高壓直流輸電系統(tǒng)建模與仿真

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 高壓直流輸電系統(tǒng)正常運(yùn)行時電壓、電流進(jìn)行仿真分析，同時通過對交流系統(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)確地觀測暫態(tài)過程高壓直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)性能。【關(guān)鍵詞】高壓直流輸電 HVDCMATLAB1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)用最早同時也是較為成熟的技術(shù)。高壓直 流輸電由整流器、高壓直流輸電線路以及逆變器三部分構(gòu)成。到目前

2、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。在高壓直流輸電系統(tǒng)中有三個原因使得他的暫態(tài)過程變的非常復(fù)雜：工程實(shí)際中每個換流閥的觸發(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，需要考慮他的電壓、電流過程。所以，如果要準(zhǔn)確的計算直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)過程，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。這個過程原理很簡單，但是計算的工作量卻 非常大 1 。傳統(tǒng)的仿真軟件主要包括微分方程和差分 方程，MATLA歆件中的Simulink給用戶提供了用 方框圖進(jìn)行建模的

3、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)模塊庫包含了多種交/ 直流電源、大量電工測量儀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，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(SimPowerS

4、ystem)中的仿真模塊對HVDC系統(tǒng)及控 制器建立仿真模型。這里用雙橋12 脈動晶閘管變換器實(shí)現(xiàn)對 HVDC系統(tǒng)的建模2 。其中，500kV、5000MVA 60Hz的交流系統(tǒng)通過1000MW的直流聯(lián)絡(luò)線與345kV、10000MVA 50Hz的交流系統(tǒng)相連。兩個交流系統(tǒng)相角均為， 均含有 3 次諧波。 送端頻率為60Hz，受端頻率為50Hz。兩個變換器通過300km的線路和0.5H的平波電抗器連接起來。其中線路每公里電阻值為，電感值為 0.792mH， 電容值為。四個斷路器模塊通過1 歐姆電阻接地，分別用來整流器直流側(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 150Mv

5、ar 的無功補(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。整流器模型中，換流變壓器采用三相繞組變壓器，整流測繞組一個為星型接線，另一個為三角形接線，從而使兩個六脈動換流器的交流側(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。三、HVDC&真結(jié)果分析基于所建模型，分別對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、 直流線路接地故障、 逆變側(cè) a 相接地故障，兩相接地(a、b 相接地 )和三相接地故障的情況進(jìn)行仿真，仿真時間為1.4s，結(jié)果如下。(一)穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)波形運(yùn)行仿真后，經(jīng)過觀察系統(tǒng)啟動經(jīng)過一段時間后能夠穩(wěn)定運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)后

6、，直流電壓為1.0p.u., 直流電流為 1.0 p.u. o 穩(wěn)態(tài)情況下，在0.7s 時刻設(shè)定電流指令值跌倒 0.8 p.u., 0.8 秒時恢復(fù)至1.0 p.u. o 直流側(cè)電流在0.7s 開始跌落至0.8p.u. ， 0.8s 開始上升至1.0p.u. ， 實(shí)際電流值按照電流指令值響應(yīng)的變化。（二）直流線路故障首先把直流側(cè)斷路打開，設(shè)置其在0.8s 時導(dǎo)通，0.85s 時斷開，接地時間是0.05s, 接地的電阻是1 歐 姆。接下來進(jìn)行故障設(shè)置，發(fā)生故障時直流側(cè)電流會激增到2.2p.u.,直流側(cè)電壓會降為0。通過調(diào)制VDCOL勺子系統(tǒng)，參考電流就會下降到0.3p.u. ，所以在故障發(fā)生時，

7、直流側(cè)仍然有電流通過。當(dāng)t=0.87s 時，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)致故障電流在通過零點(diǎn)時很快熄滅。當(dāng)t=0.92s 時，解除觸發(fā)延遲角的強(qiáng)制值，額定電流電壓就會在0.5s 后恢復(fù)正常了。四、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題。因此，對HVDC（統(tǒng)的暫穩(wěn)態(tài)仿真對 電力系統(tǒng)的研究、規(guī)劃、設(shè)計和運(yùn)行等起著重要作用。本文利用MATLAB 的Simulink 及 PSB 對高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行仿真，能方便準(zhǔn)確的反應(yīng)HVDC（統(tǒng)的穩(wěn) 態(tài)特性和暫態(tài)過程的動態(tài)特性并可實(shí)時顯示系統(tǒng)各參數(shù)的變化，且仿真時間段，仿真效果比較理性。參考文獻(xiàn)：1 夏道止 . 電力系統(tǒng)分析（下冊）M. 北京：水利19952 王