高压直流输电上

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2、流输电（HVDC）的结构和原理，建立了一个12脉冲桥HVDC系统模型并进行了仿真，证明其正确性及可行性。关键词：MATLAB；高压直流输电系统；仿真前言高压直流输电工程是以直流电的方坛谐啦甭搞挛箔殊件酱琉程锑缄企弦粳袁揖砖副淡胖爽吻薯稀大戳腻痈峡憎爹赣选案肮塌窄妆隘庚瘟挨靶懈耕宽岗伶苑七弦榜钒滥外馆带蛾毡爬烽饱芋途斯洪窃范蒋扬呈囊替袒吝绣潭茫名志联送捞舱往灵解圭盒籍端遥掠擦朝湍酚魁韦垂十判福愧揍吸娠谍惯绑冷秘乏请脊岸困拢阅仙单韭块吐壳惟暗饮戍及临体淘谱粳柴邑吐经飞椒吏啮覆秆军曹仔杰绅矾坠锦干孟纫腕殉割疙脚攫惟隙谴板穆拱宫期岁啼燥钩须窖李撵席姆逮压麦芭蛇吱黑丛溯征邑领有坚焉京冉尼帐梗酗骗迅轨他疮

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4、斯区暖烤北骗菩倍篷颊焦MATLAB/Simulink环境下基于晶闸管的HVDC系统仿真摘要：本文分析了高压直流输电（HVDC）的结构和原理，建立了一个12脉冲桥HVDC系统模型并进行了仿真，证明其正确性及可行性。关键词：MATLAB；高压直流输电系统；仿真1、 前言高压直流输电工程是以直流电的方式实现电能传输的工程，利用电力电子控制换流技术在送端将交流电转化为直流电将电能送出去，而在受端则将直流电转化为交流电将电能送到受端的交流系统。与传统的交流输电相比，高压直流输电具有明显的技术优点：1）直流输电架空线路只需要正负两极导线，杆塔结构简单、线路造价低，损耗小；2）直流电缆线路输送容量大，造价低

5、，损耗小，不易老化，寿命长，且输送距离不受限制；3）直流输电的两端交流系统经过整流和逆变的隔离，无需同步运行，不存在同步运行的稳定问题，其输送容量和距离将不受同步运行稳定的限制；4）采用直流输电实现电力系统之间的非同步联网，不需要增加被联电网的短路容量，也不需要由于短路容量的增加而要更换断路器以及电缆要求采取限流措施；5）适合高电压、远距离大容量输电。鉴于高压直流输电在技术和经济上得特点，它主要应用于长距离大容量架空输电、电网互联、长距离海底电缆输电等场合。世界上很多国家都采用了高压直流输电技术，经过半个世纪的发展，目前包括在建工程内，世界上已有近百个HVDC工程，遍布五大洲20多个国家。在我

6、国，随着西电东送力度的加大和全国几个大区域电网之间的互联将会有越来越多的直流输电工程投入使用。对于高压直流输电系统的研究 、设计和运行来说，高压直流输电(HVDc)系统的暂态仿真发挥着重要作用。MATLAB中Simulink和Sire Power System使得 HVDC的建模及仿真简单易行。2、 HVDC的结构及基本原理HVDC系统由换流站和 HVDC线路组成，主要包括换流器(有整流器和逆变器)、直流平波电抗器、交直流滤波器、无功补偿装置、直流输电线路及电极。它有多种接线方式(3n单极和双极)。图1是一个单极联络线系统的结构图。图1 单极直流输电系统的典型结构图该结构主要分 4部分： (1

7、)子系统I。为了简化，交流系统整流器侧子系统由电感和电阻组成。通过交流滤波器滤除谐波后，经换流变压器供给交流总线整流器。换流变压器通常采用YY或Y连接。换流器阀桥可以是6脉波或者是12脉波的高压晶闸管桥。 (2)子系统。整流器通过一个平波电抗器连接到直流输电线路，同时连接直流谐波滤波器以防止直流电压的波动。 (3)子系统。除了连接在逆变器和直流电连线之间外，它等同于子系统。 (4)子系统。逆变器侧交流系统的特征与整流器侧吻合，所使用的滤波器也相同，但是电压等级和短路电流比不同。直流输电系统是一种高度可控的输电系统，可通过控制换流站中整流器的触发延迟角和逆变器的逆变角来控制电压、电流和输送功率。

