第8章_MATLAB在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例課件

1、第8章MATLAB在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例8.1高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真實例8.2靜止無功補償器(SVC)的仿真實例8.3晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)的仿真實例8.1高壓直流輸電系統(tǒng)的仿真實例8.1.1HVDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理8.1.2HVDC系統(tǒng)的仿真模型描述8.1.3HVDC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性8.1.4HVDC系統(tǒng)的起停和階躍響應(yīng)仿真8.1.5HVDC系統(tǒng)直流線路故障仿真8.1.6HVDC系統(tǒng)交流側(cè)線路故障仿真8.1.1HVDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理1)換流變壓器，其一次繞組與交流電力系統(tǒng)相連，其作用是將交流電壓變?yōu)闃蜷y所需電壓。2)換流器C1、C2，由晶閘管組成，用做

2、整流和逆變，實現(xiàn)交流電與直流電之間的轉(zhuǎn)換。3)濾波器，交流側(cè)濾波器一般裝在換流變壓器的交流側(cè)母線上。4)無功補償裝置，換流器在運行時需要從交流系統(tǒng)吸引大量無功功率，在穩(wěn)態(tài)時吸收的無功功率約為直流線路輸送有功功率的50%，因此，在換流器附近應(yīng)有無功補償裝置為其提供無功電源。5)直流平波電抗器，減小直流電壓、電流的波動，受擾時抑制直流電流的上升速度。圖8-1單極大地回流直流輸電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)8.1.2HVDC系統(tǒng)的仿真模型描述1. 線路的參數(shù)2. 整流環(huán)節(jié)簡介3. 逆變環(huán)節(jié)簡介4.濾波器子系統(tǒng)簡介圖8-2圖8-3整流環(huán)節(jié)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖8-4整流器子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表8-1整流器控制和保護子系統(tǒng)包含的模塊及作

3、用模塊名稱作用Rectifier ControllerVoltage Regulator電壓調(diào)節(jié)，計算觸發(fā)角Gamma Regulator計算熄弧角Current Regulator電流調(diào)節(jié)，計算觸發(fā)角Voltage Dependent Current Order Limiter根據(jù)直流電壓值改變參考電流值Rectifier ProtectionsLow AC Voltage Detection直流側(cè)故障和交流側(cè)故障檢測DC Fault Protection判斷直流側(cè)是否發(fā)生故障，啟動必要的動作清除故障12Pulse Firing Control產(chǎn)生同步的12個觸發(fā)脈沖表8-2逆變器控制和保護

4、子系統(tǒng)包含的模塊及作用模塊名稱作用Inverter Current/ Voltage/Gamma Controller逆變側(cè)電壓、電流、熄弧角調(diào)節(jié)，與整流側(cè)系統(tǒng)相同Inverter ProtectionLow AC Voltage Detection交流側(cè)故障檢測Commutation Failure Prevention Control減弱電壓跌落導(dǎo)致的換相失敗12Pulse Firing Control產(chǎn)生同步的12個觸發(fā)脈沖 Gamma Measurement熄弧角測量圖8-5濾波器子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖8-6直流系統(tǒng)調(diào)節(jié)特性8.1.4HVDC系統(tǒng)的起停和階躍響應(yīng)仿真1)晶閘管在0.02s時導(dǎo)通，

5、電流開始增大，在0.3s時達到最小穩(wěn)態(tài)參考值0.1p.u.，同時直流線路開始充電，使得直流電壓為1.0p.u.，整流器和逆變器均為電流控制狀態(tài)。2)在0.4s時，參考電流從0.1p.u.斜線上升到1.0p.u.(2 kA), 0.58s時直流電流到達穩(wěn)定值，整流器為電流控制狀態(tài)，逆變器為電壓控制狀態(tài)，直流側(cè)電壓維持在1p.u.(500kV)。3)在0.7s時，參考電流出現(xiàn)-0.2p.u.的變化，在0.8s時恢復(fù)到設(shè)定值。4)在1.0s時，參考電壓出現(xiàn)-0.1p.u.的偏移，在1.1s時恢復(fù)到設(shè)定值。5)在1.4s時，觸發(fā)信號關(guān)斷，使得電流斜線下降到0.1p.u.。6)在1.6s時，整流器側(cè)的觸

