高壓直流輸電的建模與仿真分析

哈爾理工大畢業(yè)計（論）任書學(xué)生姓名：陳波

學(xué)號：0903010930學(xué)

院：電氣與電工程學(xué)院

專業(yè)：電氣工程及其動化任務(wù)起止時間：年2月日至2013年6月日畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：高壓直流輸電的建模與仿真分析畢業(yè)設(shè)計工作內(nèi)容：查國內(nèi)外相關(guān)參考文獻求閱讀30篇以上文獻解當(dāng)今電力系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r，及目前研究的熱點問題；對壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀進行綜述；熟并掌握高壓直流輸電的基本原理；熟Matlab中的用方法及其在電力系統(tǒng)中的實際應(yīng)用；實對高壓直流輸電系統(tǒng)的數(shù)字仿真；對真結(jié)果進行分析；撰論文，準(zhǔn)備答辯。資料：張信，趙清海.ANSYS有元分析完全自學(xué)手機械工業(yè)出版社盛霓電磁場數(shù)值分析科出版社馮章馬西奎工電磁場導(dǎo)高等教育出版社2007賀德馨風(fēng)洞天.防工業(yè)出版社，指導(dǎo)教師意見：

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哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文高壓流輸電建模仿真分摘要高壓直流輸電(具線路輸送容量大、造價低、損耗小、電力系統(tǒng)間的非同步聯(lián)網(wǎng)能力強等優(yōu)點，而且，直流輸電不存在交流輸電的穩(wěn)定問題，有利于遠距離大容量送電且由于高壓直輸電具有經(jīng)濟性好用于兩個不同頻率的系統(tǒng)互聯(lián)，能夠遠距離大功率輸電等優(yōu)點，這些都決定高壓直流輸電在將來的輸電系統(tǒng)中將起著舉足輕重的作用。對于我國來說，直流輸電技術(shù)在西電東輸以及電力系統(tǒng)全國聯(lián)網(wǎng)工程中將會起到重要的作用。在此背景下，研究HVDC的構(gòu)、運行原理及控制方法，對HVDC進建模與仿真，分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)特性等顯得非常重要。本文介紹了高壓直流輸電的歷史背景及在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r分析了高壓直流輸電的控制基本理論用中的對HVDC進行建模，并在此模型基礎(chǔ)上進行了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)、直流線路故障、逆變器交流側(cè)單相接地故障及兩相接地故障仿真相應(yīng)的仿真波形了HVDC模型的有效性和正確性。關(guān)鍵詞

高壓直輸電系；Matlab/Simulink；仿真模型；真分析-I-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文HVDCModelingAbstractHVDCtransmission(HVDC)transmissionwithlargecapacity,lowcost,lowloss,electricalnetworkingability,etc.,andthereisnoexchangeHVDCpowertransmissionstability,long-distancebulkpowerAndbecauseHVDChasgoodfordifferentfrequencieslong-distancetransmission,whichdecidedtransmissioninthewillplaydecisivecountry,transmissiontechnologyinthewesteastasnationalsysteminterconnectionwillplayimportantrole.Inthiscontext,researchHVDCstructure,operationprinciplemethods,HVDCmodelingandthedynamicisveryimportant.ThisarticledescribeshistoricalofHVDChomeabroad,theHVDCtheory,useMatlabSimulinkforHVDCinbasedonsteady-statefault,theinverterACfaultandtwo-phasegroundfaultdrawsimulationwaveformsverifyvalidityofHVDCHVDC;Matlab/Simulink;-II-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄摘.................................................................................錯誤!未找引用源............................................................................誤!未到引用。第1緒1.1課題背景1.2高壓直流輸電的發(fā)展概況國外高壓直流輸電的發(fā)展概國內(nèi)高壓直流輸電的發(fā)展概1.3高壓直流輸電的特點經(jīng)濟互聯(lián)控制1.4高壓直流輸電的缺點1.5高壓直流輸電研究的熱點問題第2高壓直流輸電控制基本原.2.1高壓直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)2.2高壓直流輸電控制原理2.3高壓直流輸電控制方式換流器觸發(fā)控換流變壓器控2.4高壓直流輸電控制系統(tǒng)基本組成換流器出發(fā)控制基本組換流變壓器分接頭控制基本組第3章高壓直流輸電基本構(gòu)成和工作原.3.1直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成方式單極系雙極系背靠背直流系3.2高壓直流輸電的基本結(jié)構(gòu)與工作原理高壓直流輸電系統(tǒng)進本結(jié)構(gòu)與工作原......................................19基于晶閘管的脈動換流單.第4高壓直流輸電仿真模型的建立與結(jié)果分.4.1高壓直流輸電仿真模型的建立線路的參-III-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文整流環(huán)節(jié)簡逆變環(huán)節(jié)簡濾波器子系統(tǒng)簡4.2仿真結(jié)果分析穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)波直流線路故逆變側(cè)單相接地故逆變側(cè)兩相接地故逆變側(cè)兩相短路故逆變側(cè)三相短路故結(jié)致參考文附錄A附錄B................................................................................................................44-IV-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第章緒論1.1課題景隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)高速長電需求日益旺盛電工業(yè)的發(fā)展速度加快。年新增發(fā)電裝機容量505GW，全國發(fā)電總裝機容量達到440GW；年增發(fā)電裝機容量約70GW全國發(fā)電總裝機容量突破500GW計到年年，全國發(fā)電總裝機容量將分別達到700GW和1200GW。新增電力裝機有很大數(shù)量在西部大水電基地和北部的火電基地。這些集中的大電站群裝機容量大，距離負荷中心遠。如金沙江的溪洛渡、向家壩水電廠，總裝機容量達到計送電到距電廠1000～2000km的中華東地區(qū)云的水電有約容量要送到外廣東；籌劃中的陜西、山西、寧夏、內(nèi)蒙古的大火電基地將送電到華北和華東的負荷中心近約1000km超[1]

。在這種背景下，要求輸電工程具有更高的輸電能力和輸電效率，實現(xiàn)安全可靠、經(jīng)濟合理的大容量、遠距離送電。特高壓直流輸電是滿足這種要求的關(guān)鍵技術(shù)之一。1.2高壓流輸電的發(fā)展況國外高直輸?shù)恼箾r世界上最早的直流輸電是用直流發(fā)電機直接向直流負荷供電。年，法國物理學(xué)家德普勒用裝設(shè)在米斯巴赫煤礦中的直流發(fā)電機，～2.0kV電壓，沿米的電報線路，把電力送到在慕尼黑舉辦的國際展覽會上，完成了有史以來的第一次直流輸電實驗。年采用直流發(fā)電機串聯(lián)的方法，將直流輸電的電壓、功率和距離分別提高125kV20MV和225km。由于直流電源和負荷均采用串聯(lián)方法，運行方式復(fù)雜，可靠性差，因此直流輸電在當(dāng)時沒有得到進一步發(fā)展。隨著三相交流發(fā)電機、感應(yīng)電動機和變壓器的迅速發(fā)展，直流輸電很快被交流輸電所取代。直到世紀50代大功率汞弧閥的問世流輸電技術(shù)才真正在工程中得到應(yīng)用。但汞弧閥制造技術(shù)復(fù)雜、價格昂貴、逆弧故障率高，可靠性較低、運行維護不變，使直流輸電的發(fā)展仍然受到限制。1954瑞典投入世界上第一個工業(yè)性直流輸電工程起到1977最后一個采用汞弧閥的直流輸電工程建成止世界上也僅有12采用汞弧閥的直流輸電工程投入運行20世紀70年代后，電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)迅速發(fā)展，高壓大功率晶閘管、微機控制和保護、光電傳輸技術(shù)、水冷技術(shù)、氧化鋅避雷器等新技術(shù)，在直流輸電工程中得到了廣泛應(yīng)用使直流輸電技術(shù)得到了較快的發(fā)展1954年～2000年，全世界投入的高壓直流輸電工程總數(shù)近個，總?cè)萘砍^70000MW.其中～直流輸電工程有多條流輸電工程輸送總?cè)萘康哪昶骄鲩L率在～年為460MW/年19761980-V-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文為1500MW/年，～年為2096MW/年，年后的增長率更大。國內(nèi)高直輸?shù)恼箾r世60年代開始，國內(nèi)制造和運行部門的研究單位開始對直流輸電進行實驗室研究1974年在西安高壓電器研究所建成一個200A1.7MW采用6脈換流器的背靠背換流試驗站1977年上海利用楊樹浦發(fā)電廠到九龍變電所之間報廢的交流電纜，建成了一個采用6脈換流器的150A、直流輸電實驗工程以工作為我國直流輸電工程的發(fā)展打下了基好了技術(shù)準(zhǔn)[。年全部采用國內(nèi)技術(shù)的舟山直流輸電工程投入運行此直流輸電開始在我國得到了應(yīng)用和發(fā)展，到年我國已有個直流輸電工程投入運[這些工程主要參數(shù)見表。表1-1我已建成的直流工程序號

