糯扎渡基于PSCAD的±800 kV特高壓直流輸電仿真模型分析

糯扎渡基于PSCAD的±800kV特高壓直流輸電仿真模型分析

云南電網(wǎng)諾沙渡至廣東800kv高壓直流供電線路是南方電氣“西電東送”的重要項(xiàng)目。它從云南諾薩河交換站出發(fā)，從廣東江門交換站出發(fā)。直屬供電工程的固定容量為5000mw，電壓800kv，電流固定為3.25kv。采用雙12動(dòng)脈旁通線通信的方式，送電距離約1511公里。普洱換流站位于云南普洱西南思茅區(qū)龍?zhí)多l(xiāng),換流站通過2回500kV交流線路與新建的500kV思茅開關(guān)站相連,將景洪—墨江雙回500kV線路冗接入思茅開關(guān)站,并新建思茅開關(guān)站—通寶變電站1回500kV線路;受端江門換流站位于廣東江門鶴山龍口鎮(zhèn),與500kV鶴山變電站合建,500kV交流出線4回,分別以2回500kV線路接入江門變電站和順德變電站,預(yù)留交流主變壓器及500kV、220kV出線。針對(duì)目前特高壓輸電研究的困難與仿真模型的缺乏,本文采用電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和電磁暫態(tài)模擬程序軟件(powersystemcomputeraideddesignandelectricmagnetictransientinDCsystem,PSCAD/EMTDC),以糯扎渡—鶴山±800kV特高壓直流輸電工程為對(duì)象,建立交流系統(tǒng)、換流器、換流變壓器、換流閥、交流濾波器、直流濾波器、平波電抗器、輸電線路的仿真模型。以國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(InternationalCouncilonLargeElectricSystems,CIGRE)的高壓直流輸電(highvoltagedirectcurrent,HVDC)標(biāo)準(zhǔn)模型的控制系統(tǒng)為基礎(chǔ),建立糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電控制系統(tǒng)仿真模型,并對(duì)所建模型進(jìn)行單極、雙極全壓運(yùn)行方式仿真,驗(yàn)證所建的糯扎渡—鶴山±800kV特高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型的可信性。1設(shè)計(jì)高壓直流電壓電壓系統(tǒng)1.1換流橋模型的改造糯扎渡直流輸電系統(tǒng)采用雙12脈動(dòng)換流器,換流器采用PSCAD/EMTDC提供的晶閘管元件搭建的換流橋模型,兩個(gè)換流橋串聯(lián)組成了12脈動(dòng)換流器,兩個(gè)12脈動(dòng)的換流器單元用串聯(lián)的接線方式連接,串聯(lián)電壓按±(400+400)kV分配,這樣的接線形式使特高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行靈活性和可靠性大大提高。晶閘管并聯(lián)阻容支路,并接受來自閥組控制極的觸發(fā)脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)整流逆變功能。1.2網(wǎng)側(cè)社區(qū)變壓器糯扎渡直流工程的輸送容量(5000MW)比較大,仿真模型采用三相雙繞組變壓器,其接線型式為Y/△、Y/Y兩種,Y/△接法在二次側(cè)電壓相位與Y/Y接法相差30°。糯扎渡換流站采用的三相雙繞組變壓器單臺(tái)容量750.63MVA,換流阻抗0.18(標(biāo)幺值),網(wǎng)側(cè)繞組額定電壓500kV,閥側(cè)繞組額定電壓169.85kV;鶴山換流站換流變壓器仿真模型采用三相雙繞組變壓器,單臺(tái)容量750.63MVA,接線型式為Y/△、Y/Y兩種,換流阻抗0.18(標(biāo)幺值),網(wǎng)側(cè)繞組額定電壓500kV,閥側(cè)繞組額定電壓160.5kV。1.3調(diào)諧濾波器參數(shù)仿真模型采用的直流濾波器為三調(diào)諧無源濾波器,其模型配置如圖1所示。通過研究計(jì)算,該三調(diào)諧直流濾波器的參數(shù):C1=2.0μF,L1=11.773mH,C2=3.415μF,L2=10.266mH,C3=11.773μF,L3=4.77mH。1.4換流站交流濾波器考慮無功容量要求與濾波的需要,鶴山換流站共配置4大組共15小組的交流濾波器(糯扎渡換流站4大組共18小組),其結(jié)構(gòu)如圖2所示,具體參數(shù)見表1。1.5平波電阻器整流側(cè)平波電抗器每極母線裝設(shè)1臺(tái)300mH的干式平波電抗器,逆變側(cè)平波電抗器設(shè)置及參數(shù)與整流側(cè)相同。1.6導(dǎo)線材料參數(shù)設(shè)計(jì)糯扎渡直流輸電工程線路全長(zhǎng)約1451km,傳輸線按6分裂導(dǎo)線材料參數(shù)建模,單位長(zhǎng)度電阻為0.04633Ω/km,單極輸電線全長(zhǎng)電阻約67.225Ω。