6、發(fā)延遲角被強制設(shè)置為166，逆變器側(cè)的觸發(fā)延遲角被強制設(shè)置為92，使得直流線路放電。7)在1.7s時兩個變換器均關(guān)斷，變換器控制狀態(tài)為0。表8-3系統(tǒng)控制參數(shù)隨時間變化表序號 時刻/s動作10電壓參考值為1pu2002變換器導(dǎo)通，電流增大到最小穩(wěn)態(tài)電流參考值304電流按指定的斜率增大到設(shè)定值407參考電流值下降02pu508參考電流值恢復(fù)到設(shè)定值610參考電壓由1pu跌落到09pu711參考電壓恢復(fù)到1pu814變換器關(guān)斷表8-3系統(tǒng)控制參數(shù)隨時間變化表916強迫設(shè)置觸發(fā)延遲角到指定值1017關(guān)斷變換器a)整流側(cè)得到的相關(guān)波形 b)逆變側(cè)得到的相關(guān)波形圖8-7 HVDC系統(tǒng)的起停和階躍響應(yīng)仿真

7、波形圖表8-4變換器控制狀態(tài)及意義狀態(tài)意義狀態(tài)意義0關(guān)斷4最大值限制1電流控制5的設(shè)定值或者常數(shù)2電壓控制6控制3最小值限制圖8-8HVDC系統(tǒng)直流線路故障仿真波形圖a)整流側(cè)得到的相關(guān)波形圖8-8HVDC系統(tǒng)直流線路故障仿真波形圖(續(xù))b)逆變側(cè)得到的相關(guān)波形a)整流側(cè)得到的相關(guān)波形 b)逆變側(cè)得到的相關(guān)波形圖8-9HVDC系統(tǒng)交流側(cè)線路故障仿真波形圖圖8-10逆變器交流側(cè)線路故障時三相電壓和電流波形圖8.2靜止無功補償器(SVC)的仿真實例8.2.1SVC的基本結(jié)構(gòu)與工作原理8.2.2Simulink中的SVC模塊介紹8.2.3SVC系統(tǒng)的仿真模擬圖8-11SVC原理圖圖8-12SVC的伏

8、安特性曲線8.2.2Simulink中的SVC模塊介紹1. SVC模塊的基本功能2. SVC模塊的控制系統(tǒng)圖8-13SVC模塊示意圖表8-5SVC模塊的輸出信號信號序號信號組信號名稱定義13Power Iabc (cmplx) Ia(pu) Ib(pu)Ic(pu)輸入SVC的相電流Ia、Ib、Ic，單位pu4ControlVm (pu)測量到的正序電壓（單位pu）5ControlB (pu)SVC的電納輸出（單位pu），正值為容性6ControlQ (pu)SVC的無功功率輸出（單位pu），正值為感性圖8-14SVC模塊功率數(shù)據(jù)參數(shù)設(shè)置對話框圖8-15SVC模塊控制參數(shù)設(shè)置對話框圖8-16S

9、VC控制系統(tǒng)框圖8.2.3SVC系統(tǒng)的仿真模擬1)00.2s時電壓源幅值為1.0p.u.。2)0.20.5s時電壓源幅值為0.94p.u.。3)0.50.8s時電壓源幅值為1.06p.u.。4)0.51.0s時電壓源幅值為1.0p.u。圖8-17具有并聯(lián)補償設(shè)備的簡單系統(tǒng)圖8-18圖8-19仿真結(jié)果圖圖8-20未加SVC裝置和加裝SVC裝置后的隨源電壓變化8.3晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)的仿真實例8.3.1TCSC基本原理與數(shù)學(xué)模型簡介8.3.2Simulink中的TCSC模塊介紹8.3.3利用TCSC提高系統(tǒng)輸電容量的仿真模擬8.3.4TCSC對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的仿真模擬圖8-21T

10、CSC模塊結(jié)構(gòu)圖8-22TCSC標幺值電抗(=/)隨變化的特性圖圖8-23TCSC模塊示意圖圖8-24圖8-25TCSC模塊參數(shù)設(shè)置對話框圖8-26500kV的電力系統(tǒng)仿真模型圖8-27利用TCSC提高系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)傳輸功率的仿真結(jié)果8.3.4TCSC對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性影響的仿真模擬(1)三相電源模型(2)三相變壓器模型(3)三相輸電線路模型(4)三相額定負載模型(5)電力系統(tǒng)故障模型1.三相短路故障仿真2.單相接地故障仿真圖8-28簡單電力系統(tǒng)圖8-29圖8-30升壓變壓器的參數(shù)設(shè)置圖8-31降壓變壓器的參數(shù)設(shè)置圖8-32三相輸電線路的參數(shù)設(shè)置圖8-33負載的參數(shù)設(shè)置圖8-34圖8-35三相電壓電流測量模塊的參數(shù)設(shè)置圖8-36觀察負載上電壓和功率波形的仿真電路圖圖8-37沒有TCSC時系統(tǒng)三相短路時負載電壓、功率波形圖圖8-38安裝TCSC時系統(tǒng)三相短路時負載電壓、功率波形圖圖8-39沒有安裝TCSC時系統(tǒng)單相接地時負載電壓、功率波形圖提問與解答環(huán)節(jié)Questions And Answers