工程名稱舟山

電壓（kV）-100

功率

距離(

投年份

備注

葛洲壩—南橋天生橋—廣州嵊泗龍泉——政平

120010451800960603000860

極1極2極1極2極1極2

荊州——惠州安順——肇慶

靈寶

背背

宜都——華新興仁——深圳

-VI-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文

高嶺

1500

背背

云南——廣東向家壩—上海

5000140064002000

極1極2極1極2（舟山直流輸電工程。本工程是我國第一個全部依靠自己的力量建設(shè)的直流輸電工程，它解決了浙江大陸向舟山本島的輸電問題，同時具有向建設(shè)大型直流輸電工程的工業(yè)性實驗性質(zhì)。1987年進行調(diào)試并投入運行，年式投入商業(yè)運行，年對設(shè)備進行了更新和改造采用微機型控制保護裝置取代了原來的數(shù)控型增加潮流反送的功能，使舟山工程具有雙向供電的能力。）葛洲壩南橋直流輸電工程。該工程設(shè)計和全部設(shè)備由國外承包商承擔(dān)。由原BBC公總承包，西門子公司提供南橋換流站的全部一次設(shè)備。是我國第一個遠距離直流輸電和聯(lián)網(wǎng)工程。葛洲—南橋直流輸電工程為雙極、、1200MW輸距離整站在葛洲壩水電站附近的葛洲壩換流站變站在上海的南橋換流站。1989年9月極投運行；年月全部工程建成，并投入商業(yè)運行。（天生橋——州直流輸電工程。該工程西起天生橋水電站附近的馬窩換流站，東至廣州的北郊換流站，輸電距離，用、、。工程于200012月極投入運行年程全部建成。（嵊泗直流輸電工程。嵊泗直流輸電工程是我國自行設(shè)計和建造的雙極海底電纜直流工程。工程為雙極，±50kV、、，可雙向送電。（龍泉征直流輸電工程。本工程是三峽水電站向華東電網(wǎng)的第一個送電工程，工程為雙極500kV、、。全長，程于年12月極入運行年5全部建成。（荊州惠直流輸電工程。本工程是三峽水電站向廣東的送電和實現(xiàn)華中和華南電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)工程。工程為雙極±500kV、3000A3000MW。直流架空線路從湖北的荊州換流站到廣東的惠州換流站，全長960km2004年2月投入運行，月雙極全部建成。（安順肇直流輸電工程。本工程是云南貴州的電力東送工程，直流架空線路由貴州的安順換流站到廣東的肇慶換流站，全長。工為極、、3000MW年6月成。（寶靈背靠背直流工程。本工程實現(xiàn)華中與西北兩大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，其主要參數(shù)為直流、360MW3000A。換流站設(shè)備全部采用國產(chǎn)設(shè)備，工程已于年建成。（宜都華直流輸電工程。本工程是三峽水電站向華東電網(wǎng)的第二個送電工程。全長，額定參數(shù)與龍——征平直流輸電工程相同年投入運行。）興仁—深圳直流輸電工程。本工程是貴—廣東第2回直流工程，全-VII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文長，工程為雙±500kV、、3000MW，年運。11）高嶺背靠背直流輸電工程。本工程是華北和東北兩00kV電之間的聯(lián)網(wǎng)工程。本工程為雙極±125kV、3000A、兩組750MW換器，總?cè)萘?500MW與2008年底建成投運。已成為世界上最大的背靠背換流站，最終容量為。設(shè)備全部由國內(nèi)提供。此外，為實現(xiàn)西南水電以及大型火電基地電力送出，±800kV云南——廣東直流輸電工程，額定容量5000MW輸電距離1400km±800kV家壩上海直流輸電工程，額定容量6400MW輸電距離。兩個工程均于2009年成第一極，年全部建成。1.3高壓流輸電的特點直流輸電由于自身的結(jié)構(gòu)及性能，具有以下特：經(jīng)濟性高壓直流輸電的合理性和適用性在遠距離大容量輸電中已得到明顯的表現(xiàn)。由于直流輸電線路的造價和運行費用比交流輸電低，而換流站的造價和運行費用均比交流變電所要高。因此對于同樣輸電容量，輸送距離越遠，直流比交流的經(jīng)濟型越好。如下圖可以看出當(dāng)輸電距離大于等價距離時，直流輸電的經(jīng)濟性優(yōu)勢便可以體現(xiàn)出來，并且輸電距離越遠其經(jīng)濟性越好。在實際應(yīng)用中，對于架空線路此等價距離為，電纜線路等價距離則可以降低至。另一方面，直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)使得其工程可以按照電壓等級或級數(shù)分階段投資建設(shè)。這也同樣體現(xiàn)了高壓直流輸電經(jīng)濟性方面的特點?；ヂ?lián)性交流輸電能力受到同步發(fā)電機間功角穩(wěn)定問題的限制，且隨著輸電距離的增大，同步機間的聯(lián)系電抗增大，穩(wěn)定問題更為突出，交流輸電能力受到更大的限制。相比之下，直流輸電不存在功角穩(wěn)定問題，可在設(shè)備容量及受段交流系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)，大量輸送電力。交流系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)擴，會造成短路容量的增大，許多場合得不更斷路器，而選擇合適的斷路器又十分困難。而采用直流對交流系統(tǒng)進行互聯(lián)時，不會造成短路容量的增加，也有利于防止交流系統(tǒng)的故障進一步擴大。因此對于已經(jīng)存在的龐大交流系統(tǒng)，通過分割成相對獨立的子系統(tǒng)，采用高壓直流互連，可有效減少短路容量，提高系統(tǒng)運行的可靠性。直流輸電所連兩電網(wǎng)無須同步運行，原因是直流輸電存在傳無功問題，兩側(cè)的系統(tǒng)之間沒有無功的交換，也不存在交流系統(tǒng)中頻率的問題。由于直流輸電的這個特性，它可以實現(xiàn)電網(wǎng)的非同步互連。進而也可實現(xiàn)不同頻率交流電網(wǎng)的互連，起到頻率變換器的作用?？刂菩灾绷鬏旊娏硪粋€重要特點是潮流快速可控，可由于鎖鏈交流系統(tǒng)的穩(wěn)定與頻率控制。直流輸電的換流器為基于電力電子器件構(gòu)成的電能控制電路，因此其對電力潮流的控制迅速而精確。且對于雙端直流輸電而言，可迅速實現(xiàn)潮流的反轉(zhuǎn)。潮流反轉(zhuǎn)有正常運行中所需要的慢速潮流反轉(zhuǎn)和交流系統(tǒng)發(fā)生故障需要緊急功率支援時的快速-VIII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文潮流反轉(zhuǎn)。其迅速的潮流控制對于所連交流系統(tǒng)的穩(wěn)定控制，交流系統(tǒng)正常運行過程中應(yīng)對負荷隨機波動的頻率控制及故障狀態(tài)下的頻率變動控制都能發(fā)揮重要作用。1.4高壓流輸電的缺點（換流站設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價高、損耗大、運行費用高；換流站比變電站投資大。直流輸電環(huán)節(jié)中的換流站的設(shè)備比交流變電站復(fù)雜，除換流變外，還有可控硅換流器，以及換流器的其他附屬設(shè)備，這些設(shè)備的造價都非常高昂，因此換流站的投資高于同等容量的交流變電站。（）換流器產(chǎn)生大量諧波。換流器對交流側(cè)來說，除了是一個負荷（在整流側(cè)）或電源（在逆變站）以外，它還是一個諧波電流源。它畸變交流電流波形，向交流系統(tǒng)發(fā)出一系列的高次諧波電流，同時也畸變了交流電壓波形。為了減少流入交流系統(tǒng)的諧波電流，保證換流站交流母線電壓的畸變率在允許的范圍內(nèi)，必須裝設(shè)交流濾波器。另外，換流器對直流側(cè)來說，除了是一個電源（在整流側(cè)）或負荷（在逆變站）以外，它還是一個諧波電壓源。它畸變直流電壓波形、向直流側(cè)發(fā)出一系列的諧波電壓，在直流線路上產(chǎn)生諧波電流。為了保證直流線路上的諧波電流在允許范圍內(nèi)，在直流側(cè)必須裝設(shè)平波電抗器和直流濾波器。（3流無功消耗量大流吸收無功功率30%50%Pd(整流器～60%逆變器)（表示輸電線路傳輸?shù)墓β剩Ｓ纱丝磥黼m然直流輸電線路理論上不消耗無功功率，但是總體來說高壓直流輸電還是要消耗大量無功功率的，換流站中的換流器會消耗大量無功，因此必須在換流站中進行無功補償，這是換流站造價遠高于同容量的交流變電站的一個直接原因。（4在某些運行方式下，對地下（或海中）物體產(chǎn)生電磁干擾和電化學(xué)腐蝕。（5直流斷路器DCbreaker）造價高，技術(shù)復(fù)雜。在交流系統(tǒng)中，電流每周波有兩次自然過零點交斷路器就是充分利用此時機熄滅電弧成質(zhì)恢復(fù)。而直流系統(tǒng)不存在自然過零點。因此，開斷直流電路就要困難許多。因此，直流斷路器的造價往往高于交流斷路器，并且其穩(wěn)定性能不如交流斷路器。直流斷路器的制造工藝及其性能直接影響高壓直流輸電的容量與形式，在直流多站系統(tǒng)中，為建立直流系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)，需要性能更好的直流斷路器[

