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1、高壓直流輸電系統(tǒng)建模與仿真 【摘要】本文介紹了高壓直流輸電系統(tǒng)的基本原理，整流測(cè)采用定電流控制方式，建立了基于MATLAB/Simulink的高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型，對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)電壓、電流進(jìn)行仿真分析，同時(shí)通過(guò)對(duì)交流系統(tǒng)以及直流線路短路故障的仿真分析，驗(yàn)證了所建立仿真模型的合理性。仿真結(jié)果表明，該方法能較準(zhǔn)確地觀測(cè)暫態(tài)過(guò)程高壓直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能?！ 娟P(guān)鍵詞】高壓直流輸電HVDCMATLAB建模與仿真暫態(tài)分析 一、引言 高壓直流輸電技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電領(lǐng)域中應(yīng)用最早同時(shí)也是較為成熟的技術(shù)。高壓直流輸電由整流器、高
2、壓直流輸電線路以及逆變器三部分構(gòu)成。到目前為止，工程上絕大部分直流輸電的換流器由半控型的晶閘管器件組成，稱采用這種換流器的直流輸電為常規(guī)高壓直流輸電?！ ≡诟邏褐绷鬏旊娤到y(tǒng)中有三個(gè)原因使得他的暫態(tài)過(guò)程變的非常復(fù)雜：工程實(shí)際中每個(gè)換流閥的觸發(fā)角為離散變量；觸發(fā)角和換相電壓在高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程中不斷變化；長(zhǎng)距離直流輸電線路具有分布參數(shù)特性，需要考慮他的電壓、電流過(guò)程。所以，如果要準(zhǔn)確的計(jì)算直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程，就必須要求解包含連續(xù)變量和離散變量的常微分方程和偏微分方程。這個(gè)過(guò)程原理很簡(jiǎn)單，但是計(jì)算的工作量卻非常大[1]。傳統(tǒng)的仿真軟件主要包括微分
3、方程和差分方程，MATLAB軟件中的Simulink給用戶提供了用方框圖進(jìn)行建模的模型接口，和傳統(tǒng)的仿真軟件相比具有更直觀、靈活和方便的優(yōu)點(diǎn)。Simulink中的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)包含了多種交/直流電源、大量電工測(cè)量?jī)x表和電元器件以及各種分析工具等。利用這些模塊我們就可以模擬電力系統(tǒng)運(yùn)行和故障的每個(gè)狀態(tài)，從而進(jìn)行仿真和分析。[2] 本文建立了基于MATLAB的HVDC仿真模型，整流側(cè)采用定電流調(diào)節(jié)方式，并附加了最小觸發(fā)角限制，對(duì)高壓直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行模式進(jìn)行仿真分析，并針對(duì)逆變器交流側(cè)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，
4、分別進(jìn)行了仿真和分析。 二、HVDC系統(tǒng)仿真模型 在MATLAB/Simulink環(huán)境下，利用電力系統(tǒng)模塊（SimPowerSystem）中的仿真模塊對(duì)HVDC系統(tǒng)及控制器建立仿真模型。這里用雙橋12脈動(dòng)晶閘管變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)HVDC系統(tǒng)的建模[2]?！ ∑渲校?00kV、5000MVA、60Hz的交流系統(tǒng)通過(guò)1000MW的直流聯(lián)絡(luò)線與345kV、10000MVA、50Hz的交流系統(tǒng)相連。兩個(gè)交流系統(tǒng)相角均為，均含有3次諧波。送端頻率為60Hz，受端頻率為50Hz。兩個(gè)變換器通過(guò)300km的線路和0.5H的平波電抗器連接起來(lái)。其中線路每公里電阻值為，電
5、感值為0.792mH，電容值為。四個(gè)斷路器模塊通過(guò)1歐姆電阻接地，分別用來(lái)整流器直流側(cè)故障和逆變器交流側(cè)故障?！ 盀V波器”子系統(tǒng)中，交流濾波器電路由150Mvar的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，高Q值（100）的11次和13次單調(diào)諧濾波器，低Q值（3）的高通濾波器組成?！ ≌髌髂Ｐ椭?，換流變壓器采用三相繞組變壓器，整流測(cè)繞組一個(gè)為星型接線，另一個(gè)為三角形接線，從而使兩個(gè)六脈動(dòng)換流器的交流側(cè)得到相位差為的換相電壓。輸出的直流電流換算為標(biāo)幺值表示。逆變器模型與整流器模型類似?！ ∪?、HVDC仿真結(jié)果分析 基于所建模型，分別對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、直流線路接地故障、逆變側(cè)a相接地
6、故障，兩相接地（a、b相接地）和三相接地故障的情況進(jìn)行仿真，仿真時(shí)間為1.4s，結(jié)果如下。 ?。ㄒ唬┓€(wěn)態(tài)系統(tǒng)波形 運(yùn)行仿真后，經(jīng)過(guò)觀察系統(tǒng)啟動(dòng)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后能夠穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)后，直流電壓為1.0p.u.，直流電流為1.0p.u.。穩(wěn)態(tài)情況下，在0.7s時(shí)刻設(shè)定電流指令值跌倒0.8p.u.，0.8秒時(shí)恢復(fù)至1.0p.u.。直流側(cè)電流在0.7s開(kāi)始跌落至0.8p.u.，0.8s開(kāi)始上升至1.0p.u.，實(shí)際電流值按照電流指令值響應(yīng)的變化?！ 。ǘ┲绷骶€路故障 首先把直流側(cè)斷路打開(kāi)，設(shè)置其在0.8s時(shí)導(dǎo)通，0.85s時(shí)斷開(kāi)，接地時(shí)間是0.05s，接地的
7、電阻是1歐姆。接下來(lái)進(jìn)行故障設(shè)置，發(fā)生故障時(shí)直流側(cè)電流會(huì)激增到2.2p.u.，直流側(cè)電壓會(huì)降為0。通過(guò)調(diào)制VDCOL的子系統(tǒng)，參考電流就會(huì)下降到0.3p.u.，所以在故障發(fā)生時(shí)，直流側(cè)仍然有電流通過(guò)。當(dāng)t=0.87s時(shí)，整流器的運(yùn)行為逆變狀態(tài)。在此之后直流側(cè)電壓為負(fù)值，把線路上的能量反送到交流系統(tǒng)，這樣直接導(dǎo)致故障電流在通過(guò)零點(diǎn)時(shí)很快熄滅。當(dāng)t=0.92s時(shí)，解除觸發(fā)延遲角的強(qiáng)制值，額定電流電壓就會(huì)在0.5s后恢復(fù)正常了?！ ∷?、總結(jié) 隨著高壓直流輸電技術(shù)在電網(wǎng)中發(fā)揮的作用越來(lái)越重，如何提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性也成為亟待解決的問(wèn)題。因此，對(duì)HVD
8、C系統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)仿真對(duì)電力系統(tǒng)的研究、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和運(yùn)行等起著重要作用。本文利用MATLAB的Si
