基于Matlab系統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書.doc

湘潭大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 基于matlab系統(tǒng)的hvdc系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 建筑設(shè)施智能技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 2011550223 姓 名: 李 偉 指導(dǎo)教師:羅 培 完成日期:基于matlab系統(tǒng)的hvdc系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要高壓直流輸電（hvdc）技術(shù)在過去的幾十年中取得了巨大的成就。直流輸電技術(shù)的廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展得益于其具有高技術(shù)含量以及適應(yīng)性。該技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使得電力技術(shù)領(lǐng)域得以更進(jìn)一步。直流輸電技術(shù)隨著新材料的開發(fā)，可再生能源以及新能源的廣泛利用，電子科技，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，電力工業(yè)也會(huì)在將來有進(jìn)一步的發(fā)展。本文中介紹了高壓直流輸電（hvdc）技術(shù)，然后對該技術(shù)系統(tǒng)的基本元件和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行了總結(jié)和分析，并介紹了其歷史背景，發(fā)展過程，以及國內(nèi)和國外的應(yīng)用現(xiàn)狀。在本文中，重點(diǎn)討論了以電壓源換流器為基礎(chǔ)的高壓直流輸電（vsc-hvdc）技術(shù)，也就是柔性直流輸電，并主要從其結(jié)構(gòu)、特性、現(xiàn)狀，以及其工作原理和現(xiàn)狀進(jìn)行分析。本文著重對vsc-hvdc系統(tǒng)的原理以及基本架構(gòu)進(jìn)行分析，并利用matlab仿真建立該系統(tǒng)的模型，最后，分析仿真結(jié)果，以驗(yàn)證vsc-hvdc系統(tǒng)的合理性和通用性，。關(guān)鍵字：高壓直流輸電 柔性直流輸電 電壓源換流器 matlab仿真the design of hvdc system based on matlab systemabstract hvdc technology has made great achievements in the past few decades. since 1882, the use of the hvdc power transmission, especially in twentieth century, the rapid development of high power switching devices, to promote the rapid development of the new hvdc transmission, the hvdc is extended to the distribution network and the development of new energy sources such as wider areas. dc transmission technology is wide, high technology content, strong comprehensive technology, it not only promoted the development of power electronic technology, and with the development of computer technology, power electronic devices, the emergence of new materials, new energy development and utilization of renewable energy, will play a more important role for the development of electric power industry.this paper first introduces the hvdc technology development history and current situation at home and abroad, analyzes the basic structure and components of hvdc system, and summarizes the