。1.5高壓流輸電研究的點問題高壓直流輸電已經(jīng)成為我國電網(wǎng)的重要組成部分，國內(nèi)目前研究的高壓直流輸電熱點問題有：（1）高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析。（2）特高壓直流輸電系統(tǒng)孤島運行研究。（3）高壓直流輸電換相失敗故障診斷研究。（4）高壓直流輸電中的諧波分析。（5）高壓直流輸電系統(tǒng)次同步震蕩阻尼特性研究。（6）高壓直流輸電線路故障解析與保護研究。（7）新型換流變壓器在直流輸電系統(tǒng)中運行特性的研究。-IX-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第2章高直流輸控制基原理2.1高壓流輸電控制系分層結(jié)構(gòu)高壓直流輸電控制系統(tǒng)是保證直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵[。壓直流輸電控制系統(tǒng)根據(jù)功能、優(yōu)先級等原則將所有控制環(huán)節(jié)劃分為不同的等級層次。采用分層結(jié)構(gòu)利于對復(fù)雜的高壓直流輸電控制系統(tǒng)進行分析、提升運行系統(tǒng)維護和操作的靈活性并降低了單個控制環(huán)節(jié)發(fā)生故障對系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)的影響，增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。

圖2-1高直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)高壓直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)如圖所，分為系統(tǒng)控制、雙極控制、極控制、換流器控制、單獨控制以及換流閥控制幾部分。高壓直流輸電系統(tǒng)控制作用于換流站，換流站通過雙極控制環(huán)節(jié)控制正負兩個換流極，每個換流極通過極控制實現(xiàn)正常運行。極控制包括換流器控制及單獨控制，換流器控制環(huán)節(jié)控制換流閥的運行狀態(tài)實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換，換流閥控制與單獨控制作用于被控對象，如晶閘管、換流變壓器等設(shè)備。各層的控制作用采用單向傳遞方式，高層次等級控制低層次等級。系統(tǒng)控制級是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的最高層次等級，其主要功能為通過通信系統(tǒng)上傳直流輸電系統(tǒng)運行參數(shù)并接收電力系統(tǒng)調(diào)度中心運行指令，根據(jù)額定功率指令對各直流回路的功率進行調(diào)整和分配以保持系統(tǒng)運行在額定功率范圍內(nèi)，實現(xiàn)潮流反轉(zhuǎn)控制以及功率調(diào)制、電流調(diào)制、頻率控制、阻尼控制等控制方式，當(dāng)出現(xiàn)故障或特殊情況時還可以進行緊急功率支援控制。-X-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文雙極控制級的主要功能是同時控制并協(xié)調(diào)高壓直流輸電系統(tǒng)的正負極運行，根據(jù)系統(tǒng)控制級輸出的功率指令，計算分配正負極的功率定值并在運行過程中控制功率的傳輸方向，平衡正負極電流并控制交直流系統(tǒng)的無功功率、交流系統(tǒng)母線電壓等。極控制級根據(jù)雙極控制系統(tǒng)輸出的功率指令，計算輸出電流值，并將該電流值作為控制指令輸出至換流器控制級進行電流控制，控制正極或負極的啟動、停運以及故障處理。極控制級還可以實現(xiàn)不同換流站同極之間的電流指令值、交直流系統(tǒng)運行狀態(tài)、各種參數(shù)測量值等信息的通信等。換流器控制級的主要功能是控制換流器的觸發(fā)以保持系統(tǒng)正常運行，并根據(jù)實際運行要求實現(xiàn)定電流控制、定電壓控制等控制方式。換流器是高壓直流輸電系統(tǒng)實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換的重要設(shè)備，換流器觸發(fā)控制通過調(diào)整換流器觸發(fā)角控制高壓直流輸電交直流轉(zhuǎn)換過程并保證高壓直流輸電系統(tǒng)輸出預(yù)期的功率或直流電壓，對高壓直流輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要作用。因此換流器觸發(fā)控制是換流器控制級的核心部分，是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容。單獨控制級的主要功能是控制換流變壓器分接頭檔位切換以調(diào)節(jié)換流變壓器輸出電壓，并監(jiān)測和控制換流單元冷卻系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、交直流開關(guān)場斷路器、濾波器組等設(shè)備的投切狀態(tài)。單獨控制級的核心部分是換流變壓器分接頭控制，換流變壓器分頭控制通過調(diào)整換流變壓器的換流閥側(cè)(稱閥側(cè))電壓保持高壓直流輸電系統(tǒng)換流器觸發(fā)角或直流電壓的穩(wěn)定，提高高壓直流輸電系統(tǒng)的運行效率。由于換流變壓器在高壓直流輸電系統(tǒng)中起到隔離交直流系統(tǒng)的作用，并對高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要作用。因此，換流變壓器分接頭控制是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容。換流閥控制級將換流器控制級輸出的觸發(fā)角信號轉(zhuǎn)換為觸發(fā)脈沖來控制換流器中晶閘管的導(dǎo)通關(guān)斷，并監(jiān)測晶閘管等元件的運行狀態(tài)，生成顯示、控制、報警等信號。根據(jù)上述高壓直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)的分析可知，換流器觸發(fā)控制與換流變壓器分接頭控制是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的核心組成，對高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有關(guān)鍵性作用。因此，針對換流器觸發(fā)控制與換流變壓器分接頭控制進行仿真建模是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的重要研究內(nèi)容。2.2高壓流輸電控制原為便于分析高壓直流輸電系統(tǒng)的控制原理，根據(jù)直流輸電原理做出高壓直流輸電系統(tǒng)等效電路，如圖所示，等效電路包括整流器、直流輸電線路和逆變器三部分，整流器將交流電流轉(zhuǎn)換為直流電流,通過直流輸電線路送至逆變器轉(zhuǎn)換為交流電便于后續(xù)研究，以N點界將高壓直流輸電等效電路分為兩部分N左側(cè)為整流側(cè)，N點側(cè)包括輸電線路和逆變(稱逆變側(cè)根基爾霍夫定律分析等效電路可知：-XI-

