滤波换相换流器的基础理论研究

研究一种新型换流器- - 滤波换相换流器(Filter Commutated Converter，FCC)，主要包括四大部分：(1)谐波抑制：在FCC数学模型的基础上，利用灵敏度函数分析法研究谐波源参数、电网参数以及阀侧滤波装置的谐波阻抗参数三大类摄动源对FCC滤波性能的影响，研究FCC新型换流变压器的直流偏磁特性，提出偶数次非特征谐波抑制法抑制谐波不稳定；(2)联于弱交流系统：研究阀侧无功功率动态调节控制换相电压对FCC换相过程的影响，研究FCC联于弱交流系统在典型故障恢复特性和功率输送能力；(3)继电保护方案的制定：针对FCC的特殊性，制定一套可行的FCC继电保护方案； (4)仿真和实验研究：针对上述研究内容，在基于FCC直流输电系统综合实验平台和PSCAD准稳态模型上，开展一系列实验与仿真对比研究，提出解决实际工程中存在的问题的方案。

新型换流器的拓扑及性能研究是近年来直流输电、供电领域的热门研究方向之一。本项目主要针对目前直流输电领域存在的关键技术问题，提出了一种滤波换相换流器的拓扑结构，围绕滤波换相换流器，重点完成了如下研究工作：(1) 引入灵敏度函数分析法，分析了系统阻抗和滤波支路阻抗摄动对FCC谐波效果的影响，为提高FCC谐波滤除率和滤波稳定性提供了理论基础；(2)通过分析求得新型换流变压器在接入和不接入阀侧感应滤波器两种情况下网侧电流与阀侧电流的关系，并结合差动保护理论，提出了新型换流变压器的差动保护接线方案，为FCC的工程化应用奠定了重要基础；(3)在分析直流偏磁产生机理的基础上，针对目前抑制直流偏磁方法存在的不足，并结合FCC的接线特点，提出了采用偶数次非特征谐波滤波器抑制直流偏磁影响的新方法，该方法在直流偏磁影响的同时，还可有效抑制直流输电系统谐波不稳定问题，试验和仿真结果表明，该方法具有良好的抑制谐波不问题效果；(4) 对FCC联于弱交流系统的换相过程进行了详细分析与研究，分析了感应滤波技术对换相电抗的影响，详细分析了阀侧无功动态调节对换相电压的影响；仿真和试验结果验证了理论分析的正确性； (5) 基于CIGRE标准直流输电模型，在PSCAD/EMTDC环境下建立了基于FCC直流输电系统仿真模型，并在该模型基础上，对其典型故障恢复特性和功率输送能力进行了仿真研究，结果表明FCC具有良好的动、稳态性能；(6) 基于实验室建立的背靠背直流输电系统研究平台的实际物理参数，在Matlab环境下建立了相应的系统仿真模型，并对该平台进行了一系列实验研究，并与仿真结果进行了对比分析，进一步验证了本项目成果的正确性和可行性。. 经过三年的研究，本项目的研究成果达到了申请之初设定的研究目标，在人才培养、工程化应用、科研论文及专利申请方面均取得良好的成绩。