operation characteristics of the hvdc system. discusses the hvdc, hvdc is based on voltage source converter (vsc-hvdc). this paper analyzes the basic structure and its working principle, and establishes the simulation model of vsc-hvdc system using matlab software, through the analysis of simulation results, verify the hvdc system applicability and rationality.keyword：hvdc； flexible hvdc ；voltage source converter； matlab simulation目錄 第一章 緒論21.1 高壓直流輸電的課題背景21.2 本課題研究的主要內(nèi)容及選題的意義21.3 高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及元件21.4 高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性21.5 高壓直流輸電的歷史及其國內(nèi)外現(xiàn)狀2第二章 vsc-hvdc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理32.1 vsc-hvdc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)32.2 vsc-hvdc系統(tǒng)的工作原理32.3 vsc-hvdc系統(tǒng)的控制32.4 vsc-hvdc系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用場合3第三章 vsc-hvdc系統(tǒng)的仿真及仿真結(jié)果分析33.1 vsc-hvdc系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況仿真33.2 vsc-hvdc系統(tǒng)的三相接地故障情況仿真3第四章 總結(jié)3第1章 緒論 1.1 高壓直流輸電的課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)和電力技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展的非常龐大和復(fù)雜。電力系統(tǒng)的進(jìn)步要求電能調(diào)節(jié)要有更高的靈活性，而高效的電能調(diào)節(jié)方式又會(huì)給很多方面產(chǎn)生很多積極的影響，如電能的產(chǎn)生、傳輸和利用。高壓直流輸電技術(shù)就是產(chǎn)生于這種背景之下。 相對于交流輸電來說，高壓直流輸電的優(yōu)點(diǎn)是輸送成本低，容量大，輸送距離遠(yuǎn)，線上損耗小，輸送容量大，總體來說就是輸送效率高。除此之外，高壓交流輸電中的穩(wěn)定性的問題并沒有出現(xiàn)在高壓直流輸電中，所以，高壓直流輸電的低損耗和高穩(wěn)定性更有利于長距離的大容量輸電。而且因?yàn)楦邏褐绷鬏旊姷慕?jīng)濟(jì)性，適合兩個(gè)不同頻率的系統(tǒng)互聯(lián)，能夠遠(yuǎn)距離大功率送電等優(yōu)點(diǎn)。這些都使高壓直流輸電技術(shù)在未來的輸電系統(tǒng)中占據(jù)一席之地。對于新常態(tài)下的中國來說，高壓直流輸電在我國西電東送以及全國電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)中起到十分重要的作用。 所以，對高壓直流輸電系統(tǒng)的原理、構(gòu)成和控制技術(shù)的研究，以及對該系統(tǒng)的建模與仿真，對高壓直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性的分析有非常重要的作用，并對該系統(tǒng)將來的發(fā)展有重要的影響。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容及選題意義本課題主要研究vsc-hvdc系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理以及控制方法。廣泛應(yīng)用的電流源型換流器（csc)型hvdc系統(tǒng)采用的是晶閘管閥和直流平波電抗器，這種系統(tǒng)存在固有的缺點(diǎn)。相對于應(yīng)用較為廣泛的電流源換流器型的高壓直流輸電系統(tǒng)，電壓源換流器型的高壓直流輸電系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢如下： （1）由于開關(guān)頻率高，低次諧波大大減小，因而所需要的濾波器的容量相對較小。