第8章MATLAB在高壓直流輸電及柔性輸電中的仿真實例

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8.1.1

HVDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

8.1.2

HVDC系統(tǒng)的仿真模型描述

8.1.3

HVDC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)特性

8.1.4

HVDC系統(tǒng)的起停和階躍響應(yīng)仿真

8.1.5

HVDC系統(tǒng)直流線路故障仿真

8.1.6

HVDC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(hù)子系統(tǒng)包含的模塊及作用模塊名稱作用RectifierControllerVoltageRegulator電壓調(diào)節(jié)，計算觸發(fā)角GammaRegulator計算熄弧角CurrentRegulator電流調(diào)節(jié)，計算觸發(fā)角VoltageDependentCurrentOrderLimiter根據(jù)直流電壓值改變參考電流值RectifierProtectionsLowACVoltageDetection直流側(cè)故障和交流側(cè)故障檢測DCFaultProtection判斷直流側(cè)是否發(fā)生故障，啟動必要的動作清除故障12?PulseFiringControl產(chǎn)生同步的12個觸發(fā)脈沖表8-2逆變器控制和保護(hù)子系統(tǒng)包含的模塊及作用模塊名稱作用InverterCurrent/Voltage/GammaController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InverterProtectionLowACVoltageDetection交流側(cè)故障檢測CommutationFailurePreventionControl減弱電壓跌落導(dǎo)致的換相失敗12?PulseFiringControl產(chǎn)生同步的12個觸發(fā)脈沖GammaMeasurement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，電流開始增大，在0.3s時達(dá)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.(2kA),0.58s時直流電流到達(dá)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)的觸發(fā)延遲角被強(qiáng)制設(shè)置為166°，逆變器側(cè)的觸發(fā)延遲角被強(qiáng)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1p．u．20．02變換器導(dǎo)通，電流增大到最小穩(wěn)態(tài)電流參考值30．4電流按指定的斜率增大到設(shè)定值40．7參考電流值下降0．2p．u．50．8參考電流值恢復(fù)到設(shè)定值61．0參考電壓由1p．u．跌落到0．9p．u．71．1參考電壓恢復(fù)到1p．u．81．4變換器關(guān)斷表8-3系統(tǒng)控制參數(shù)隨時間變化表91．6強(qiáng)迫設(shè)置觸發(fā)延遲角到指定值101．7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8-7HVDC系統(tǒng)的起停和階躍響應(yīng)仿真波形圖

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4α最大值限制1電流控制5α的設(shè)定值或者常數(shù)2電壓控制6γ控制3α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1~3PowerIabc(cmplx)Ia(pu)

Ib(pu)

Ic(pu)輸入SVC的相電流Ia、Ib、Ic，單位p．u．4ControlVm(pu)測量到的正序電壓（單位p．u．）5ControlB(pu)SVC的電納輸出（單位p．u．），正值為容性6ControlQ(pu)SVC的無功功率輸出（單位p．u．），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8-16SVC控制系統(tǒng)框圖8.2.3SVC系統(tǒng)的仿真模擬1)0~0.2s時電壓源幅值為1.0p.u.。

2)0.2~0.5s時電壓源幅值為0.94p.u.。

3)0.5~0.8s時電壓源幅值為1.06p.u.。

4)0.5~1.0s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