2交流系統(tǒng)仿真模型建立運(yùn)用PSCAD/EMTDC軟件搭建仿真模型,糯扎渡—鶴山高壓直流輸電工程的運(yùn)行方式主要有雙極全壓運(yùn)行方式、單極大地回線運(yùn)行方式、單極金屬回路運(yùn)行方式、降壓運(yùn)行方式、雙極不對(duì)稱運(yùn)行方式、功率倒送方式和孤島運(yùn)行方式。根據(jù)研究重點(diǎn),本文僅研究雙極全壓運(yùn)行方式和單極大地回線運(yùn)行方式2種。糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電系統(tǒng)電壓等級(jí)為±800kV,直流額定功率5000MW,直流額定電流3125A,整流側(cè)交流系統(tǒng)額定電壓為500kV,短路比2.5,逆變側(cè)交流系統(tǒng)額定電壓為500kV,短路比2.5。整流側(cè)配置4大組交流濾波器,直流濾波器的配置為三調(diào)諧濾波器,逆變側(cè)交直流濾波器配置及參數(shù)與整流側(cè)相同,整流側(cè)跟逆變側(cè)換流變壓器均采用三相雙繞組變壓器,接線方式為Y/△、Y/Y兩種。整流側(cè)平波電抗器為每極裝設(shè)1臺(tái)300mH的干式平波電抗器,逆變側(cè)平波電抗器設(shè)置及參數(shù)與整流側(cè)相同,整流站和逆變站的換流閥采用每極兩個(gè)十二脈動(dòng)換流單元串聯(lián)接線的接線方式,兩個(gè)十二脈動(dòng)閥組串聯(lián)電壓按±800kV分配直流輸電線路全長(zhǎng)1451km,采用6分裂導(dǎo)線,沿線大地電阻率平均值為1000Ω/m,建立的仿真模型如圖3所示。整流側(cè)交流系統(tǒng)通過換流變壓器與整流器連接,完成交流-直流轉(zhuǎn)換輸出直流電,直流電經(jīng)過平波電抗器濾波使輸出的直流波形更加完整平滑,直流輸電線路將直流電送至逆變側(cè),通過逆變器實(shí)現(xiàn)直流-交流轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的交流電經(jīng)過換流變壓器送至逆變側(cè)交流系統(tǒng)。整流側(cè)交流系統(tǒng)模擬糯扎渡變電站周圍電站交流等效系統(tǒng),逆變側(cè)交流系統(tǒng)模擬鶴山變電站等周圍電站等效交流系統(tǒng)。進(jìn)行單極大地回線仿真運(yùn)行時(shí),斷開負(fù)極接線,整流側(cè)逆變側(cè)分別接地。3基于pscad/emtcd的直直流工程仿真模型根據(jù)糯扎渡—鶴山特高壓直流工程的仿真參數(shù)設(shè)計(jì),運(yùn)用PSCAD/EMTDC搭建了±800kV特高壓直流輸電工程仿真模型,并進(jìn)行了單極、雙極全壓運(yùn)行方式的仿真。3.1流體表面情況由圖4可知,糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電系統(tǒng)單極大地回線全壓運(yùn)行的仿真電壓約為800kV,仿真電流接近3.125kA。根據(jù)本特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù),糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電工程正極運(yùn)行額定電壓800kV,額定電流3.125kA,額定功率2500MW,本文所建立模型單極全壓運(yùn)行的仿真電壓與電流的數(shù)值與糯扎渡—鶴山特高壓直流工程單極大地回線運(yùn)行的額定電壓、電流基本相同。3.2仿真電壓和電流從圖5可見,糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電系統(tǒng)雙極全壓運(yùn)行時(shí),正極仿真電壓接近+800kV,仿真電流約為+3.125kA;負(fù)極仿真電壓約為-800kV,仿真電流接近-3.125kA。根據(jù)本特高壓直流輸電系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù),糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電工程雙極運(yùn)行時(shí)正極額定電壓+800kV,額定電流+3.125kA,負(fù)極額定電壓-800kV,額定電流-3.125kA,總額定功率5000MW,可見本文所建立模型雙極全壓運(yùn)行的仿真電壓、電流與糯扎渡—鶴山特高壓直流工程雙極運(yùn)行的額定電壓、電流基本相同。4基于2.2方式的仿真本文以云南至廣東的糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電系統(tǒng)工程為研究對(duì)象,采用PSCAD/EMTDC電力仿真程序建立了仿真模型,并對(duì)其進(jìn)行單極、雙極全壓兩種運(yùn)行方式的仿真,仿真結(jié)果表明:a)糯扎渡—鶴山特高壓直流輸電單極全壓運(yùn)行的仿真電壓為800kV,仿真電流接近3.125kA;b