dr3i哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文dr3i

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U

doi整器

逆器圖高壓直流輸電系統(tǒng)等效電路圖直流電流:UcoscosIdordoidxr1xi

（3-1）整流側(cè)伏安特性：d

dr

d

xr

（3-2）逆變側(cè)伏安特性：Uddi

doi

(ddxi1

（3-3）其中，

和

與交流系統(tǒng)電勢相關(guān)：式中，

3EU-整流側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載電壓，

（3-4）-逆變側(cè)換流變壓器閥側(cè)空載電壓，-整流器直流電壓，

-逆變器直流電壓，

整流側(cè)觸發(fā)，-逆變側(cè)超前觸發(fā)角，

-整流器換相電抗，

-逆器換相電抗，

-直流輸電線路等值電阻，

-整流側(cè)交流系統(tǒng)電勢，-逆變側(cè)交流系統(tǒng)電勢。在公式3-1中，、和為恒定值，因此直流電壓、直流電流的大小僅與和有關(guān)。因此，高壓直流輸電控制系統(tǒng)主要通過調(diào)節(jié)換流器觸發(fā)角以及整流側(cè)和逆變側(cè)交流系統(tǒng)電勢來控制高壓直流輸電系統(tǒng)的直流電壓及電流[。2.3高壓流輸電控制方基于高壓直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)及控制原理分析可知，換流器觸發(fā)控制與換流變壓器分接頭控制是高壓直流輸電系統(tǒng)的主要控制方式，換流器觸發(fā)控制通過調(diào)節(jié)換流器觸發(fā)角控制換流器的運行狀態(tài)，換流變壓器分接頭控制通過調(diào)節(jié)換變壓器分接-XII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文頭位置控制整流側(cè)與逆變側(cè)交流系統(tǒng)電勢，保證高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運[9]。換流器發(fā)制由上述直流輸電控制基本原理分析可知，換流器觸發(fā)角是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的重要控制量?？刂葡到y(tǒng)通過分別調(diào)節(jié)整流側(cè)和逆變側(cè)換流器觸發(fā)角玟和口實現(xiàn)對直流電壓及直流電流的控制作用。換流器觸發(fā)控制方式響應(yīng)速度很快，調(diào)節(jié)時間一般為～，且調(diào)節(jié)范圍較大，是高壓直流輸電系統(tǒng)的主要控制方式。當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)因擾動或故障引起電壓電流快速變化時，換流器觸發(fā)控制發(fā)揮快速調(diào)節(jié)作用使系統(tǒng)恢復(fù)正常，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況時換流器觸發(fā)控制可以提前將觸發(fā)角置于預(yù)定值以保證系統(tǒng)運行的安全可靠。換流變器制整流側(cè)和逆變側(cè)交流系統(tǒng)電勢是高壓直流輸電控制系統(tǒng)的另一重要控制量，高壓直流輸電控制系統(tǒng)通過分別調(diào)節(jié)整流側(cè)和逆變側(cè)換流變壓器分接頭位置來調(diào)節(jié)整流側(cè)和逆變側(cè)交流系統(tǒng)電勢，的，實現(xiàn)對高壓直流輸電系統(tǒng)換流器觸發(fā)角或直流電壓的控制。換流變壓器分接頭控制方式響應(yīng)速度比較緩慢，通常分接頭位置調(diào)節(jié)一次時間為～10s，并且由于變壓器的分接頭位置以及變壓器設(shè)備本身的容量等限制使得換流變壓器分接頭控制的調(diào)節(jié)范圍較小，是直流輸電系統(tǒng)的輔助控制方式。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生快速的暫態(tài)變化時由換流器觸發(fā)控制作用，換流變壓器分接頭調(diào)節(jié)不參與調(diào)節(jié)過程；當(dāng)系統(tǒng)電壓發(fā)生較長時間的緩慢變化或由于換流器觸發(fā)控制調(diào)節(jié)導(dǎo)致觸發(fā)角長時間超出額定范圍時，換流變壓器分接頭控制發(fā)揮調(diào)節(jié)作用使系統(tǒng)逐漸恢復(fù)正常運行狀態(tài)。換流器觸發(fā)控制與換流變壓器分接頭控制相互配合，保證高壓直流輸電系統(tǒng)穩(wěn)定運行及發(fā)生故障時控制系統(tǒng)的快速調(diào)節(jié)作用，改善并提高高壓直流輸電系統(tǒng)的運行性能及效率。2.4高壓流輸電控制系基本組成高壓直流輸電控制系統(tǒng)通過控制換流器觸發(fā)角及換流變壓器分接頭，保證直流輸電系統(tǒng)的正常運行及發(fā)生故障時的快速恢復(fù)。換流器發(fā)制本成換流器觸發(fā)控制主要由觸發(fā)角控制、電流控制、電壓控制及裕度控制組[12]。觸發(fā)角控制包括整流側(cè)最小觸發(fā)角控制和逆變側(cè)最大觸發(fā)角控制，電流控制包括電流限制控制和定電流控制，電壓控制也稱為定電壓控制。（1整流側(cè)最小觸發(fā)角控制換流器由多個晶閘管構(gòu)成換流橋?qū)崿F(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換，如果系統(tǒng)運行時換流器觸發(fā)角過小，導(dǎo)致加在晶閘管上的詎向電壓過低將會引起晶閘管導(dǎo)通的同時性變差，影響換流器的正常導(dǎo)通特性，不利于換流過程的穩(wěn)定。因此需要設(shè)定最小觸發(fā)角控制以保證換流閥的正常運行。當(dāng)整流側(cè)交流系統(tǒng)發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)將減小觸發(fā)角至最小值以降低故障對直流功率的影響，當(dāng)交流系統(tǒng)故障清除電壓恢復(fù)后，如果觸發(fā)角過小將會出現(xiàn)過電流引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，需要設(shè)置合適的最小觸發(fā)角限制值。（2逆變側(cè)最大觸發(fā)角控制為了避免系統(tǒng)出現(xiàn)特殊情況時，由于控制系統(tǒng)中的控制器超調(diào)引起逆變側(cè)觸發(fā)角-XIII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文過大致熄弧角太小發(fā)換相失敗制統(tǒng)需要設(shè)置變側(cè)大發(fā)限控制。（3電流限制控制為了避免系統(tǒng)發(fā)生故障或受到擾動時，導(dǎo)致直流電流迅速下降至零引起系統(tǒng)輸送功率中斷，控制系統(tǒng)設(shè)置最小電流限制控制。并且需要考慮系統(tǒng)的過負荷能力、降壓運行等特殊運行工況，控制系統(tǒng)設(shè)置最大電流限制控制以保證系統(tǒng)安全。（4定電流控制定電流控制是換流器的基本控制方式，用來控制直流輸電穩(wěn)態(tài)運行電流以及實現(xiàn)直流輸送功率、各種直流功率的調(diào)節(jié)控制以改善交流系統(tǒng)的運行性能。當(dāng)直流輸電系統(tǒng)發(fā)生故障時，定電流控制可以快速的限制暫態(tài)故障電流以保護晶閘管換流閥和其它設(shè)備，保證系統(tǒng)運行的安全性。因此，定電流控制器的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能對直流輸電控制系統(tǒng)性能具有關(guān)鍵性作用。（5定電壓控制定電壓控制是換流器的基本控制方式，用來保持直流電壓的穩(wěn)定運行并在降壓運行狀態(tài)時調(diào)節(jié)換流器觸發(fā)角以保持直流電流恒定。在實際高壓直流輸電系統(tǒng)中，整流側(cè)采用定電壓控制來減小因線路故障或整流器故障引起的過電壓對高直流輸電系統(tǒng)運行的影響，逆變側(cè)采用定電壓控制來保證直流電壓穩(wěn)定。（6裕度控制高壓直流輸電系統(tǒng)正常運行時，整流側(cè)和逆變側(cè)分別通過定電流控制和定電壓控制實現(xiàn)對直流電流和直流電壓的控制。為了避免整流側(cè)和逆變側(cè)的定電流控制同時作用引起控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，設(shè)置整流側(cè)定電流控制的電流整定值比逆變側(cè)電流整定值大一個電流裕額，根據(jù)實際高壓直流輸電系統(tǒng)運行經(jīng)驗，電流裕額為額定電流值的10。