（2）對無功功率和有功功率能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立的控制，調(diào)節(jié)的靈活性更高。（3）由于采用pwm控制，開關(guān)頻率高，因而響應(yīng)速度快。vsc-hvdc系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代中期才開始出現(xiàn)的技術(shù)，研究它有助于我國電力事業(yè)發(fā)發(fā)展。1.3 高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) hvdc系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其基本元件將在下面描述。圖1.1 高壓直流輸電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）換流器它們完成交-直流和直-交流的轉(zhuǎn)換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構(gòu)成。閥橋包含6脈波或12脈波安排的高壓閥。換流變壓器向閥橋提供適當(dāng)?shù)燃?jí)不接地三相電壓源。大多數(shù)情況下，換流閥的正或負(fù)極接地，由于變壓器的閥側(cè)不接地，對地參考點(diǎn)可以由直流系統(tǒng)自身來建立，使得電流轉(zhuǎn)換更為便利。（2）平波電抗器 平波電抗器是指在直流回路中與換流器串接的電抗器。平波電抗器的設(shè)置和接線方式有多種。平波電抗器的主要功能包括：1）因?yàn)檎麟娐返拿}波數(shù)總是優(yōu)先的，在整流后輸出的直流電壓波形中一定存在脈動(dòng)成分，需要由平波電抗器平抑直流電壓中的諧波分量，從而減少對鄰近高頻通道的干擾，改善電磁環(huán)境。2）電抗器可以在直流電流較小的情況下保證電流不會(huì)出現(xiàn)中斷，防止因低負(fù)荷直流電流引起的電流間斷造成的過電壓現(xiàn)象3）在直流回路中出現(xiàn)短路或者逆變器換相未成功的情況下，對故障電流減小其增長速率和抑制其幅度，降低連續(xù)換相未成功造成的一極停運(yùn)的可能性4）減小換流閥由于受到過電壓而造成損壞的可能性，因?yàn)殡娍蛊骺梢詼p小線路電容和流過換流閥的放電電流，還可以避免由直流開關(guān)或者直流線路中產(chǎn)生的陡坡電流沖擊閥廳。5）調(diào)整直流側(cè)電路串聯(lián)諧振頻率，使之避開基波和二次諧波頻率。 （3) 諧波濾波器 換流器在交流和直流兩側(cè)均產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流。這些諧波可能導(dǎo)致電容器和附近的電機(jī)過熱，并干擾遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)。因此在交流側(cè)和直流側(cè)都裝有濾波裝置。 (4) 無功功率補(bǔ)償 直流換流器內(nèi)部要吸收無功功率。在穩(wěn)態(tài)條件下，所消耗的無功功率是傳輸功率的50%左右。在暫態(tài)情況下，無功功率的消耗更大。因此，必須在換流器附近提供無功電源。在強(qiáng)交流系統(tǒng)中，一般會(huì)利用并聯(lián)電容去補(bǔ)償無功功率。按照直流聯(lián)絡(luò)線和交流系統(tǒng)的要求，部分無功電源可以使用同步調(diào)相機(jī)或者靜止無功補(bǔ)償器（svc)。作為交流濾波的電容也能夠提供部分無功功率。 （5） 電極當(dāng)前，在大部分的直流聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)中，大地被用作中性導(dǎo)線。為使表面電壓的梯度和電流密度最低，導(dǎo)體需要較大的表面積以與大地相連，該導(dǎo)體即是電極。因此，可以在直流電路中利用金屬性回路的導(dǎo)體減小經(jīng)過大地的電流來對電流進(jìn)行分流。 （6） 直流輸電線 它們可以是架空線，也可以是電纜。除了導(dǎo)體的數(shù)量和間距的要求之外，直流線路和交流線路的構(gòu)成材料較為接近，并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。 （7） 交流斷路器為了排除變壓器故障和使直流聯(lián)絡(luò)線停運(yùn)，在交流側(cè)裝有斷路器。它們不是用來排除直流故障的，因?yàn)橹绷鞴收峡梢酝ㄟ^換流器的控制更快的清除。1.4 高壓直流輸電運(yùn)行特性 高壓直流輸電系統(tǒng)具有下列運(yùn)行特性： （1）功率傳輸特性 輸送的穩(wěn)定性隨著輸送容量的增長變成了制約交流輸電進(jìn)一步發(fā)展的因素之一。為了解決穩(wěn)定問題，一般采用串補(bǔ)、靜補(bǔ)、調(diào)相機(jī)、開關(guān)站等措施，有時(shí)還必須提高輸出電壓。