摘要
受自然禀赋决定，我国能源供应与能源需求的空间分布极不均衡，煤炭、水能、风能、太阳能等资源主要分布在西部或北部，而用电和用能需求则主要集中在中东部经济发达地区，这种能源资源和用能需求的分布状况，决定了我国电网“西电东送”的基本运行格局。采用高压直流输电技术，可实现长距离、大规模、低成本的西电东送，对建设资源节约型和环境友好型电网，加快能源资源优化配置具有重要意义。自1989年第一条葛洲坝-南桥高压直流输电工程投运以来，我国已累计投运三十余条高压直流输电线路，电压等级从±500kV提升至目前最高的±1100kV，线路总长度和输送容量均居世界第一。随着高压直流输电工程的不断增多，它给电网规划和运行带来了一系列挑战性问题，如直流侧的谐波传导与低频谐振、换流站的无功补偿与滤波设备占地过大、线路走廊资源的日益紧缺等。本文围绕这些问题开展研究，具体工作如下： 1)深入分析了特高压直流线路谐波阻抗特性，提出了一种改进的谐波阻抗计算方法。从直流线路的两种基本回路结构以及单位长度阻抗参数计算原理出发，对计及架空地线影响的双极线路等效参数进行详细推导分析，提出一种长线路链式u模型，并与现有分布参数模型进行了校核对比；在此基础上，提出一种基于卡尔松积分方程的优化算法，用于求解直流线路在不同频率下的谐波阻抗;最后，依托灵州-绍兴±800kV特高压直流工程的线路阻抗试验测试数据，将所提方法与原始卡尔松积分法进行对比分析，验证了所提方法的正确性和精确性。研究工作对于优选特高压直流工程的低频阻波滤波设备，和防止系统出现低频谐振风险具有一定借鉴意义。 2)针对高压直流换流站，提出了一种将混合型有源电力滤波器与交流无功补偿设备有机结合的协调控制策略，同时完成应用架构设计。首先，基于系统需求，对有源滤波器不同结构型式进行比选以确定最优拓扑结构；进而，分析有源滤波器控制策略与直流换流器阻抗特性，提出可兼顾补偿谐波和动态无功支撑的协调控制策略；最后，基于实际工程参数，完成主动滤波系统应用架构设计，并在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型，验证了所提控制策略及构架方案的有效性。通过分析可知，本文研究有利于提升高压直流换流站滤波性能，缩减无功补偿装置和减少交流滤波器场占地。 3)针对常规多端直流输电系统，提出了适用的主拓扑结构和回路方案架构，设计了适用的运行控制策略。首先，深入分析了常规多端直流结构优缺点，确定采用电网换相型并联多端直流(P-MTDC)配置方案，并通过增设极性反转开关来实现单一换流站潮流反转功能；其次，推导了直流网络的通用导纳矩阵，提出一种多端直流系统主回路解耦计算方法，实现直流网络与换流器方程解耦求解；进一步，提出一种新型多端直流系统定电压控制策略，选择距离整流主站最近的公共连接点为参考点，以简化控制层级和降低控制复杂度；最后，基于某实际三端直流输电工程，在PSCAD/EMTDC平台搭建仿真模型，算例验证了所提方法的正确性。
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