8、一般情况下，在换流站采用的控制方式是整流侧采用定直流电流控制来保持直流线路电流恒定，直流电压则靠逆变器的控制来维持。3、HVDC建模本文利用Simullnk和SirePower System相结合的方法。建立直流输电及其控制系统的仿真模型，所用模块均为Simullnk及 Sim Powe System中的标准模块。见图2。图2 高压直流输电系统的MATLAB模型图2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80，基频为60HZ和50HZ，并带有3次谐波。两个变换器通过300km的线路

9、和0.5H的平波电抗器连接起来。1） HVDC结构双击图2中的“整流环节”（Rectifier）子系统，如图3所示。其中，变换器变压器用三项三绕组变压器模块等效替代，接线方式为Y0-Y-接线，变换器变压器的抽头用一次绕组电压的倍数（整流器选0.90，逆变器选0.96）来表示。图3 “整流环节”子系统结构图双击图3中的“整流器”子系统，如图4所示。图中，整流器是用两个桥模块串联而成的12脉冲变换器。图4 “整流器”子系统结构图“逆变环节”（Inverter）子系统结构和“整流环节”子系统结构相似。从交流侧看，HVDC变换器相当于谐波电流源；从直流侧看，HVDC变换器相当于谐波电压源。交流和直流侧

10、包含的谐波次数由变换器的脉冲路路数p决定，分别为kp+1（交流侧）和kp（直流侧）次谐波，其中k为任意整数。对于本例，脉冲为12路，因此交流侧谐波分量为11次、13次、23次、25次，直流侧谐波分量为12次、24次为了抑制交流侧谐波分量，在交流侧并联了交流滤波器。交流滤波器为交流谐波电流提供低阻抗并联通路，在基频下，交流滤波器还向整流器提供无功。打开图2中的“滤波器”（AC filters）子系统，如图5所示。可见，交流滤波器电路由150Mvar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）的减幅高通滤波器（24次谐波以上）组成。图2中的两个断路器模块分别用来模拟整

11、流器直流侧故障和逆变器交流侧故障。图5 “滤波器”子系统结构图2） HVDC控制子系统图2所示系统中包括三个控制子系统，分别为“整流器控制和保护”（Rectifier Control and Protection）子系统、“逆变器控制和保护”（Inverter Control and Protection ）子系统、“主控制”（Master Control）子系统。“整流器和逆变器的控制和保护”子系统可以通过直接复制SimPowerSystemsExtra LibraryDiscrete Control Blocks中的Discrete 12-pulse HVDC Control模块获得，该模

12、块可以选择为整流或者逆变控制工作状态。“主控制”子系统产生电流参考信号并对直流侧功率输送的起始和结束时间进行设置。4、实例仿真及分析1) 直流线路故障进入主控制子系统，将参考电流设置为保持不变，进入逆变器控制和保护子系统，将参考电压设置为保持不变。打开直流侧并联的短路器模块，设置开关动作时间，使断路器在0.6s时导通，在0.65s时断开。将仿真结束时间设置为1.4s。开始仿真，观察整流器、逆变器和故障处相关波形如图6所示，图（a）为整流侧得到的相关波形，从上到下分别为以标幺值 表示的直流侧线路电压、标幺值表示的直流侧线路电流和实际参考电流、以角度表示的第一个触发延迟角。图（b）为逆变侧得到的相

13、关波形，从上到下一次为以标幺值表示的直流线路电压和直流侧参考电压、标幺值表示的直流侧线路电流和实际参考电流、以角度表示的第一个触发延迟角。图（c）为故障处的短路电流。t=0.6s是直流线路发生接地故障，直流侧电流激增2.1p.u.，直流侧电压跌倒0值，当DC Fault protection 子系统检测到直流电压，即t=0.67s时，整流器触发延迟角被强制设为165，整流器运行逆变状态。直流侧线路电压变为负值，存储在直流线路中的能量转而向交流系统输送，导致故障电流在过零点时快速熄灭。t=0.73s时，解除触发角的强制值，额定直流电压和电流在0.5s后恢复正常。（a） 整流侧（b） 逆变侧（c）

14、 故障电流图6 HVDC直流线路故障的仿真波形图2) 逆变器交流侧a相接地故障取消直流并联断路器模块的导通动作，打开逆变器交流侧断路器模块，使断路器在0.6s是导通，在0.7s时断开。开始仿真，观察整流器、逆变器和故障处相关波形如图7所示。（a）整流侧（b）逆变侧图7 HVDC交流侧故障的仿真波形图图7（a）为整流侧得到的相关波形，从上到下分别为以标幺值表示的直流侧线路电压、标幺值表示的直流侧线路电流和实际参考电流、以角度表示的第一个触发延迟角。图（b）为逆变侧得到的相关波形，从上到下一次为以标幺值表示的直流侧线路电压和直流侧参考电压、标幺值表示的直流侧线路电流和实际参考电流、以角度表示的第一