但是這些措施增加了很多電氣設(shè)備，代價(jià)是十分昂貴的。直流輸電就沒有相位和攻角，因此就不存在穩(wěn)定問題。只需網(wǎng)損、電壓降等技術(shù)指標(biāo)符合要求，就能夠達(dá)到傳輸目的，不需要考慮穩(wěn)定問題，這不僅直流輸電的一個(gè)重要特點(diǎn)，也是它的一大優(yōu)勢。 （2）線路故障時(shí)的自我保護(hù)能力 交流線路單相接地后，它的消除過程一般需要0.4s0.8s，再加上重新合閘的時(shí)間，0.6s1s恢復(fù)。而在直流線路中，逆變、整流兩側(cè)的晶閘管在單極接地的情況下會(huì)馬上閉鎖，線路中電壓降為0，同時(shí)使得直流電流也歸零。電流無法過0的問題不存在于故障電弧熄滅中。由于單極接地問題造成的故障通常需要0.2s到0.35秒來恢復(fù)。從自我恢復(fù)能力來看，交流線路采用單相重合閘，要滿足單相瞬時(shí)未定才能夠恢復(fù)供電，直流就不存在這種限制條件。在線路故障在重合（交流）/再次啟動(dòng)（直流）中再次出現(xiàn)的情況下，交流線路會(huì)發(fā)生三相跳閘。直流線路就可以通過降壓方式來進(jìn)行第二、第三次再啟動(dòng)，消除線路故障、恢復(fù)正常運(yùn)行。如果在單片絕緣子發(fā)生損壞的情況下，必須要將交流三項(xiàng)切除，并將直流側(cè)降壓運(yùn)行，這種方式可以在很大程度上解決問題。因此，對于單極或單相瞬間接地經(jīng)常會(huì)造成線路故障（大約80%90%的故障是因?yàn)檫@個(gè)原因出現(xiàn)），直流線路具有很多優(yōu)點(diǎn)，如從故障恢復(fù)時(shí)間短，可以利用降低電壓運(yùn)行和再啟動(dòng)來解決故障，對錯(cuò)誤的響應(yīng)速度快，不受穩(wěn)定性的制約。 （3）過負(fù)荷能力 在大多數(shù)情況下，交流輸電線路的持續(xù)運(yùn)作能力較強(qiáng)，可以長時(shí)間穩(wěn)定工作。因?yàn)橄鄬τ谡］斔偷墓β?，發(fā)熱條件下限制的最大的連續(xù)運(yùn)行電流要大得多，穩(wěn)定極限往往控制著它的最大輸送容量。直流線路也具有一定的過負(fù)荷能力，受到制約的通常是換流站。一般分2h過負(fù)荷能力、10s過負(fù)荷能力跟固有過負(fù)荷能力等。前兩者葛上的直流工程分別為10%和25%，后者因環(huán)境溫度不同而不同?？偠灾?，就過負(fù)荷能力來說，交流具有更大的靈活性。直流線路如果需要更大的過負(fù)荷能力，就一定要在設(shè)備選型時(shí)預(yù)先考慮。 （4）利用直流輸電的調(diào)節(jié)作用能夠提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性 由于直流輸電系統(tǒng)的響應(yīng)速度快，因此利用其調(diào)節(jié)功能可以十分有效地提升交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而可以解決交流系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的問題。一個(gè)有名的美國交流直流并列運(yùn)行線路（bpa500kv）項(xiàng)目中，ii回，總長度為1521km的交流輸電線路的總輸送功率為2860mw，平均下來，每i回的輸送功率為1430mw。由此可見，直流輸電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著非常重要的作用。 （5）潮流和功率控制 交流輸電中需要對負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)的運(yùn)作方式進(jìn)行調(diào)度，對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這些都需要值班人員參與，但是人為的控制無法實(shí)現(xiàn)精確的控制結(jié)果，不過直流輸電可以避免這種問題，因?yàn)樗械目刂贫伎梢宰詣?dòng)完成。 （6) 短路容量 交流互聯(lián)的情況下，互聯(lián)兩端系統(tǒng)的短路容量都將增加，此時(shí)原有的斷路器的性能可能不足以滿足系統(tǒng)的要求，其結(jié)果可能是需要更新設(shè)備以滿足遮斷容量的需求。但是，直流互聯(lián)時(shí)，無論在哪里發(fā)生了故障，在直流線路上增加的電流都不是很大，所以不增加交流系統(tǒng)的短路容量。 （7）調(diào)度管理 因?yàn)橥ㄟ^直流線路互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以擁有各不相同的頻率，輸送的功率亦可保持恒定。對送端來說，整流站就相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷。對于受端而言，逆變站就類似于交流系統(tǒng)的一個(gè)電源?；ハ嘀g的干擾和影響都不大，運(yùn)行和管理簡單方便，受到了電力管理和運(yùn)行部門的歡迎。對我國目前發(fā)展的跨區(qū)域互聯(lián)、合同售電、合資發(fā)電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)非常合適。 （8）線路走廊 以500kv為標(biāo)準(zhǔn)電壓來考慮，直流輸電線路長度為40米左右，而交流線路的長度則為50米左右。但是，從輸送容量的角度來看，直流線路大于是交流線路的兩倍。線路走廊的長度略短，而且輸送容量是兩倍，所以直流輸電的傳輸效率要比交流傳輸高出兩倍還多。 1.5 高壓直流輸電的歷史及國內(nèi)外現(xiàn)狀換流技術(shù)對直流輸電技術(shù)的發(fā)展有著非常重要的作用，尤其是大功率、高電壓的換流設(shè)備的發(fā)展對其有著更為重要的影響。第一階段：汞弧閥換流時(shí)期1901年發(fā)明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有柵極控制能力的汞弧閥研制成功，它不僅可以用于整流，而且也解決了逆變問題。由此大功率汞弧閥使直流輸電成為現(xiàn)實(shí)。不過汞弧閥制造技術(shù)有著諸多缺點(diǎn)，比如維護(hù)困難、成本較高、穩(wěn)定性差、技術(shù)復(fù)雜、逆弧故障率高等，這些缺點(diǎn)制約了直流輸電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。第二階段：晶閘管閥換流時(shí)期上世紀(jì)七十年代后，在微電子領(lǐng)域中各項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)和進(jìn)步，對換流設(shè)備的改進(jìn)有了重要的影響。高壓大功率晶閘管的出現(xiàn)就是其中重要的一環(huán)，代表了一個(gè)時(shí)期的出現(xiàn)。晶閘管換流閥配合計(jì)算機(jī)控制在很大程度上提升了整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，讓整體的換流效率有了更大的提升，使得直流輸電技術(shù)有了進(jìn)一步的發(fā)展。第三階段：新型半導(dǎo)體換流設(shè)備的應(yīng)用90年代以后，絕緣柵雙極型晶體管（igbt）開始被廣泛運(yùn)用于換流設(shè)備當(dāng)中并取得很大的成功。在1997年的瑞典，世界上第一個(gè)在電壓源換流器中采用igbt的直流輸電項(xiàng)目投入使用并取得成功。北歐地區(qū)的estlink（海底電纜工程）是當(dāng)前世界上最大的輕型高壓直流輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)的出現(xiàn)也是得益于igbt的應(yīng)用。estlink標(biāo)稱的運(yùn)行電壓為，傳輸容量350mw ，電纜全長105km該工程的額定向分別為：電壓：150kv，容量350mw，電纜長度105km。我國直流輸電的發(fā)展1989年，我國自行研制的舟山直流輸電工程(士l00kv，100mw，54km)投入運(yùn)行；葛洲壩上海(葛上線)是我國的第一個(gè)高壓直流輸電工程（500kv，1200mw， 1064km） 1990年投運(yùn)。90年代下葉，開始建設(shè)三峽常州直流工程、三廣直流工程和貴廣直流工程。向家壩-上海800千伏特高壓直流輸電示范工程起于四川復(fù)龍換流站，止于上海奉賢換流站。額定輸送功率640萬千瓦，最大輸送功率700萬千瓦；直流輸電線路途經(jīng)八省市，全長約2000公里。 近期即將開工的直流輸電工程：（1） 呼盟遼寧直流工程，此工程計(jì)劃近期開工。這是我國第八個(gè)長距離、大容量高壓直流輸電工程。該工程的各直流項(xiàng)的額定值分別為：電壓：500kv，電流3ka，功率3000mw。直流線路西起內(nèi)蒙呼盟、東至遼寧沈陽，全長約908km。通過此工程，內(nèi)蒙地區(qū)的富裕能源將源源不斷地送往東北工業(yè)基地。（2） 寧東山東直流工程，這將是是我國第九個(gè)長距離、大容量高壓直流輸電工程。也是第九個(gè)西電東送的高壓直流輸電工程。該工程的各直流項(xiàng)的額定值分別為：電壓：500kv，電流3ka，功率3000mw。直流線路西起寧夏銀川、東至山東濰坊，全長約1043km。目前正處于規(guī)范書編制階段。通過此工程，西北地區(qū)的富裕能源將源源不斷地送往東部工業(yè)基地。第2章 vsc-hvdc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.1 vsc-hvdc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) vsc-hvdc系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下路所示，其基本元件將在下面介紹。