同理，為了避免整流側(cè)和逆變側(cè)的定電壓控制同時作用，逆變側(cè)定電壓控制的電壓整定值比整流側(cè)電壓整定值小一個電壓裕額，電壓裕額為直流輸電線路的電壓降。換流變器接控基組換流變壓器分接頭控制通過調(diào)整高壓側(cè)分接頭位置來改變交流側(cè)電勢。換流變壓器分接頭控制主要用于保持換流器觸發(fā)角或直流電壓處于參考值附近，提高高壓直流輸電系統(tǒng)運行效率并保護換流設(shè)備。換流變壓器分接頭控制分為定角度控制和定電壓控制。（1定角度控制定角度控制用于保持換流器觸發(fā)角處于參考范圍內(nèi)。當(dāng)整流側(cè)或逆變側(cè)交流系統(tǒng)因發(fā)生故障導(dǎo)致交流電壓發(fā)生變化時，整流側(cè)和逆變側(cè)換流器觸發(fā)控制將增加或減小觸發(fā)角以保持直流電壓、直流電流穩(wěn)定，但是整流側(cè)觸發(fā)角過大將會降低整流器的功率因數(shù)、增加無功消耗，觸發(fā)角過小將引起過電流危害高壓直流輸電系統(tǒng)的安全，逆變側(cè)觸發(fā)角過大將會引起逆變側(cè)發(fā)生換相失敗，觸發(fā)角過小將導(dǎo)致逆變側(cè)進入整流狀態(tài)，不利于高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此換流變壓器分接頭控制檢測換流器觸發(fā)角與參考值之間的誤差，當(dāng)誤差值超過一定范圍時調(diào)整分接頭位置使觸發(fā)角恢復(fù)到參考范圍內(nèi)。換流變壓器分接頭控制采用定角度控制方式時，補償了定電壓控制產(chǎn)生的不利影響，但是由于實際電網(wǎng)中功率、電壓的調(diào)節(jié)比較頻繁，將會導(dǎo)致分接頭動作次數(shù)增加。（2定電壓控制-XIV-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文定電壓控制用于保持直流電壓處于參考范圍內(nèi)，基本調(diào)節(jié)原理與定角度控制類似。檢測直流電壓與參考電壓之間的差值，當(dāng)差值超過一定范圍時，換流變壓器分接頭控制調(diào)節(jié)分接頭位置以保持直流電壓為額定值。定電壓控制方式調(diào)節(jié)分接頭動作次數(shù)較少，但是由于定電壓控制方式需要保持直流電壓恒定，將會導(dǎo)致?lián)Q流器觸發(fā)角的調(diào)節(jié)幅度增大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定高效運行。根據(jù)實際高壓直流輸電工程換流變壓器分接頭控制的運行情況及換流變壓器分接頭控制原理的分析，通常整流側(cè)換流變壓器分接頭控制采用定角度控制，逆變側(cè)換流變壓器分接頭采用定電壓控制，保證高壓直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行并增強控制系統(tǒng)性能。-XV-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第高壓直輸電基構(gòu)成和作原理高壓直流輸電系統(tǒng)由一次側(cè)電氣系統(tǒng)與二次側(cè)控制系統(tǒng)組成。其中，一次側(cè)電氣系統(tǒng)包括換流變壓器、交流濾波器及無功補償裝置、換流站、直流濾波器、平波電抗器直流輸電線路等電氣元件二次側(cè)控制系統(tǒng)主要用于控直系統(tǒng)的動流傳輸容量、換流器閉鎖解鎖、故障后的恢復(fù)與運行。3.1直流電系統(tǒng)的構(gòu)成式直流系統(tǒng)的構(gòu)成可以分為二端和多端兩大類，我們研究的主要是二端直流系統(tǒng)，它的構(gòu)成方式主要可以分為單極系統(tǒng)、雙極系統(tǒng)和背靠背直流系統(tǒng)三類。單極系單極直流輸電系統(tǒng)可以采用正極性或負極性運行模式。換流站出線端對地電位為正的稱為正極，為負的稱為負極。單極直流架空線路通常多采用負極性，因為正極導(dǎo)線的電暈和電磁干擾要比負極性導(dǎo)線大，且由于雷電大多數(shù)為負極性，正極導(dǎo)線雷電閃絡(luò)的概率比負極導(dǎo)線要高系接線方式有單極大地或海水回線方(圖3-1(a))和單極金屬回線方式(圖3。（）單大地回線方式（）單金屬回線方式圖單極系統(tǒng)接線示意圖（1單極大地回線方式單極大地回線方式利用一根導(dǎo)線和大地(海水)成直流側(cè)單極回路。這種方式下，流經(jīng)大地或海)的電流為直流輸電工程的運行電流。由于地下長期有大直流電-XVI-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文流流過，因而將引起接地極附近地下金屬構(gòu)件的電化學(xué)腐蝕等問題。這種回線方式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，線路造價低：但運行的可靠性和靈活性較差，對接地極要求較高。（2單極金屬回線方式單極金屬回線方式是利用兩根導(dǎo)線構(gòu)成直流側(cè)的單極回路。在運行中，地中無電流流過，可以避免由此所產(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕等問題。為了固定直流側(cè)的對地電壓和提高運行的安全性，金屬返回線一端需要接地。這種方式通常是在不允利用大地或海水為回線或選擇接地極較困難以及輸電距離較短的單極直流輸電工程中采用雙極系雙極系統(tǒng)接線方式是直流輸電工程常用的接線方式，可分為雙極兩端中性點接地方式(圖3-2(a))、極一端中性點接地方(圖3-2b))雙極金屬中線方式(圖3-2(c))三種類型。（a）雙極端中性點接地方式（）極一端中性點接地方式-XVII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文（）雙極金屬中線方式圖雙極系統(tǒng)接線示意圖（1雙極兩端中性點接地方式雙極兩端中性點接地方式是大多數(shù)直流輸電工程所采用的正負兩極對地，兩端換流站的中性點均接地的系統(tǒng)構(gòu)成方式常行流電流的路徑為正負兩根極。實際上它是由兩個獨立運行的單極大地回線系統(tǒng)構(gòu)成。正負兩極在地回路中的電流方向相反，地中電流為兩極電流之差值。雙極的電壓和電流可以不相等，雙極電壓和電流均相等時稱為雙極對稱運行方式，不相等時稱為電壓或電流的不對稱運行方式。當(dāng)輸電線路或換流站的一個極發(fā)生故障需要退出工作時，可根據(jù)具體情況轉(zhuǎn)為三種單極方式運行，)單極大地回線方式f-b)單極金屬回線方式單極雙導(dǎo)線并聯(lián)大地回線方式。（2雙極一端中性點接地方式這種接線方式只有一端換流站的中性點接地，其直流側(cè)回路由正負兩極導(dǎo)線組成，不能利用大地或海水)作為備用導(dǎo)線。當(dāng)一極發(fā)生故障需要退出工作時，必須停運整個雙極系統(tǒng)，沒有單極運行的可能性。因此，這種接線方式的運行可靠性和靈活性均較差。它的優(yōu)點是保證在運行中無地電流流過。（3雙極金屬中線方式、雙極金屬中線方式是利用三根導(dǎo)線構(gòu)成直流側(cè)回路，其中一根為低絕緣的中性線，另外兩根為正負兩極的極線。這種系統(tǒng)構(gòu)成相當(dāng)于兩個可獨立運行的單極金屬回線系統(tǒng)，共用一根低絕緣的金屬返回線。當(dāng)一極發(fā)生故障時，可自動轉(zhuǎn)為單極金屬回線方式運行；當(dāng)換流站的一個極發(fā)生故障需要退出工作時，可首先自動轉(zhuǎn)為單極金屬回線方式，然后還可轉(zhuǎn)為單極雙導(dǎo)線并聯(lián)金屬回線方式運行，運行方式可靠靈活。但是該接線方式線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高。背靠背流統(tǒng)它實際上是無直流線路的直流系統(tǒng)，常用以實現(xiàn)不同頻率或相同頻率交流系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)系，也叫非同步聯(lián)絡(luò)站，見。在背靠背換流站內(nèi)，整流器和逆變器的直流側(cè)通過平波電抗器相連，構(gòu)成直流側(cè)的閉環(huán)回路；而其交流側(cè)則分別與各自的-XVIII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文被聯(lián)電網(wǎng)相連，從而形成兩個電網(wǎng)的非同步聯(lián)網(wǎng)。本文所建立的仿真模型的構(gòu)成方式為雙極兩端中性點接地方式，模型形式見-4。圖背靠背直流輸電系統(tǒng)3.2高壓流輸電的基本構(gòu)與工作原高壓直輸系進結(jié)與作理高壓直流輸電包括整流側(cè)、直流輸電線路和逆變側(cè)三部分，主要設(shè)備有換流變壓器換器濾器無功補平電抗器。基本結(jié)構(gòu)如3-4所示。

