高压直流输电系统建模与仿真

1、高压直流输电系统建模与仿真【摘 要】本文介绍了高压直流输电系统的基本原理，整流测采用定电流控制方式，建立了基于MATLAB/Simulink 的高压直流输电系统仿真模型，对 高压直流输电系统正常运行时电压、电流进行仿真分析，同时通过对交流系统以及直流线路短路故障的仿真分析， 验证了所建立仿真模型的合理性。仿真结果表明，该方法能较准确地观测暂态过程高压直流输电系统的动态性能。【关键词】高压直流输电 HVDCMATLAB1模与仿真暂 态分析一、引言高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统输 电领域中应用最早同时也是较为成熟的技术。高压直 流输电由整流器、高压直流输电线路以及逆变器三部分构成。到目前

2、为止，工程上绝大部分直流输电的换流器由半控型的晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。在高压直流输电系统中有三个原因使得他的暂态过程变的非常复杂：工程实际中每个换流阀的触发角为离散变量；触发角和换相电压在高压直流输电系统的暂态过程中不断变化；长距离直流输电线路具有分布参数特性，需要考虑他的电压、电流过程。所以，如果要准确的计算直流输电系统的暂态过程，就必须 要求解包含连续变量和离散变量的常微分方程和偏微分方程。这个过程原理很简单，但是计算的工作量却 非常大 1 。传统的仿真软件主要包括微分方程和差分 方程，MATLA歆件中的Simulink给用户提供了用 方框图进行建模的

3、模型接口，和传统的仿真软件相比具有更直观、灵活和方便的优点。Simulink 中的电力系统模块库包含了多种交/ 直流电源、大量电工测量仪表和电元器件以及各种分析工具等。利用这些模块我们就可以模拟电力系统运行和故障的每个状态，从而进行仿真和分析。2本文建立了基于MATLAB的HVDC仿真模型， 整流侧采用定电流调节方式，并附加了最小触发角限制，对高压直流输电系统正常运行模式进行仿真分析，并针对逆变器交流侧发生单相接地、两相接地、三相短路故障以及直流线路发生接地故障的情形，分别进行了仿真和分析。二、HVDC系统仿真模型在 MATLAB/Simulink 环境下，利用电力系统模块(SimPowerS

4、ystem)中的仿真模块对HVDC系统及控 制器建立仿真模型。这里用双桥12 脉动晶闸管变换器实现对 HVDC系统的建模2 。其中，500kV、5000MVA 60Hz的交流系统通过1000MW的直流联络线与345kV、10000MVA 50Hz的交流系统相连。两个交流系统相角均为， 均含有 3 次谐波。 送端频率为60Hz，受端频率为50Hz。两个变换器通过300km的线路和0.5H的平波电抗器连接起来。其中线路每公里电阻值为，电感值为 0.792mH， 电容值为。四个断路器模块通过1 欧姆电阻接地，分别用来整流器直流侧故障和逆变器交流侧故障。“滤波器”子系统中，交流滤波器电路由 150Mv

5、ar 的无功补偿设备，高Q 值 ( 100) 的 11 次和 13 次单 调谐滤波器，低Q 值 ( 3) 的高通滤波器组成。整流器模型中，换流变压器采用三相绕组变压器，整流测绕组一个为星型接线，另一个为三角形接线，从而使两个六脉动换流器的交流侧得到相位差为的 换相电压。输出的直流电流换算为标幺值表示。逆变 器模型与整流器模型类似。三、HVDC&真结果分析基于所建模型，分别对系统稳态、 直流线路接地故障、 逆变侧 a 相接地故障，两相接地(a、b 相接地 )和三相接地故障的情况进行仿真，仿真时间为1.4s，结果如下。(一)稳态系统波形运行仿真后，经过观察系统启动经过一段时间后能够稳定运行。稳态后

6、，直流电压为1.0p.u., 直流电流为 1.0 p.u. o 稳态情况下，在0.7s 时刻设定电流指令值跌倒 0.8 p.u., 0.8 秒时恢复至1.0 p.u. o 直流侧电流在0.7s 开始跌落至0.8p.u. ， 0.8s 开始上升至1.0p.u. ， 实际电流值按照电流指令值响应的变化。（二）直流线路故障首先把直流侧断路打开，设置其在0.8s 时导通，0.85s 时断开，接地时间是0.05s, 接地的电阻是1 欧 姆。接下来进行故障设置，发生故障时直流侧电流会激增到2.2p.u.,直流侧电压会降为0。通过调制VDCOL勺子系统，参考电流就会下降到0.3p.u. ，所以在故障发生时，

7、直流侧仍然有电流通过。当t=0.87s 时，整流器的运行为逆变状态。在此之后直流侧电压为负值，把线路上的能量反送到交流系统，这样直接导致故障电流在通过零点时很快熄灭。当t=0.92s 时，解除触发延迟角的强制值，额定电流电压就会在0.5s 后恢复正常了。四、总结随着高压直流输电技术在电网中发挥的作用越来越重，如何提高系统运行的安全性和可靠性也成为亟待解决的问题。因此，对HVDC（统的暂稳态仿真对 电力系统的研究、规划、设计和运行等起着重要作用。本文利用MATLAB 的Simulink 及 PSB 对高压直流输电系统进行仿真，能方便准确的反应HVDC（统的稳 态特性和暂态过程的动态特性并可实时显示系统各参数的变化，且仿真时间段，仿真效果比较理性。参考文献：1 夏道止 . 电力系统分析（下册）M. 北京：水利19952 王