圖2.1 vsc-hvdc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 vsc-hvdc的基本結(jié)構(gòu)主要是由這幾個(gè)部分設(shè)備組成：a直流電容器的部分、b六脈動(dòng)換流橋的部分、c交流側(cè)濾波器的部分和d用來保護(hù)環(huán)流器的部分的設(shè)施。換流閥由igbt元件串聯(lián)組成，每一個(gè)元件都有一個(gè)反并聯(lián)二極管。為了讓串聯(lián)元件在導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候能夠得到均勻的動(dòng)態(tài)電壓分布，配有專門的觸發(fā)設(shè)施，每個(gè)元件上海并聯(lián)有均壓回路。低電位的控制系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)換，使用光導(dǎo)纖維傳輸?shù)礁唠娢坏膇bgt上去，完成對換流閥的控制。換流閥使用去離子水進(jìn)行冷卻。直流電容器能夠給關(guān)斷電路提供一個(gè)路徑，這個(gè)路徑是低電感的，于此同時(shí)又能為潮流控制存儲(chǔ)能量，不僅如此，還可以減少直流側(cè)的諧波分量。換流電感器兩端的電壓大小確定換流器轉(zhuǎn)換的功率大小，通過改變換流橋交流側(cè)輸出電壓的相位幅值，可以對有功和無功進(jìn)行控制。換流站還可以省去換流變壓器很直流濾波器，在交流側(cè)只需要安裝小容量的高通濾波器就可以滿足濾波的要求。 2.2 vsc-hvdc系統(tǒng)的基本原理 vsc-hvdc系統(tǒng)的原理圖如下圖所示:圖2.2 柔性直流輸電單線原理圖(1)為了能夠給逆變器提供一定的電壓支持，我們給直流一側(cè)并聯(lián)了大電容，除此之外這一設(shè)置還有緩沖橋臂的關(guān)斷沖擊電流和減小直流一側(cè)的諧波等作用；(2)換流電抗器是vsc與交流側(cè)能量交換的紐帶同時(shí)也有濾波的作用(3)交流濾波器的作用是濾去交流側(cè)諧波(4)由并聯(lián)了反向二極管的igbt組成的電壓源換流器有兩個(gè)主要的作用：充當(dāng)主回路的作用以及續(xù)流和保護(hù)的作用。換流器和電網(wǎng)之間傳輸電量的有功功率p，及無功功率q，在忽略諧波分量的情況下分別為（設(shè)換流電抗器是無損耗的）: 式中，為換流器輸出電壓的基波分量；為交流母線電壓基波分量；為和之間的相角差；為換流電抗器的電抗。和分別用來決定有功和無功功率的傳輸，換流器通常采用脈寬調(diào)制（pwm）控制技術(shù)。 由換流器輸出的pwm電壓脈沖寬度控制，就是pwm的調(diào)制波相角。決定了有功功率的傳輸，控制就可以控制輸送功率的大小和直流電流的方向，m決定了無功功率的傳輸，控制m就可以控制vsc吸收或發(fā)出無功功率及其大小。尤其當(dāng)0時(shí)vsc只發(fā)出無功功率，當(dāng)時(shí)vsc以單位功率因數(shù)運(yùn)行。 2.3 vsc-hvdc系統(tǒng)的控制vsc-hvdc系統(tǒng)換流器的基本控制方式（1）定直流電壓控制方式，用來控制輸送到交流側(cè)的無功功率和直流母線電壓；（2）定直流電流（功率）控制方式，用以控制輸送到交流側(cè)無功功率和直流電流（功率）；（3）定交流電壓控制方式（適用于向無源網(wǎng)絡(luò)供電），只控制交流側(cè)母線電壓；（4）變頻率控制方式（適用于與風(fēng)力發(fā)電廠連接或黑啟動(dòng)），用來控制交流側(cè)頻率。通常對于一個(gè)兩端vschvdc系統(tǒng)，必須有一端采用定直流電壓控制方式。 2.4 vsc-hvdc系統(tǒng)的特點(diǎn)由igbt組成的電壓源換流器的高壓直流輸電具有的特點(diǎn)是：（1）可以減少換流站的設(shè)備、優(yōu)化換流站的結(jié)構(gòu)。使用由igbt組成的換流器的高壓直流輸電可以替換流站節(jié)省直流濾波器、換流變壓器、無功補(bǔ)償設(shè)施、平波電抗器、及簡化的交流濾波器，即使換流站有直流電容器和換流電抗器?？偠灾?，換流站設(shè)施減少了，結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化。對小容量低電壓的換流站來說，方便采購模塊式結(jié)構(gòu)，減少工程造價(jià)，提高可靠性，減少施工周期，經(jīng)濟(jì)上具有非常好的競爭性。 （2）由于使用了新的換流器，使得輸電工程具備了良好的運(yùn)行性能，例如兩端換流站可以快速獨(dú)立地進(jìn)行有功和無功的調(diào)節(jié)來達(dá)到交流系統(tǒng)的要求；減少系統(tǒng)的短路功率；可以向無源負(fù)荷點(diǎn)輸電，諧波性能好等。 （3）vsc-hvdc可以使用傳統(tǒng)的架空路線，但是采用地下線纜更能使效益充分發(fā)揮出來。在很多環(huán)境下電纜的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于架空線路的成本，而且使用電纜更能滿足環(huán)境的要求 （4）跟傳統(tǒng)的交流和就地發(fā)電相比來說，除了有成本優(yōu)勢以外，vsc-hvdc還能夠提供高質(zhì)量的電能。 （5） 使用可控關(guān)斷型的電力電子器件和pwm技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制。 （6）可以向無源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電。 （7）在海邊，退潮漲潮（即潮流反轉(zhuǎn)）時(shí)，雖然直流電流變的與原來相反，但是電壓的極性并不變，而且環(huán)流器不需要輔助設(shè)施或者通信，這樣的特性使它適于組建并聯(lián)的多端直流輸電系統(tǒng)。 (8)柔性直流輸電系統(tǒng)之所以能夠提高系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性和攻角穩(wěn)定性，是因?yàn)樗軌蜉斔陀泄β?，不僅如此還能實(shí)現(xiàn)無功功率的緊急支援。(9)模塊化設(shè)計(jì)大大縮短了柔性直流輸電的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期。 2.5 vsc-hvdc系統(tǒng)的應(yīng)用場合 vsc-hvdc系統(tǒng)的應(yīng)用場合如下： (1)向城市送電。隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，城市的用電量急劇增加，線路走廊發(fā)生了較大的困難，使用vsc-hvdc系統(tǒng)輸電和新型地下電纜是一種可行的方法。(2)向遠(yuǎn)方的孤立負(fù)荷點(diǎn)輸電。例如：可以代替海島上柴油發(fā)電機(jī)的不便，用vsc-hvdc系統(tǒng)與海底電纜向沿海遠(yuǎn)方的孤立小島的輸電。(3)新型環(huán)保再生能源的開發(fā)（比如低水頭小型水電站、風(fēng)力發(fā)電站）(4)應(yīng)用于相同額定頻率的交流系統(tǒng)或者不同額定頻率系統(tǒng)之間的非同步運(yùn)行； (5)直流環(huán)網(wǎng)供電 (6) 提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。第3章 vsc-hvdc系統(tǒng)仿真及仿真結(jié)果分析 3.1 vsc-hvdc系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況仿真利用matlab軟件在simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真。模型參數(shù)如下：交流系統(tǒng)參數(shù)為230kv，2000mva，50hz；整流器逆變器全部都使用igbt的三電平npc電壓源換流器，電壓源換流器參數(shù)為200mva，+/-100kvdc；調(diào)制方式是正弦脈寬調(diào)制spwm，載波頻率是基波頻率的27倍，1350hz；直流線路長度是75km，如下圖所示。圖3.1 vsc-hvdc系統(tǒng)仿真模型在穩(wěn)態(tài)情況下，也就是沒有任何擾動(dòng)的情況下，電壓源換流器交流側(cè)的電壓電流都應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，同時(shí)直流側(cè)電壓應(yīng)該類似呈一條直線。各波形圖如下。圖3.2 vsc1 交流側(cè)電壓電流 圖3.3 直流側(cè)電壓 圖3.4 vsc2的交流電壓電流3.2vsc-hvdc系統(tǒng)的三相接地故障情況仿真在t=1.5秒的時(shí)候，交流系統(tǒng)1發(fā)生了-0.1p.u.的階躍變化。在t=2.1秒的時(shí)后，換流站2的地方發(fā)生了三相接地故障。換流站2直流側(cè)功率及電壓變化和換流站1的有功無功變化如下圖所示。圖3.5 有功無功功率變化圖3.6 直流側(cè)電壓以及直流線路有功傳輸變化 圖形顯示在t=1.5秒發(fā)生階躍變化的時(shí)候，換流站1的有功和無功分別同時(shí)發(fā)生了大致為0.09p.u.和0.2p.u.的下降，但是在小于0.3秒的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到了穩(wěn)態(tài)。在t=2.1秒的時(shí)候換流站2發(fā)生三相接地故障的時(shí)后，直流功率直接中斷了，直流電壓也增加到1.2p.u.，最后在0.5秒以內(nèi)系統(tǒng)又恢復(fù)正常。