直流輸電線路

交流系統(tǒng)

交流系統(tǒng)I整流側(cè)

逆變側(cè)圖3-4高直流輸電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)交流系統(tǒng)I出的交流電在整流側(cè)通過整流器轉(zhuǎn)換為直流電輸電線路將直流電輸送至逆變側(cè)，逆變側(cè)通過逆變器將直流電再次轉(zhuǎn)換為交流電，送至交流系統(tǒng)II完成交流．直流．交流轉(zhuǎn)換。整流器和逆變器統(tǒng)稱為換流器，換流器通過調(diào)節(jié)觸發(fā)角來改變換流器內(nèi)晶閘管的導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)實現(xiàn)交直流轉(zhuǎn)換，當(dāng)觸發(fā)角小于時換流器運行于整流狀態(tài)，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，當(dāng)觸發(fā)角大于時換流器運行于逆變狀態(tài)，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。圖中整流側(cè)和逆變側(cè)分別包括換流變壓器l，換流器平波電抗器及控制系統(tǒng)部分。換流變壓器1為流器供所需換相電壓以實現(xiàn)脈動電流，并起到交直流系統(tǒng)相互絕緣隔離、限制故障電流以及對雷電沖擊過電壓波起緩沖抑制的作用。換流變壓器是實現(xiàn)交直流電網(wǎng)互聯(lián)及直流輸電的重要設(shè)備，它的運行性能對交直流輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要作用。整流側(cè)和逆變側(cè)的控制系統(tǒng)是高壓直流輸電系統(tǒng)的核心部分，控制系統(tǒng)對高壓直流輸電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行具有重要作用，控制系統(tǒng)通過控制換流器及換流變壓器實現(xiàn)預(yù)期的輸送功率或直流電壓。系統(tǒng)出現(xiàn)故障時-XIX-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文控制系統(tǒng)通過調(diào)整換流器觸發(fā)角以及換流變壓器的輸出電壓保證高壓直流輸電系統(tǒng)的安全運行及故障后快速恢復(fù)。高壓直流輸電控制系統(tǒng)對高壓直流輸電系統(tǒng)的安全可靠運行具有重要作用，是高壓直流輸電系統(tǒng)仿真建模的重要研究內(nèi)容?；诰Ч軇恿髟獡Q流站HVDC電系統(tǒng)的核心部分所示為一個基于晶閘管閥脈動換流單元的基本結(jié)構(gòu)，主要包括以下幾個部分：平波抗器

直流路/電纜交流線

直流波器換流壓器無功補償

交流濾波器圖基于晶閘管的脈換流單元基本結(jié)構(gòu)（1）換流變壓器：將送端交流系統(tǒng)電壓變?yōu)檎鳂蛩枰碾妷?，將逆變器輸出的電壓變?yōu)槭芏私涣飨到y(tǒng)所需要的電壓。（2）換流器：由晶閘管組成，用于整流或逆變。換流器一般采用三相橋式有單、雙橋兩類)電路，每橋有6個橋臂6脈沖換流器)，如天生橋一廣州500kVHVDC系統(tǒng)晶閘管塊的額定電壓為8用7個塊串聯(lián)組成閥體。（3）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。（4）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，主要作用是抑制換流器產(chǎn)生的注入交流系統(tǒng)的諧波電流，同時部分補償換流器吸收的無功功率。直流側(cè)濾波器一般并聯(lián)接于直流極線上，主要作用是抑制換流器產(chǎn)生的注人直流線路的諧波電流。脈動換流單元是由兩個交流側(cè)電壓相位相差的動換流單元在直流側(cè)串聯(lián)而在交流側(cè)并聯(lián)所組成脈動換流單元可以采用雙繞組換流變壓器或三繞組換流變壓器，為了得到換流變壓器閥側(cè)繞組的電壓相位差，其閥側(cè)繞組的接線方式，必須一個-XX-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文為星形接線另一個為三角形接線換流壓器可以選擇三相結(jié)構(gòu)單結(jié)構(gòu)因此，對于一脈動換流單元的換流變壓器有四種選擇方案三相三繞組變壓器；臺三相雙繞組變壓器臺單相三繞組變壓器臺單相雙繞組變壓器。12動換流器在交流側(cè)和直流側(cè)分別產(chǎn)1次和12k次的特征諧波此交流側(cè)和直流側(cè)只需分別配次和2k次的濾波器而可簡化濾波裝置小占地面積，降低換流站造價。這是選擇2動換流單元作為基本換流單元的主要原因。對于2動換流單元除圖上所示的主要設(shè)備外，還有相應(yīng)的交直流避雷器和交直流開關(guān)以及測量設(shè)備等。-XXI-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文第4章壓直流電仿模型的立與結(jié)分析4.1高壓流輸電仿真模的建立在M／環(huán)下，利用電力系統(tǒng)模塊systemblock，中仿真模塊對HVDC系及控制器建立仿真模型。這里用12脈晶閘管變換器實現(xiàn)對HVDC統(tǒng)的建模，模型如-1所示。圖高直流輸電仿真模型圖kVMV·AHz的流系統(tǒng)EM通l000直流輸電線路與345、000MV·AHz的交流系統(tǒng)相連。兩個交流系統(tǒng)相角均為

，基頻為50Hz，帶有次波。兩個變換器通過的路和0.5H的平波電抗器連接起來，兩個斷路器模塊分別用來模擬整流器直流側(cè)故障和逆變器交流側(cè)故障[線路的數(shù)直流輸電線路的參數(shù)如下：線路電阻：0.015km；線路電感L；線路電容C14.4nF；線路長度km；交流系統(tǒng)EM側(cè)交流輸電線路參數(shù)如下：線路電阻R26.07；線路電感mH；交流系統(tǒng)EN側(cè)交流輸電線路參數(shù)如下：線路電阻6.025；-XXII-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文線路電感13.96；平波電抗器的電感：H。整流環(huán)簡雙擊圖4-1中“整流環(huán)（系統(tǒng)如圖4-2所示其中，變換器變壓器使用三相三繞組變壓器模塊，接線方式為Y0-Y-形聯(lián)接，變換器變壓器的抽頭用一次繞組典雅的倍整流器選器選0.96）來表示。圖整流環(huán)節(jié)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙擊圖4-2中“整流環(huán)（統(tǒng)打開后如圖所示。圖中，整流器是用兩個通用橋模塊串聯(lián)而成的脈沖變換器。圖4-3整器子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整流器的控制和保護由“整流器控制和保護（系統(tǒng)來實現(xiàn)。逆變環(huán)簡

RectifierControl“逆變環(huán)節(jié)（Inverter系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和“整流環(huán)節(jié)”子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，-XXIII-

/哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文/不再贅述逆變器的控制和保護逆變器控制和保（InverterControland系統(tǒng)來實現(xiàn)。濾波器系簡為了抑制交流側(cè)分量，在交流側(cè)并聯(lián)了交流濾波器。交流濾波器為交流諧波電流提供低阻抗并聯(lián)通路頻流濾波器還向整流器提供無功圖中的“濾波器（ACfilters”子系統(tǒng)，如圖4-4所。可見，交流濾波器電路由Mvar的功補償設(shè)備高值的11次和13次調(diào)諧濾波器低值Q=3)的高通濾波器(諧波以)組成。圖交濾波器子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2仿真果分析基于圖4-1所示的模型別系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)流線路故障變相接地故障和a兩相接地故障的情況進行仿真，仿真結(jié)果如下。穩(wěn)態(tài)系波仿真后的電壓和電流波形如圖4-5所。up壓電