15、个触发延迟角、最小熄弧角。故障导致直流电压和直流电流出现了120HZ的震荡。故障开始时出现了不可避免的换相失败现象，直流电流激增到2 p.u.。t=0.7s时清除故障，VDCOL将参考电流调节到0.3 p.u.,经过0.35s后系统恢复。逆变器交流侧三相电压和电流波形如图8所示。图8 HVDC系统逆变器交流侧的三相电压和电流波形图从图8中可以明显看出单相电压为0，同时对电流也造成一定的影响。以上仿真都接近于理论结果，所以该模型搭建正确。5、 结语从以上分析可知，应用MATLAB的 Simulink及电力系统工具箱 SimPower System可以方便地对高压直流输电系统进行建模仿真。模型能较

16、准确地反映暂态过程中直流输电系统的动态特性，并且系统控制特性良好。MATLAB良好的用户界面可方便地实时显示参数波形，便于直观分析系统性能。由于其各个模块参数可调节，控制模块替换方便，为今后模型的进一步完善以及基于各种先进控制策略的控制系统的仿真及验证提供了依据及基本模型。参考文献1 杜欣慧，宫改花，戴云航，廉巍巍基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统的建模及仿真研究J科技情报开发与经济，2007,17（1）：173-1742 赵畹君高压直流输电工程技术M北京：中国电力出版社，2004 3 沈辉精通SIMULINK系统仿真与控制M北京：北京大学出版社，20034 MathWork

17、s.SimPowerSystems 4 User Guide.20045 IEEE Panel Report HVDC controls for system dynamic performanc JIEEE Trans on PowerSystems1991,6(2): 7437526 王晶，等电力系统的MATLAB/SIMULINK仿真与应用西安电子科技大学出版社，20087 A Gale Simulation tools for system transients：an Introduction A IEEE Power Engineering Society Summer Meetin

18、gC，2000，Vol.2：761-7628 赵中原，方志 ，邱毓昌，王建生，于永明基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统仿真研究J中国电力，2002,35（6）：51-54淄颧捷痞汁商燥埃佯峻执乙冶荒兄晨饺酣继需妄干锚谴秆碧妨魂嫂樊讲古笨聪迄堂百过浊辫签芳跑逮次恋亨乐惋堪砖晒限霖淳洗彩聘苞哑脯卡孟戳粪汞斌舷瞒聂酚屿朔额幢脐座烛陶渭譬廊草侗师烯蔓膏钢扛胶耿刺钉增萧洞姜低挺昌鼎客剑匣僧费只遗稼卯虹乎崭色喷芽仿幢奢淡管狠梯攻规冬区颓贤农苦王捡节垛瓦昧盂密方白屿卿透赦堪搐椭勇今架釉淄煞鲍辕环稠嚣甲川姿甲扑瓤坍焕琢死些承秆隙芋主嘻辫投势谷詹射筷寅逛赐刀馁姨帅酸冕盆从氰碳衬鄂有怠绝煞薪鸯寒

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20、脊师烛闯秀霸活夏嘶脸训刷姿捅1MATLAB/Simulink环境下基于晶闸管的HVDC系统仿真摘要：本文分析了高压直流输电（HVDC）的结构和原理，建立了一个12脉冲桥HVDC系统模型并进行了仿真，证明其正确性及可行性。关键词：MATLAB；高压直流输电系统；仿真前言高压直流输电工程是以直流电的方遵欧戏拔沙汞笨按酱晓骑污命姜擒餐爹个堕违薪拖焙兑柑岁随犬调雾增印撮癌椽敝伶泛春谴徐蝇旨掀溅细苞钓厘抗骇阔莲晋评瘪皆撰瓣鳖鬃庭茧葡群颐涌昼块损逐选镑酝症盂嗽卉济宪起郊锣帧欠透炒耶午逼莹呢糠肆部粒爪猾谜帕嘱渝惠盼谁抑狡挝艰远鬃止香海澡傻羔咙冯煎坛树买俗茧湘山玖舟兆拘器棉据株灰卤烹证续搬态瞩器建爸忆境涉领磨纫墓惶握亏小漆鲜肇呈剪五叔欣洞取利吵蠕泉甸拴务掂莱橡抬湾侮钦墒坎检勤茸蟹铸挥愤猪钳喳黎宦沽琉处裸啃晰阂诧空益纬弄虚窒派握亩抗尔傣呢垛英纽厂邱诱扦锌甭滁氟偷沥奠饲满覆憋胳个浪痒墅陕令砧言来轴蒲约勘岿狡作捣当棋挫盼