3.3 vsc-hvdc系統(tǒng)的有功、無功跟直流電壓的階躍響應(yīng)的情況仿真圖3.7 有功無功功率變化圖3.8 直流側(cè)電壓 系統(tǒng)先進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。之后整流器的有功功率以及無功功率和逆變器的直流電壓相繼發(fā)生了階躍變化。在t=1.5秒的時(shí)后，第一個(gè)階躍變化是有功功率從1p.u.降到了0.9p.u.；功率在約0.3秒的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。在t=2.0秒的時(shí)候，整流器的無功功率從0變?yōu)?0.1p.u.；在t=2.5秒的時(shí)候，逆變器的直流電壓由1p.u.下降到0.95p.u.?？偡抡鏁r(shí)間為3秒。3.4 vsc-hvdc系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析 分析以上仿真結(jié)果，有下面三個(gè)結(jié)論： （1）所使用的換流器雙閉環(huán)解耦控制方法不僅結(jié)構(gòu)簡單而且具有非常優(yōu)異的性能，通過控制內(nèi)環(huán)指令電流，能夠?qū)崿F(xiàn)有功、無功功率的解耦，能夠非常方便的實(shí)現(xiàn)對vsc-hvdc系統(tǒng)的控制。（2） 建立的三種控制器模型分別滿足了vsc-hvdc系統(tǒng)對不同控制方式的要求；而且仿真結(jié)果也表明了：這種控制方法在不同的vsc-hvdc系統(tǒng)中都可以迅速地控制系統(tǒng)的潮流與穩(wěn)定，并且暫態(tài)過程中系統(tǒng)的振蕩小，就算是有如三相接地之類的嚴(yán)重故障，系統(tǒng)還是可以十分迅速的恢復(fù)正常。（3） 仿真也從理論上驗(yàn)證了vsc-hvdc系統(tǒng)擁有的傳統(tǒng)hvdc乜有的優(yōu)點(diǎn)：比如：可以獨(dú)立地控制有功與無功功率，穩(wěn)定交流母線電壓等。第4章 總結(jié)與展望 4.2總結(jié) 2015年3月，我開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，到目前為止，論文基本完成。這是一次寶貴的學(xué)術(shù)經(jīng)歷，從無從下手到初嘗勝果，以至于到最后的了然于胸，這個(gè)過程極大的鍛煉了我自身學(xué)術(shù)能力。經(jīng)過幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于迎來了檢查?；仡^看看，這段時(shí)間又艱辛和汗水，也有成功的喜悅，我的內(nèi)心有萬千的感慨，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的成果飽含著我無數(shù)的珍貴回憶和滿載的收獲。 3月初，在與羅培老師的交流討論中我的題目定了下來，是基于matlab系統(tǒng)的hvdc系統(tǒng)設(shè)計(jì)。一開始選題，開題報(bào)告敲定的時(shí)候，我仍是滿心茫然，面對海量的資料也是無從下手。我將這一困難告訴了羅老師，在羅老師細(xì)心的指導(dǎo)下，查閱了高壓直流輸電系統(tǒng)、柔性直流輸電系統(tǒng)、高壓直流輸電工程技術(shù)之后，基本決定了是研究高壓直流輸電系統(tǒng)中的柔性直流輸電，也就是本文的主要研究方向。 三月底四月初的時(shí)候，準(zhǔn)備好相關(guān)參考資料和書籍的我開始嘗試寫作論文，在這一階段，同學(xué)的交流、老師的指點(diǎn)都對我有很大的幫助。在大家的幫助下，問題一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢有了雛形。 4月底，論文的文字?jǐn)⑹鲆呀?jīng)完成。5月開始進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。為了構(gòu)建出自己滿意的仿真模型，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了simlink。在建造仿真模型初期，因?yàn)闆]有接觸過matlab軟件，覺得無從下手，雖然已經(jīng)了解系統(tǒng)的基本原理，卻不知道如何通過軟件建立仿真模型，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)和跟同學(xué)的交流，漸漸熟悉了軟件，通過查閱資料，逐漸確立仿真模型。 專注時(shí)，時(shí)間總是過得很快，不知不覺到了六月，當(dāng)我拖著疲憊的身心看著最終排版出來的時(shí)候，我為我寫出的文字、繪出的圖像而感到自豪，為了這些寶貴成果，我的一切努力和汗水都是值得的。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作過程是我的又一次