-10.40.8時間/-XXIV-

1.41.62

/////哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文/////up流電gd角遲延發(fā)觸

-1-1

0.40.8時間/0.40.8

1.41.621.41.62時間/圖穩(wěn)仿真直流側(cè)波形圖中表直流側(cè)路電壓，和，別表示直流側(cè)路流實參考電流，均為標(biāo)幺值，為流器的觸發(fā)延遲角。見，系統(tǒng)經(jīng)過一時間后夠穩(wěn)定運行。穩(wěn)態(tài)后，直流電壓為，流電流為。直流線故打開直流側(cè)斷路器模塊，使其在時通時斷開，接地時間為0.1s整流側(cè)相關(guān)波形，逆變側(cè)交流電壓和電流波形分別如圖4-64-7所。up壓電

-時間

1.6up流電

-時間

1.6gd角遲延發(fā)觸

-0.8時間-XXV-

1.82

////哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文圖直流線路故障時整流側(cè)波////壓電

1.50.5-0.5-0.81時間/

2）AVM（流電

20100-10-2000.81時間s

1.82圖直線路故障時交流部分波形可見，故障時直流側(cè)電流激增到，流側(cè)電壓降到值通過VDCOL子系統(tǒng)的調(diào)制考電流下降到此故障發(fā)生后流側(cè)仍有電流流通t=0.77s時觸延遲角被強設(shè)為流器運行在逆變狀態(tài)流線電變負，將線路上的能量反送人交流系統(tǒng)，導(dǎo)致故障電流在過零點時快速熄滅t=0.82s時，解除觸發(fā)延遲角的強制值，額定直流電壓和電流在0.5s后復(fù)正常。逆變側(cè)相地障以a相接地故障為例，取消直流側(cè)斷路器導(dǎo)通動作，使逆變器斷路器.7s時通，0.8s時斷開，接地時間為0.1s。逆變側(cè)的相關(guān)波形如圖所示。up壓電0.8時間

1.8u1p流電-10.40.8時間/

1.41.62-XXVI-

//)01/哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文//)01/gd角遲延發(fā)觸

0.8

1.8時間圖相接地故障波形可見，故障導(dǎo)致直流電壓和直流電流出現(xiàn)了振蕩，故障開始時，逆變器兩個閥進行換相時，因預(yù)計關(guān)斷的關(guān)斷后，在反向電壓期間未能恢復(fù)阻斷能力，當(dāng)加在該閥上的電壓為正時，又重新導(dǎo)通，即出現(xiàn)了換相失敗現(xiàn)象，直流電流激增到2。t=0.8s時清除故障VDCOL將考電流調(diào)節(jié)到，0.35s后統(tǒng)恢復(fù)。逆變側(cè)相地障以a、相接地故障為例，打開斷路器模塊，使其在0.7s時通，0.8s時斷開，整流側(cè)交流電壓和電流波形如圖所。0.5壓電

時間/AVM0（流電

-10-20-30-40-50

時間/圖逆?zhèn)冉涣鞑糠植ㄐ慰梢姡瑑上嘟拥毓收鲜拐鱾?cè)交流電壓和電流發(fā)生了一定的擾動，交流電流的波動頻率和幅度比較大。故障時，交流電流值迅速增加，之后逐漸下降為，故障清除后經(jīng)過小幅度波動恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。同樣，交流電壓值在故障時有所增加，但增加的幅度要小一些，故障清除后也能夠恢復(fù)穩(wěn)態(tài)。-XXVII-

//e/哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文//e/逆變側(cè)相路障兩相和三相故障可以使用PSB元件庫里的三相故障發(fā)生器來模擬三相故障發(fā)生器如圖所示：壓電

圖三相故障發(fā)生器模型以a、相短路為例，仿真時間設(shè)為0.6-0.7s相關(guān)波形如圖所。-10.20.81時間/

1.2流電

0.8時間/

g角遲延發(fā)觸

0.8時間/圖4-11整流側(cè)相關(guān)波形

故障發(fā)生后變電流在激增到2.1p.u.壓跌為在，線路電壓跌落-整流側(cè)線路電流則激增到線由于直流線路兩端沒有裝-XXVIII-

//哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文//設(shè)直流濾波器使障期間直流線路電壓、電流有很大的諧波分量。直流電壓0.63s時VDCOL開運作把考電流降為。同時整流側(cè)把觸發(fā)角增大到，逆變側(cè)把觸發(fā)角降低為，最小熄弧角降低為。此后直流電壓開始回升。故障清除后，在電和電流首次恢復(fù)正常，再過2s系統(tǒng)恢復(fù)正常。逆變側(cè)相路障接入三相短路故障發(fā)生器，將故障類型設(shè)置為三相短路，故障時間設(shè)為，波形如圖4-12所。壓電0.20.61時間

1.4up流電-時間/s

1.21.4gd

2001000

01

1.2時間/圖4-12三短路時整流側(cè)相關(guān)波形當(dāng)逆變側(cè)變壓器交流側(cè)三相對地發(fā)生故障時整流器側(cè)和逆變側(cè)的直流線路電壓、電流和考電流、觸發(fā)延遲角等各參數(shù)仿真結(jié)果見圖4-10。故障發(fā)生后，逆變側(cè)交流A、、C三相電壓均為，流電壓迅速下降，線路電流則激增到2p.u.線路由于直流線路兩端沒有裝設(shè)直流濾波器,使障期間直流線路電壓、電流有很大的諧波分量。直流電壓時VDCOL開運,把考電流降為0.3p.u.，時把觸發(fā)角增大到。障清除后，即在0.7s時，電壓反向，變-，直流線路電流則為，再過內(nèi)系統(tǒng)恢復(fù)正常。-XXIX-

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文結(jié)論本設(shè)計是高壓直流輸電系統(tǒng)正常運行及故障仿真分析設(shè)計中將高壓直流輸電運行過程中產(chǎn)生的部分故障用軟進行仿真分析。與交流輸電相比，由于高壓直流輸電具有經(jīng)濟性好，控制性好，互聯(lián)性好，適用于兩個不同率的系統(tǒng)互聯(lián)，能夠遠距離大功率輸電等優(yōu)點，這些都決定高壓直流輸電在將來的輸電系統(tǒng)中將著舉足輕重的作用。直流輸電換流站由基本換流單元組成，基本換流單元是在換流站內(nèi)允許獨立運行，進行換流換流系統(tǒng)，主要由換流變壓器、換流器、相應(yīng)的濾波器和平波電抗器以及控制保護裝置等組成。前工程上所采用的基本換流單元主要有6脈換流單元和12脈動流單元兩種。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，為了完成將交流電轉(zhuǎn)換直流電或?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)化為交流電的變換，并到電力系統(tǒng)對安全穩(wěn)定及電能質(zhì)量的要求，換流站中應(yīng)該包括的主要設(shè)備或設(shè)施有：換流閥、換變壓器、平波電抗器、交流開關(guān)設(shè)備、交流濾波器和交流無功補償裝置、直流開關(guān)設(shè)備、直流濾器、控制和保護以及遠程通信系統(tǒng)等。直流輸電系統(tǒng)主要由兩端換流站和直流線路所組成，換流站內(nèi)主要有換流器、直流開工場合流開關(guān)場中的一次設(shè)備，以及控制保護二次設(shè)備。此外，影響直流系統(tǒng)運行的還有與兩端換流站連的交流系統(tǒng)。不同區(qū)域的設(shè)備故障，有其自己的特點，對直流系統(tǒng)的影響有所不同。本文中對中幾個比較有代表性的故障在MATLAB中行了仿分析。由于本人知識有限，論文中難免有一些錯誤和不足，深望各位老師和領(lǐng)導(dǎo)以及同學(xué)批評指正

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文致謝本次畢業(yè)設(shè)計論文是在我的指導(dǎo)老師付敏老師的親切關(guān)懷和細心指導(dǎo)下完成的課的選擇到論文的最終完成，付老師始終都對學(xué)術(shù)問題指導(dǎo)細致入微，給予了大量的指導(dǎo)和修改意見，付師開闊的視野，積極向上的生活和工作態(tài)度激勵我努力的學(xué)習(xí)和生活，在此向付老師致以誠摯的意和崇高的敬意。在此，我還要感謝那些在本次設(shè)計完成過程當(dāng)中給予我無私幫助的那些同學(xué)們。正是由于你的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。感謝我的母——哈爾理工大學(xué)，是她培養(yǎng)了我，并在就要離她進入會之際了我這么好的一次鍛煉的機會。并對在百忙中參加答辯及評閱的老師表示感謝。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，有多少可敬師長同朋給了無言的幫助在里請接受我誠摯謝!最我還要向一直支持關(guān)默默奉獻的家人表示感謝，謝謝你們!

