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高壓直流輸電（High-Voltage Direct Current, HVDC）以其可實現(xiàn)交流電網(wǎng)的異步連接、控制靈活性強(qiáng)等特點得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。特別是隨著大范圍能源優(yōu)化配置、大規(guī)模可再生能源發(fā)電并網(wǎng)等需求的擴(kuò)大，高壓直流輸電工程項目得到快速實施。

傳統(tǒng)高壓直流輸電由于采用電網(wǎng)換相換流器（Line Commutated Converter, LCC），換流閥的導(dǎo)通與關(guān)斷依賴交流電網(wǎng)提供換相電源，當(dāng)交流電網(wǎng)較弱時，逆變器容易發(fā)生換相失敗。為避免發(fā)生換相失敗，換流閥的熄弧角應(yīng)大于15°，加上換相重疊角的影響，逆變器的觸發(fā)延遲角會更大，導(dǎo)致逆變器需要吸收大量無功功率，即網(wǎng)側(cè)無功補(bǔ)償容量很大。這樣容易使系統(tǒng)在甩負(fù)荷時因換流站無功過剩導(dǎo)致?lián)Q流母線過電壓，嚴(yán)重時會導(dǎo)致系統(tǒng)停運，給電網(wǎng)帶來更大危害。

1954年學(xué)者Buseman提出通過電容器進(jìn)行強(qiáng)迫換相的概念，研究指出在換流閥與換流變壓器之間串聯(lián)固定電容器而形成的電容換相換流器（Capacitor Commutated Converter, CCC）可以有效地克服傳統(tǒng)高壓直流輸電的上述缺點。

由于換相電容器附加電壓的影響，使換流閥的換相電壓滯后一個角度，從而使閥上實際的線電壓過零點比換流變壓器閥側(cè)的線電壓過零點滯后同一個角度。因此，當(dāng)逆變器的觸發(fā)超前角小于零時，仍有一個足夠大的熄弧角來保證換相的順利進(jìn)行。

為抑制換相失敗和改善無功平衡，湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院、特變電工湖南電氣有限公司的研究人員提出一種吸收與并聯(lián)電容換相換流器（Absorption and Shunt Capacitance Commutated Converter, ASCCC）。其基本思想是將電容器并聯(lián)接入換流閥與換流變壓器之間，由并聯(lián)電容器來補(bǔ)償工作過程中所需的絕大部分感性無功功率。

并聯(lián)電容上的電壓有助于換相過程的完成，可以減小換相過程對交流系統(tǒng)強(qiáng)度的依賴性，增強(qiáng)了交流系統(tǒng)的魯棒性。相比于串聯(lián)電容換相換流器，由于分流作用，工作過程中換流閥產(chǎn)生的諧波有很大一部分流向并聯(lián)電容器，故只需根據(jù)實際情況在網(wǎng)側(cè)配置較小容量的濾波器來濾除剩余諧波即可。這樣流經(jīng)換流變壓器的無功功率和諧波成分變得很小，使得換流變壓器的容量得到充分利用。

圖1 實驗系統(tǒng)原理

研究人員首先給出其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型，以及系統(tǒng)改善換相特性的工作原理；然后通過構(gòu)建等效電路，研究并聯(lián)電容分流特性，以及對比研究傳統(tǒng)和新型換相換流器的無功特性，推導(dǎo)出其無功計算方法；最后以某±800kV特高壓直流輸電工程為例，搭建基于ASCCC的逆變站的Matlab仿真模型，同時進(jìn)行原理樣機(jī)實驗。

研究人員通過理論研究和仿真實驗，驗證了采用吸收與并聯(lián)電容換相換流器是一種高效優(yōu)越的換流方式，其并聯(lián)電容器的電壓補(bǔ)償作用，使換相電壓滯后，有效防止了逆變器的換相失敗，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗擾動能力。同時并聯(lián)電容器可有效地吸收換流閥產(chǎn)生的諧波，使換流變壓器的性能得到優(yōu)化，避免鐵磁諧振，提高換流器功率因數(shù)，具有一定的工程應(yīng)用價值。

以上研究成果發(fā)表在2019年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2，論文標(biāo)題為“高壓直流輸電系統(tǒng)吸收與并聯(lián)電容換相換流器特性分析”，作者為張志文、雷詩婕、翟承達(dá)、易梅生。