高压直流输电系统,换流变压器的特点「直流换流器输出电压2性能」

为改善高压直流输电（HVDC）换相特性及调节无功分布，湖南大学电气与信息工程学院、特变电工湖南电气有限公司的研究人员张志文、雷诗婕、翟承达、易梅生，在2019年《电工技术学报》增刊2上撰文，提出一种HVDC系统吸收与并联电容换相换流器（ASCCC）。研究结果表明ASCCC不仅具有减少逆变器换相失败的优点，而且能够优化换流变压器乃至整个系统的运行状态。

高压直流输电（High-Voltage Direct Current, HVDC）以其可实现交流电网的异步连接、控制灵活性强等特点得到快速发展和广泛应用。特别是随着大范围能源优化配置、大规模可再生能源发电并网等需求的扩大，高压直流输电工程项目得到快速实施。

传统高压直流输电由于采用电网换相换流器（Line Commutated Converter, LCC），换流阀的导通与关断依赖交流电网提供换相电源，当交流电网较弱时，逆变器容易发生换相失败。为避免发生换相失败，换流阀的熄弧角应大于15°，加上换相重叠角的影响，逆变器的触发延迟角会更大，导致逆变器需要吸收大量无功功率，即网侧无功补偿容量很大。这样容易使系统在甩负荷时因换流站无功过剩导致换流母线过电压，严重时会导致系统停运，给电网带来更大危害。

1954年学者Buseman提出通过电容器进行强迫换相的概念，研究指出在换流阀与换流变压器之间串联固定电容器而形成的电容换相换流器（Capacitor Commutated Converter, CCC）可以有效地克服传统高压直流输电的上述缺点。

由于换相电容器附加电压的影响，使换流阀的换相电压滞后一个角度，从而使阀上实际的线电压过零点比换流变压器阀侧的线电压过零点滞后同一个角度。因此，当逆变器的触发超前角小于零时，仍有一个足够大的熄弧角来保证换相的顺利进行。

为抑制换相失败和改善无功平衡，湖南大学电气与信息工程学院、特变电工湖南电气有限公司的研究人员提出一种吸收与并联电容换相换流器（Absorption and Shunt Capacitance Commutated Converter, ASCCC）。其基本思想是将电容器并联接入换流阀与换流变压器之间，由并联电容器来补偿工作过程中所需的绝大部分感性无功功率。

并联电容上的电压有助于换相过程的完成，可以减小换相过程对交流系统强度的依赖性，增强了交流系统的鲁棒性。相比于串联电容换相换流器，由于分流作用，工作过程中换流阀产生的谐波有很大一部分流向并联电容器，故只需根据实际情况在网侧配置较小容量的滤波器来滤除剩余谐波即可。这样流经换流变压器的无功功率和谐波成分变得很小，使得换流变压器的容量得到充分利用。

图1 实验系统原理

研究人员首先给出其拓扑结构和数学模型，以及系统改善换相特性的工作原理；然后通过构建等效电路，研究并联电容分流特性，以及对比研究传统和新型换相换流器的无功特性，推导出其无功计算方法；最后以某±800kV特高压直流输电工程为例，搭建基于ASCCC的逆变站的Matlab仿真模型，同时进行原理样机实验。

研究人员通过理论研究和仿真实验，验证了采用吸收与并联电容换相换流器是一种高效优越的换流方式，其并联电容器的电压补偿作用，使换相电压滞后，有效防止了逆变器的换相失败，增强了系统的抗扰动能力。同时并联电容器可有效地吸收换流阀产生的谐波，使换流变压器的性能得到优化，避免铁磁谐振，提高换流器功率因数，具有一定的工程应用价值。