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摘 要

目前，在世界范围内，高压直流输电主要依赖于电网换相直流输电技术（LCC-HVDC）。然而由于该技术使用晶闸管技术，当交流系统因发生故障、震荡或扰动使得换流母线上的电压出现幅值下降、过零点偏移等现象时，LCC-HVDC系统很可能发生换相失败，导致阀臂过电压等故障。因此，为了提高直流输电系统换相失败免疫能力，不断改进直流系统的拓扑结构及其控制策略成为了当前研究的主要目标。

文章首先整理了高压直流输电的相关知识，随后研究了传统的LCC-HVDC 12脉动拓扑结构，通过公式计算，推导故障情况，找到换相失败的关键所在，提出如何有效降低换相失败的概率。然后，通过对文献的学习与研究，提出半控型H桥子模块新型拓扑结构，推导其6种工况并讨论了相关控制策略。

最后，使用PSCAD/EMTDC中的CIGRE模型，模拟仿真了传统LCC-HVDC系统在单相故障，三相故障，以及稳态运行时的系统参数运行特性。

关键词：高压直流输电；传统LCC-HVDC拓扑结构；换相失败；

Research on Topology Structure for Improving Immunity to Commutation Failure of HVDC Transmission System

Abstract

At present, in the world, HVDC mainly relies on grid commutation HVDC technology (LCC-HVDC). However, due to the use of thyristor technology, LCC-HVDC system is likely to fail in commutation and lead to overvoltage of valve arm when the voltage on commutation bus decreases due to faults, oscillations or disturbances in AC system. Therefore, in order to improve the immunity of HVDC system against commutation failure, improving the topology and control strategy of HVDC system has become the main goal of current research.

Firstly, this paper sorted out the relevant knowledge of HVDC transmission, then studied the traditional LCC-HVDC 12 pulsating topology structure, deduced the fault situation through formula calculation, found the key of commutation failure, and proposed how to effectively reduce the probability of commutation failure. Then, through studying and researching the literature, a new type of semi-controlled H-bridge module topology is proposed, and its six working conditions are deduced and the related control strategies are discussed.

Finally, the CIGRE model of PSCAD/EMTDC is used to simulate the operating characteristics of single-phase, three-phase and steady-state parameters of traditional LCC-HVDC system.

Keywords:HVDC transmission; traditional LCC-HVDC topology; commutation failure;

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.1.1 高压直流输电系统发展现状 1

1.1.2多馈入直流输电系统的发展现状 2

1.1.3课题研究意义 2

1.2 课题研究现状 3

1.3 本文主要工作 4

第二章 高压直流输电系统主要概念 5

2.1引言 5

2.2 高压直流输电系统 5

2.2.1 高压直流输电的概念 5

2.2.2 高压直流输电的分类 6

2.3 换流器工作原理 8

2.3.1 12脉波逆变器工作原理 8

2.3.2 12脉波逆变器实现逆变的条件 8

2.3.3 12脉波逆变器可能发生换相故障 9

2.4 本章小结 9

第三章 传统拓扑及新型拓扑的学习研究 9

3.1引言 9

3.2 传统LCC-HVDC 拓扑结构研究 10

3.2.1传统LCC-HVDC拓扑 10

3.2.2传统LCC-HVDC拓扑换相失败机理 11

3.3 半控型H桥子模块拓扑结构 12

3.4 子模块T-FBSM工作状态 13

3.5 阀臂及串联子模块T-FBSM间协调控制策略 15

3.6 本章小结 15

第四章LCC-HVDC12脉波传统拓扑的仿真验证 18

4.1引言 18

4.2 仿真模型 18

4.3 稳态运行特性仿真分析 19

4.4 故障运行特性仿真分析 19

4.4.1 单相接地短路故障 20

4.4.2 三相短路故障 21

4.5本章小结 22

第五章 结论与展望 23

5.1结论 23

5.2展望 23

致谢 24

参考文献 25

第一章 绪论

选题背景

1.1.1 高压直流输电系统发展现状

高压直流输电技术是电力系统输电领域中最早、最成熟的技术。高压直流输电分为整流换直流、高压直流输电线路和逆变换直流三部分，目前工程上大多数换流器都是由半控晶闸管组成。我们称使用这种变换器的直流输电系统为传统的高压直流输电。这种高压直流输电系统的换流器采用电网实现换流。现代直流输电技术起源于上世纪三十年代，在晶闸管的发明之后，又经过接近半个世高压纪的发展，高压直流输电技术获得了极大的进步，全世界建成并投运了成百上千的高压直流输电系统，并且不断地朝着大容量，特高压的方向发展。近些年，一些新型高压直流输电基于器件实现换相的高压直流输电，同时柔性直流输电也得到了长足的进步。

与交流输电技术相比，LCC-HVDC具有主要优点。

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