高壓直流輸電系統(tǒng)的建模與仿真

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1、萬方數(shù)據(jù)《機電技術》2010年第5期機電研究及設計制造高壓直流輸電系統(tǒng)的建模與仿真周曉華1’2宋春寧1王保錄1宋云鵬1(1．廣西大學電氣工程學院，廣西南寧530004：2．廣西工學院電子信息與控制工程系，廣西柳州545006)摘要：介紹了高壓直流輸電系統(tǒng)(HVDC)的基本原理，整流側采用定電流控制方式，建屯了基于MATLAB的高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型。通過對交流系統(tǒng)以及直流線路短路故障的仿真分析，驗證了所建市仿真模型的合理性。仿真結果表明，該方法能較準確地觀測暫態(tài)過程中高壓直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)性能。關鍵詞：高壓直流輸電；MATLAB仿真；暫態(tài)分析

2、中圖分類號：TM743文獻標識碼：A文章編號：1672--4801(2010)05--080--04高壓直流輸電(HVDC)系統(tǒng)的暫態(tài)過程非常復雜，其主要原因在于：在工程實際中各換流閥的觸發(fā)角為離散變量；換相電壓和觸發(fā)角在暫態(tài)過程中不斷變化；長距離直流輸電線路具有分布參數(shù)特性，需考慮其電壓、電流變化的波過程。因此，要精確計算直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)過程，需要求解包含連續(xù)變量和離散變量的常微分方程和偏微分方程。雖然從理論上來說并沒有什么困難，而且現(xiàn)已開發(fā)出一些相應的計算程序，但是計算工作量卻很大Ⅲ。MATLAB軟件中的Simulink給用戶提供了用方框

3、圖進行建模的模型接口，與傳統(tǒng)的仿真軟件包括用微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便和靈活的優(yōu)點。Simulink中的電力系統(tǒng)模塊庫(SimPowerSystem)包含了各種交／直流電源、大量電氣元器件和電工測量儀表以及分析工具等。利用這些模塊可以模擬電力系統(tǒng)運行和故障的各種狀態(tài)，并進行仿真和分析睇J。利用MATLAB軟件的Simulink工具箱及SimPowerSystem模塊庫，能方便的對高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)過程進行建模和仿真，可避免復雜的暫態(tài)計算和分析，便于直觀的分析系統(tǒng)的性能。本文簡要介紹了高壓直流輸電的基本原理，建立了基于

4、MATLAB的HVDC仿真模型，整流側采用定電流調節(jié)方式，并附加了最小觸發(fā)角限制，針對整流器交流側發(fā)生單相接地、兩相接地、三相短路故障以及直流線路發(fā)生接地故障的情形，分別進行了仿真和分析。1HVDC的基本原理兩端直流輸電系統(tǒng)只有一個整流站(送端)和一個逆變站(受端)，其與交流系統(tǒng)只有兩個連接端口，是結構最簡單的直流輸電系統(tǒng)。圖1所示為兩端單極直流輸電系統(tǒng)的原理接線，它包括兩端換流站(整流站尺和逆變站，)和直流輸電線路。換流站由換流變壓器、換流橋、平波電抗器和交直流濾波器等元件組成。圖l兩端單極直流輸電系統(tǒng)原理圖交流系統(tǒng)I送出交流功率給整流站的交

5、流母線，經(jīng)換流變壓器送到整流器，把交流功率變換為直流功率，然后由直流輸電線路將直流功率輸送給逆變站內(nèi)的逆變器，逆變器將直流功率變換為交流功率，再經(jīng)換流變壓器，把交流功率送入受端的交流電力系統(tǒng)II。在穩(wěn)態(tài)工況下，高壓直流輸電系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蚀嬖谝韵玛P系：吃=兄+叱(1)式中，吃為整流站輸出的直流功率，且名=％L，兄為逆變站輸入的直流功率，且易=％乞，蝎則是直流輸電線路的功率損耗，叱=腳。由此可見，改變換流站極對地電壓己0、【，。，即可改變直流電流L，并相應改變輸送的功率。改變直流電流(或功率)可以通過調節(jié)整流器的觸發(fā)延遲角口或逆變器的越前觸發(fā)角

6、口(熄弧角萬)來實現(xiàn)，這也是直流輸電系統(tǒng)的主要調節(jié)手段。整流側常采用定電流的基本調節(jié)方式，將直流電流厶與電流給定值k進行比較，所得誤差信號經(jīng)PI調節(jié)后作用于移相控制電路來改變整流器的觸發(fā)延遲角口，達到定電流調節(jié)作用。逆變器常用定熄弧角萬和定電壓的基本調節(jié)方式，定熄弧角萬萬方數(shù)據(jù)機電研究及設計制造《機電技術》2010年第5期調節(jié)是將測量所得熄弧角萬與給定值疋，比較，其誤差信號經(jīng)放大后進行移相控制，從而改變逆變器的超前觸發(fā)角∥。定電壓調節(jié)方式與定電流調節(jié)方式相似，將電壓測量值％與給定值夠M比較，所得誤差信號經(jīng)放大后進行移相控制，從而改變逆變器的超前

7、觸發(fā)角∥。此外，在基本調節(jié)方式下，常附加某些限制措施。整流側采用定電流調節(jié)方式時，常附加最小觸發(fā)角限制，使觸發(fā)角不小于某一最小安全限值；逆變側采用定電壓調節(jié)方式時，常附加最小熄弧角限制。U積=492．3kV。由于直流系統(tǒng)的線路電阻與平波電抗器電阻之和吃=4．5+2=6．5Q，故逆變站極對地直流電壓為％=％一億L=479．3kV(3)為簡化仿真模型，逆變側用電動勢為479．3kV的直流電源等效[4】，為模擬逆變器起動時的暫態(tài)過程，此直流等效電源在0．0275s時投入。整流側交流母線上接一組交流濾波器，包括電容器組、11次、13次及高通濾波器，容量

8、為600Mvar，并為整流器提供所需的無功功率。2HVDc系統(tǒng)仿真模型的建立3仿真結果與分析根據(jù)高壓直流輸電系統(tǒng)基本原理建立的MATLAB仿真模型如圖