HVDC型直流输电系统的建模与仿真研究

　　[摘 要]论文研究是在以前直流输电系统研究的基础上提出的一种高压直流输电系统。系统采用单极12脉冲的高压直流输电系统进行建模和仿真，得到仿真图形后进行理论分析与研究，为实际系统提供理论基础。

　　[关键词]高压;直流输电;仿真

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　　0 引言

　　直流输电近年已获得大力发展，尤其是大功率电力电子器件的可靠性增加，价格降低，光触发电力电子器件的研制成功等等，为直流输电的发展提供了可靠的基础。直流输电在远距离、高干扰、高封闭空间的电缆输电中具有巨大优势、同时对于大区联网、不同频率的电网并列运行及非工频发电站与系统间的联网等优势明显，其系统研究已日趋成熟，本论文在系统研究基础上，对系统进行仿真，对仿真进行研究。

　　1 HVDC基本结构及原理

　　1.1 基本结构

　　HVDC系统主要包括换流站和直流线路两大部分。从直流导线的正负极性进行分析，HVDC分为单极系统、双极系统等。以如图1单极大地回流直流输电系统为例，由换流变压器、滤波器、换流器、直流平波电抗器、无功补偿装置组成。

　　图1 基本结构

　　由于换流桥与交流系统电压不匹配，换流桥所需的交流电压通过换流变压器把交流系统电压变为所需电压;换流器用作整流和逆变，实现交流电与直流电之间的转换，由 、晶闸管组成;滤波器吸收直流侧高次谐波;无功补偿装置调节系统运行所需无功功率，并起到调节电压作用。直流平波电抗器具有电抗特性，电流电压及电流波动时抑制直流电流上升速度。

　　直流输电是将电能由交流整流成直流，然后再逆变成交流接入交流系统。当交流系统I通过直流输电线路向交流系统II输送电能时， 为整流运行状态， 为逆变运行状态。因此 相当于电源， 为负载。设直流线路的电阻为 ，线

　　路电流：

　　(1)

　　因此，C1送出去的功率与C2接受的功率分别为：

　　(2)

　　逆变器 的直流电压 与直流电流 的方向相反，只要 大于 ，就满足公式(1)的直流电流流过线路。

　　由公式(1)可知直流输电线路输送的电流是由线路两端的直流电压和系统电阻所决定;由公式(2)可知，直流输电线路输送的功率由直流电压和电流决定，两则均与两端的交流系统的频率和电压相位无关。而且通过控制整流器的触发角 和逆变器的逆变角 即可实现直流电压的调节，并不受电流系统电压幅值这一因素的直接影响。

　　2 HVDC系统建模

　　2.1整体建模

　　在Simulink下对一个单极12脉冲的HVDC建模和仿真。整流桥和逆变器均由两个通用6脉冲桥搭建而成。交流滤波器直接接在交流母线上，它包括11次、13次和更高次谐波等单调线路。由于HVDC系统复杂，将换流器(整流和逆变)、逆变器、滤波器环节子系统封装。

　　2.2整流环节子系统

　　在整流环节中，变压器直接采用Simulink库中三相三绕组模型，接线方式采用Y0-Y-△，变换器部分的变压器抽头采用一次绕组电压倍数表示。设整流器变压器二次侧三相空载电动势为eabc，内电感为L，换流桥采用单桥形式，则组成桥臂如图所示，做整流器工作时候换流器桥臂两端电压大于0.整流器定电流控制方式是控制α，使得直流电流保持恒定。

　　2.3 滤波子系统

　　从交流侧和直流侧分析，HVDC变换器分别相当于相当于谐波电流源和谐波电压源。为了对交流侧谐波分量进行抑制，交流滤波器提供低阻抗并联在交流侧来实现。在基频下，交流滤波器还向a整流器提供无功。

　　3仿真结果及分析

　　在晶闸管导通后，电流开始增大，在一定时间后达到低通稳态参考值，同时直流线路开始充电，使得直流电压达到稳定值，整流器和逆变器均为电流控制状态。

　　采集波形图如图5所示，在经过一段时间后，参考电流从低通稳态值斜线上升到稳态值，整流器为电流控制状态，逆变器为电压控制状态，直流侧电压维持在额定值。经过一段时间后，触发信号关断，使得电流斜线下降到低通稳态值。通过HVDC建模可以很好的实现交流到直流变换进而达到直流输电的目的，为实际的直流输电系统提供理论支持。

　　参考文献：

　　[1] 王鹏 .VSC-HVDC系统的控制策略仿真及实验研究[D] 华北电力大学(河北)2006年

　　[2] 董毅峰. 交直流混联电力系统潮流算法研究.[D] 天津大学 2009年

　　[3] 赵晓娜，方玉，李天明 基于Matlab/Simulink的直流输电系统的建模与仿真[J] 四川电力技术2010(1)25-27

　　【基金】 六安市定向委托皖西学院市级研究项目(2013LW013)