基于Matlab的直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性分析(DOC)

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1、HVDC與FACTS技術基于Matlab的直流輸電系統(tǒng)動態(tài)特性分析與仿真一、引言與交流輸電相比，高壓直流輸電(HVDC)具有線路輸送容量大、造價低、損耗小、電力系統(tǒng)間的非同步聯(lián)網(wǎng)能力強等優(yōu)點，而且，直流輸電不存在交流輸電的穩(wěn)定問題，有利于遠距離大容量送電。自從20世紀80年代末以來，中國高壓直流輸電技術的研究和發(fā)展取得了突飛猛進的提高，目前已投運10個直流輸電工程,包括舟山、葛南、天廣、三常等工程。為實現(xiàn)“西電東送”的戰(zhàn)略規(guī)劃，中國正在積極推進包括±660kV、±800kV、±1000kV特高壓HVDC工程的建設。近

2、期中國規(guī)劃發(fā)展的HVDC工程主要包括內(nèi)蒙及陜甘寧地區(qū)的煤電通過高壓直流或特高壓直流向京津塘、山東等地輸電，四川水電向華東、華中地區(qū)特高壓直流輸電等。在此背景下，研究HVDC的結構、運行原理及控制方法，對HVDC進行建模與仿真，分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性等顯得非常重要。本文利用Matlab中Simulink對HVDC進行建模，并在此模型基礎上進行了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、直流線路故障、逆變器交流側(cè)a相接地故障仿真，得出相應的仿真波形，驗證了HVDC模型的有效性。二、HVDC的基本結構與工作原理HVDC的基本工作原理如圖1所示，簡單的

3、HVDC輸電系統(tǒng)包括兩個換流站、直流輸電線路以及兩端的交流系統(tǒng)。換流站1運行于整流狀態(tài)，將交流系統(tǒng)1輸送來的三相交流電整流成直流電，通過直流輸電線路傳送到換流站2，換流站2工作于逆變狀態(tài)，將直流電逆變成三相交流電。圖1HVDC的基本工作原理換流站是HVDC的核心設備。換流站的主要設備如圖2所示：圖2換流站主接線圖2中主要設備如下：(1)換流變壓器把交流系統(tǒng)電壓變?yōu)閾Q流橋所需的交流電壓。(2)換流橋(閥橋)ac→dc或dc→ac的變流設備。(3)直流(平波)電抗器減少直流電壓及電流的波動，受擾時抑制直流電流上升速度。(

4、4)直流濾波器組直流側(cè)濾波用，單橋時為6n次諧波，雙橋時為12n次諧波(n=1,2,…)。(5)交流濾波器組交流側(cè)濾波用，一般單橋時為6n±1次諧波，如5，7，11，13次及高周；雙橋時為12n±1次諧波，如11，13次及高周。(6)無功補償設備提供直流系統(tǒng)運行所需的無功功率，并作電壓調(diào)節(jié)用?？刹捎秒娙萜鹘M、調(diào)相機或靜止無功補償器(SVC)。三、HVDC仿真模型圖3中，500KV、5000MVA、50HZ的交流輸電系統(tǒng)(EM)通過1000MW的直流輸電線路與345KV、10000MVA、50HZ的交流輸電系統(tǒng)(EN)

5、相連。兩個交流輸電系統(tǒng)的相角為80度，基頻為50HZ，并帶有3次諧波。輸電線路為300Km，線路電阻為0.015Ω,線路電感為0.792，線路電容為14.4n;EM側(cè)線路電阻為26.07Ω，線路電感為48.86mH；EN側(cè)線路電阻為6.205Ω，線路電感為13.96mH；兩端均接0.5H的平波電抗器。整流橋和逆變橋均由兩個通用的6脈沖橋搭建而成。交流濾波器直接接在交流母線上，它包括11次、13次和更高諧波等單調(diào)支路，總共提供600Mvar的容量。兩個斷路器模塊分別為模擬整流器直流側(cè)故障和逆變器交流測故障。圖3HVDC

6、仿真模型圖3.1整流環(huán)節(jié)雙擊圖3中的“整流環(huán)節(jié)”子系統(tǒng)，如圖4所示。其中，變換器變壓器使用三相三繞組變壓器模塊，接線方式為Y0-Y-?來聯(lián)結，變換器變壓器的抽頭用一次繞組電壓的倍數(shù)（整流器選0.90，逆變器選0.96）來表示。圖4整流環(huán)節(jié)子系統(tǒng)結構雙擊圖4中的“整流器”子系統(tǒng)，打開后如圖5所示。其中，整流器是用兩個通用橋模塊串聯(lián)而成的12脈沖變換器。圖5整流器子系統(tǒng)結構3.2逆變環(huán)節(jié)雙擊圖3中的“逆變環(huán)節(jié)”子系統(tǒng)，如圖6所示。與“整流環(huán)節(jié)”子系統(tǒng)結構相似，在此不再贅述。圖6逆變環(huán)節(jié)子系統(tǒng)結構3.3濾波環(huán)節(jié)從交流側(cè)看，

7、HVDC變換器相當于諧波電流源；從直流側(cè)看，HVDC變換器相當于諧波電壓源。交流側(cè)和直流側(cè)包含的諧波次數(shù)由變換器的脈沖路數(shù)p決定，分別為kp±1(交流側(cè))和kp（直流側(cè)）次諧波，其中k為任意整數(shù)。對于本節(jié)的仿真而言，脈沖為12路，因此交流側(cè)諧波分量分別為11次、13次、23次、25次……直流側(cè)諧波分量為12次、24次……。為了抑制交流側(cè)諧波分量，在交流側(cè)并聯(lián)了交流濾波器。交流濾波器為交流諧波電流提供低阻抗并聯(lián)通路。在基頻下，交流濾波器還向整流器提供無功。雙擊圖3中的“濾波器”子系統(tǒng)，如圖7所示。可見，交流濾波器電路由

8、150Mvar的無功補償設備、高Q值（Q=100）的11次和13次單調(diào)諧濾波器，低Q值（Q=3）的減幅高通濾波器（24次諧波以上）組成。圖7濾波器子系統(tǒng)結構四、仿真結果分析基于圖3所示的HVDC模型，分別對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、直流線路故障、逆變側(cè)a相接地故障的情況進行仿真，仿真結果如下。4.1穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)波形仿真后的電壓和電流波形如圖8所示。圖中表示直流側(cè)線