论文摘要
在电力系统分析与设计中,特别是对于直流输电系统的设计,交流系统的谐波等值阻抗与系统中背景谐波电压的分布特性,是两个非常重要的参数。交流系统的谐波等值阻抗在基频下可以根据观察点交流母线(在直流输电系统中通常是指换流站交流母线)上的短路容量来获得,但是,对于直流输电系统的滤波器设计,只知道交流系统基频下的等值阻抗还是远远不够的,还必须知道交流系统等值阻抗在感兴趣的频率范围内的变化特性,以及换流站交流母线上(通常为观察点)背景谐波的分布特性。关于交流系统等值阻抗的频率特性以及换流站交流母线背景谐波的分布特性,不但需要考虑直流输电系统投运年的情况,而且还要考虑直流输电系统投运后几十年内的变化情况。因此通常采用程序计算的方法来分析直流输电系统投运后几十年内从换流站交流母线看出去的交流系统等值阻抗的频率特性以及换流站交流母线上背景谐波的分布特性。对于每个水平年,计算交流系统等值阻抗的频率特性时应考虑电力系统负荷、发电机开机状态、网络运行状态等参数的变化。以往国内在直流输电系统设计时,交流系统谐波阻抗等值采用的程序是加拿大泰西蒙公司的NIMSCAN程序,目前看来该程序存在很多不足,如扫描过程过于繁锁,不能与PSS/E等通用程序兼容等。由于我国目前普遍使用的电力系统分析程序是中国版BPA及PSS/E,这两个程序的基本功能是潮流计算、短路电流计算和稳定性分析等,然而,它们都没有交流系统全频段等值和谐波分析的功能。因此,结合我国实际情况,开发一个利用PSS/E和BPA的原始潮流数据进行交流系统全频段等值和谐波计算的程序非常必要,对实现直流输电工程设计的自主化具有重要意义。本论文着重研究了进行交流系统阻抗等值和背景谐波计算时,应该如何建立电力系统中各元件的谐波分析模型,进而扫描获得感兴趣频率范围内的交流系统等值阻抗的频率特性,同时,在已知各谐波源位置以及所产生的谐波电流的频谱的前提下,可以计算任意交流母线上的背景谐波电压及其总畸变率。另外,文章从直流输电工程设计的实际需要出发,结合目前我国电力系统的主流软件PSS/E和BPA,详细阐述了如何利用PSS/E的*.raw潮流数据文件与BPA的*.DAT潮流数据文件和*.SWI稳定数据文件,建立交流系统中各元件在谐波频率下的数学模型,采用单一频率下正弦稳态网络的节点分析法,扫描计算交流系统的等值阻抗和背景谐波电压畸变。在本论文的研究过程中,作者通过研究大量的国内外文献,掌握并总结了在谐波分析过程中,电力系统各元件的建模方法和模型选择的原则,并且,掌握了背景谐波水平的分析计算方法。在从工程实际出发应用,针对目前电力系统领域的软件使用情况,自行开发了用于交流系统等值和背景谐波分析的软件“全频段交流系统等值与谐波计算程序”,具有很高的实用价值。利用电力系统电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC的谐波分析功能,对“全频段交流系统等值与谐波计算程序”进行验证。验证结果表明,该程序计算出的结果非常合理,可以应用于实际工程。最后还利用华东电网2003年度夏季高峰运行方式下的基本潮流数据,计算华东电网的谐波等值阻抗的频率特性。