijie ， ZHAI Chengda ， et al . The characteristic analysis of HVDC system with absorption and shunt capacitance commutated converter ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ Supplement 2 ）： 684 - 691 .

翟承达 . HVDC吸收与并联电容换相换流器无功特性研究［D］. 长沙：湖南大学， 2018 .

ZHAI Chengda . Research on reactive characteristics of HVDC absorption and shunt capacitance commutated converter ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2018 .

孙鑫 . HVDC吸收并联电容换相换流器机理与特性研究［D］. 长沙：湖南大学， 2018 .

SUN Xin . Study on mechanism and characteristics of HVDC system with the absorb shunt capacitance commutated converter ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2018 .

夏嘉航，王晨欣，展瑞琦，等 . 考虑谐振特性和无功特性的改进型并联电容换相换流器［J］. 电力系统自动化： 1 - 11 ［ 2021-08-05 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210708.1617.009.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210708.1617.009.html .

XIA Jiahang ， WANG Chenxin ， ZHAN Ruiqi ， et al . Evolutional shunt capacitor commutated converter considering characteristics of resonance and reactive power ［J］. Automation of Electric Power Systems： 1 - 11 ［ 2021-08-05 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210708.1617.009.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210708.1617.009.html .

IEEE recommended practice and requirements for harmonic control in electric power systems： IEEE Std 519—2014 ［S］. 2014 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

MMC-HVDC系统主设备参数的非线性规划设计方法

响应驱动的直流送端暂态过电压评估及抑制策略

基于等效降阶模型的直流变换器虚拟直流电机控制参数设计