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文參考獻1周樂榮．高壓直流輸電的現(xiàn)狀與發(fā)展．[M]．廣東電力，1997劉亞．特高壓直流輸電理論[M]中國電力出版社趙君．高壓直流輸電工程技.二版[M]．中國電力出版社，2011李源．高壓直流輸電系統(tǒng)的運行與控制[M]．科學(xué)技術(shù)出版2004楊萍．高壓直流輸電與柔性交流輸電[M]．中國電力出版社2010洪剛．電力電子、電機控制系統(tǒng)的建模和仿真[M]機械工業(yè)出版社林生，胡良珍，嚴朗威編著．高壓直流輸電[M]上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社孟萍，高嬿．電力系統(tǒng)分析[M]高等教育出版社2004.2（重?。╉n曉，文俊，徐永海．高壓直流輸電原理與運行[M]機械工業(yè)出版社李源．高壓直流輸電系統(tǒng)[M]．科學(xué)出版社，于群，曹娜MATLAB/Simulink電系統(tǒng)建模與仿真[M]機械工業(yè)出版社2011：王潔，任震．高壓直流輸電技術(shù)[M]．慶大學(xué)出版社，楊，陳鴻煜．高壓直流輸電系統(tǒng)換相失敗的仿真研究[J]Vo1.34NO.2.Feb.2008王安，黃俊HVDC-VSC輸系統(tǒng)運行與控制的研究[M]機械工業(yè)出版社周榮．高壓直流輸電的現(xiàn)狀與發(fā)展[M]廣東電力戴杰主編．直流輸電基礎(chǔ)[M]．北京：水利電力出版社1990E.Imal,M.Bagriyanik,P.Ali-Zada,K.Rajdabl．AFACTSTechniqueforConvertingACinto．[M]IEEEFARUQUEMYYVDetailedModelingofCIGREPSCAD／and／．IEEEonPowerDelivery,2006

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文附錄AInfluenceofWindGenerationonSystemsJaneAustenKurt（KeyControlSimulationofGenerationEquipmentsDistrict，New，States）Windpowerandhasthebeingtoasformoflarge-scalewhichinfluencespowersystems.pownotdesignedspecificallytoaccommodatethistypeofgeneration,ermstheproblemsencounteredthedevelopersofpowergenerationprojectsandbyutilitygridswithintegratefarmsThereactivepowerflow,voltage,systemstability,poweshort-circuitfrequencyandprotectionduecharacteristicshigh-capacity,dynamicandstochasticofwindpowerhandlearerecommendedordertoaccommodatepowerinpowersystems.Words:power；powersystem；wind．IntroductionThererenewablethefutureofelectricityGenerationonfossilfuelsisnotpowerisrapidly.Oncontrary,muchattentionpromisingresource.Ithapotentialbenefitsinandreducingtheirreplaceablefuelreserveswhenthedemandforhasbeenduethethgrowthoftheeconomyinmostpartsoftheworld.Windmorewinofistheone.During2006,theworld’sinstalledwindcapacit74091in

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文Therearenotechnical,economicorresourcebarrierstosupplyingoftheworld’selectricitneedswithwindpowerandthechallengingbackdropofaprojectedtwoofelectricityThereporttooltheracetogasemissionsaselectricityfromatotalofGWofwindpowerby2020willsave10771of[1].windpowersystemshaveofhighcapacity,systemreliability.WhileprovidingcleanforfarmswillalsopowerWithexpansionpowergenerationofwindinpowerthinfluencewillthetechnicalforcountermeasurestoovercomeshouldbeproposed.Accordingtotheissuesmentionedabove,paperdiscussesingeneralthewhichareencounteredthedevelopersofwindpowerbywhenwithprojectswindtosystems.characteristicsofhigh-capacitydynamicperformanceofwindandpowershort-circuitsystemreserve,Afterthat,countermeasurestotheseproblemsinordepowergenerationinpower．situationofwindpowergenerationreportofGlobalWindEnergyCouncilwithhighesttotacapacityareGermany621MW),Spain(11615MW),USA(11603MW),MW(3136Thirteencountriesthecannowamongwith1000capacity,withthisthresholdin2006.Fig.1topcumulativecapacityofworlduntilDecember,2006[2].ChinastartedwindpowerveryItsteppedintothestageofcommercializescaleonly1990s.AccumulatednewlyinstalledovertheinFig.2.Thesingle-unitcapacityincreased100kW,200kW,kWtokW,750kW,and1500kW

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文110cumulativeinstalledworlduntil2Accumulativeandnewly-addedcapacitypowerinChinadoubledtotalcapacityby347windenergyin2006,a70%fromlast’sfigure.ThisbringsChinato2MWcapacitlargestmarketwide.theChinesehasgrownsubstantiallygrowthiexpectedtocontinueandup.Accordingtothelistapprovedprojectsunder500willbeinstalledin2007.Thegoalforwindpowerinby[3].．windtheviewoftheoftheresourceofoutputsinofwindspeedsThewindhighlyvariable,bothtemporally.Furthermorethivariabilityoveraveryrangeofbothinspaceandtime.Thewindspeedcontinuouslyfunctionofandheight.timeofwinpresentedinFig.3spectrum[4].Theturbulentcausedbygustsintheminutediurnaldependswindvariationssynopti

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文cycles.Fig.3spectrumfarmBrookhavenbasedonworkbyvanderpowersystemthepeakmayaffectpowerqualityofpowegeneration.turbulencesonpowerqualityturbinetechnologywindforinstance,mayabsorbshort-termpowerbyimmediatestorageofinrotatingmassesofwindturbinepoweoutputissmootherfixed-speedwindDiurnalandpeaks,however,maybalancingpowerinwhichwindforecastsasignificantrole.issueiswindThewinduphubshouldbecalculatewindoutput.Anumberofmeasurementsofwindshowwindspeedsmildinyear;probabilities0and25m/sarconsiderable;mostoftheaveragespeedstheWeibulldistribution[5]

iformula(1).vwindspeed;kisshapeparameter;cscaleTherelationshipwindPwwindupheightcanbeexpressedapproximatelyasthecurveofwindturbine’soutputsvs.windspeedasubsectioasformula(2).

COR哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文CORwindspeed;Vwindspeed;Vratedwindspeed.．InfluenceofwindpowersystemsHighpenetrationofwindpowerpowersystemsfacesfundamentaltechnicallimitswithlarge-scalefarmstoofpowergenerationpowerpowervoltage,systemandinfrastructuretotheofhigh-capacity,dynamicstochasticwindpoweritthegirdinthefollowingwayhasbedetail:（1）ReactivePowerWindisakindofandstochasticpowerwillcomplicateBecausemanyfarmsbuiltfarawayfromloadincapturemorewindalwayssomeobstacleofwindSomeordistributionanelectricalover-loadedtheadditionalwindpowergenerationitshouldbetransmissionwillnotover-loadedBothandshouldbebegeneratednotonlyatbutnetwork,becompensated[6]

Tbabilisticforwindpowegeneration.modelisontheformula(1).constraintsareprobabilisticexpectedvaluesofparameters,suchandbecomputed.（2）Regulation.hasidentifieditspointatwhichgridbeSmallwindcanconnectatlo