HVDC型直流輸電系統(tǒng)的建模與仿真研究

　　[摘 要]論文研究是在以前直流輸電系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上提出的一種高壓直流輸電系統(tǒng)。系統(tǒng)采用單極12脈沖的高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，得到仿真圖形后進(jìn)行理論分析與研究，為實(shí)際系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)。

　　[關(guān)鍵詞]高壓;直流輸電;仿真

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　　0 引言

　　直流輸電近年已獲得大力發(fā)展，尤其是大功率電力電子器件的可靠性增加，價(jià)格降低，光觸發(fā)電力電子器件的研制成功等等，為直流輸電的發(fā)展提供了可靠的基礎(chǔ)。直流輸電在遠(yuǎn)距離、高干擾、高封閉空間的電纜輸電中具有巨大優(yōu)勢(shì)、同時(shí)對(duì)于大區(qū)聯(lián)網(wǎng)、不同頻率的電網(wǎng)并列運(yùn)行及非工頻發(fā)電站與系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)勢(shì)明顯，其系統(tǒng)研究已日趨成熟，本論文在系統(tǒng)研究基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，對(duì)仿真進(jìn)行研究。

　　1 HVDC基本結(jié)構(gòu)及原理

　　1.1 基本結(jié)構(gòu)

　　HVDC系統(tǒng)主要包括換流站和直流線路兩大部分。從直流導(dǎo)線的正負(fù)極性進(jìn)行分析，HVDC分為單極系統(tǒng)、雙極系統(tǒng)等。以如圖1單極大地回流直流輸電系統(tǒng)為例，由換流變壓器、濾波器、換流器、直流平波電抗器、無功補(bǔ)償裝置組成。

　　圖1 基本結(jié)構(gòu)

　　由于換流橋與交流系統(tǒng)電壓不匹配，換流橋所需的交流電壓通過換流變壓器把交流系統(tǒng)電壓變?yōu)樗桦妷?換流器用作整流和逆變，實(shí)現(xiàn)交流電與直流電之間的轉(zhuǎn)換，由 、晶閘管組成;濾波器吸收直流側(cè)高次諧波;無功補(bǔ)償裝置調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行所需無功功率，并起到調(diào)節(jié)電壓作用。直流平波電抗器具有電抗特性，電流電壓及電流波動(dòng)時(shí)抑制直流電流上升速度。

　　直流輸電是將電能由交流整流成直流，然后再逆變成交流接入交流系統(tǒng)。當(dāng)交流系統(tǒng)I通過直流輸電線路向交流系統(tǒng)II輸送電能時(shí)， 為整流運(yùn)行狀態(tài)， 為逆變運(yùn)行狀態(tài)。因此 相當(dāng)于電源， 為負(fù)載。設(shè)直流線路的電阻為 ，線

　　路電流：

　　(1)

　　因此，C1送出去的功率與C2接受的功率分別為：

　　(2)

　　逆變器 的直流電壓 與直流電流 的方向相反，只要 大于 ，就滿足公式(1)的直流電流流過線路。

　　由公式(1)可知直流輸電線路輸送的電流是由線路兩端的直流電壓和系統(tǒng)電阻所決定;由公式(2)可知，直流輸電線路輸送的功率由直流電壓和電流決定，兩則均與兩端的交流系統(tǒng)的頻率和電壓相位無關(guān)。而且通過控制整流器的觸發(fā)角 和逆變器的逆變角 即可實(shí)現(xiàn)直流電壓的調(diào)節(jié)，并不受電流系統(tǒng)電壓幅值這一因素的直接影響。

　　2 HVDC系統(tǒng)建模

　　2.1整體建模

　　在Simulink下對(duì)一個(gè)單極12脈沖的HVDC建模和仿真。整流橋和逆變器均由兩個(gè)通用6脈沖橋搭建而成。交流濾波器直接接在交流母線上，它包括11次、13次和更高次諧波等單調(diào)線路。由于HVDC系統(tǒng)復(fù)雜，將換流器(整流和逆變)、逆變器、濾波器環(huán)節(jié)子系統(tǒng)封裝。

　　2.2整流環(huán)節(jié)子系統(tǒng)

　　在整流環(huán)節(jié)中，變壓器直接采用Simulink庫(kù)中三相三繞組模型，接線方式采用Y0-Y-△，變換器部分的變壓器抽頭采用一次繞組電壓倍數(shù)表示。設(shè)整流器變壓器二次側(cè)三相空載電動(dòng)勢(shì)為eabc，內(nèi)電感為L(zhǎng)，換流橋采用單橋形式，則組成橋臂如圖所示，做整流器工作時(shí)候換流器橋臂兩端電壓大于0.整流器定電流控制方式是控制α，使得直流電流保持恒定。

　　2.3 濾波子系統(tǒng)

　　從交流側(cè)和直流側(cè)分析，HVDC變換器分別相當(dāng)于相當(dāng)于諧波電流源和諧波電壓源。為了對(duì)交流側(cè)諧波分量進(jìn)行抑制，交流濾波器提供低阻抗并聯(lián)在交流側(cè)來實(shí)現(xiàn)。在基頻下，交流濾波器還向a整流器提供無功。

　　3仿真結(jié)果及分析

　　在晶閘管導(dǎo)通后，電流開始增大，在一定時(shí)間后達(dá)到低通穩(wěn)態(tài)參考值，同時(shí)直流線路開始充電，使得直流電壓達(dá)到穩(wěn)定值，整流器和逆變器均為電流控制狀態(tài)。

　　采集波形圖如圖5所示，在經(jīng)過一段時(shí)間后，參考電流從低通穩(wěn)態(tài)值斜線上升到穩(wěn)態(tài)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)電壓維持在額定值。經(jīng)過一段時(shí)間后，觸發(fā)信號(hào)關(guān)斷，使得電流斜線下降到低通穩(wěn)態(tài)值。通過HVDC建模可以很好的實(shí)現(xiàn)交流到直流變換進(jìn)而達(dá)到直流輸電的目的，為實(shí)際的直流輸電系統(tǒng)提供理論支持。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　【基金】 六安市定向委托皖西學(xué)院市級(jí)研究項(xiàng)目(2013LW013)