基于Matlab的直流输电系统动态特性分析(DOC)

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1、HVDC与FACTS技术基于Matlab的直流输电系统动态特性分析与仿真一、引言与交流输电相比，高压直流输电(HVDC)具有线路输送容量大、造价低、损耗小、电力系统间的非同步联网能力强等优点，而且，直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量送电。自从20世纪80年代末以来，中国高压直流输电技术的研究和发展取得了突飞猛进的提高，目前已投运10个直流输电工程,包括舟山、葛南、天广、三常等工程。为实现“西电东送”的战略规划，中国正在积极推进包括±660kV、±800kV、±1000kV特高压HVDC工程的建设。近

2、期中国规划发展的HVDC工程主要包括内蒙及陕甘宁地区的煤电通过高压直流或特高压直流向京津塘、山东等地输电，四川水电向华东、华中地区特高压直流输电等。在此背景下，研究HVDC的结构、运行原理及控制方法，对HVDC进行建模与仿真，分析系统的稳态、动态特性等显得非常重要。本文利用Matlab中Simulink对HVDC进行建模，并在此模型基础上进行了系统的稳态、直流线路故障、逆变器交流侧a相接地故障仿真，得出相应的仿真波形，验证了HVDC模型的有效性。二、HVDC的基本结构与工作原理HVDC的基本工作原理如图1所示，简单的

3、HVDC输电系统包括两个换流站、直流输电线路以及两端的交流系统。换流站1运行于整流状态，将交流系统1输送来的三相交流电整流成直流电，通过直流输电线路传送到换流站2，换流站2工作于逆变状态，将直流电逆变成三相交流电。图1HVDC的基本工作原理换流站是HVDC的核心设备。换流站的主要设备如图2所示：图2换流站主接线图2中主要设备如下：(1)换流变压器把交流系统电压变为换流桥所需的交流电压。(2)换流桥(阀桥)ac→dc或dc→ac的变流设备。(3)直流(平波)电抗器减少直流电压及电流的波动，受扰时抑制直流电流上升速度。(

4、4)直流滤波器组直流侧滤波用，单桥时为6n次谐波，双桥时为12n次谐波(n=1,2,…)。(5)交流滤波器组交流侧滤波用，一般单桥时为6n±1次谐波，如5，7，11，13次及高周；双桥时为12n±1次谐波，如11，13次及高周。(6)无功补偿设备提供直流系统运行所需的无功功率，并作电压调节用。可采用电容器组、调相机或静止无功补偿器(SVC)。三、HVDC仿真模型图3中，500KV、5000MVA、50HZ的交流输电系统(EM)通过1000MW的直流输电线路与345KV、10000MVA、50HZ的交流输电系统(EN)

5、相连。两个交流输电系统的相角为80度，基频为50HZ，并带有3次谐波。输电线路为300Km，线路电阻为0.015Ω,线路电感为0.792，线路电容为14.4n;EM侧线路电阻为26.07Ω，线路电感为48.86mH；EN侧线路电阻为6.205Ω，线路电感为13.96mH；两端均接0.5H的平波电抗器。整流桥和逆变桥均由两个通用的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次和更高谐波等单调支路，总共提供600Mvar的容量。两个断路器模块分别为模拟整流器直流侧故障和逆变器交流测故障。图3HVDC

6、仿真模型图3.1整流环节双击图3中的“整流环节”子系统，如图4所示。其中，变换器变压器使用三相三绕组变压器模块，接线方式为Y0-Y-∆来联结，变换器变压器的抽头用一次绕组电压的倍数（整流器选0.90，逆变器选0.96）来表示。图4整流环节子系统结构双击图4中的“整流器”子系统，打开后如图5所示。其中，整流器是用两个通用桥模块串联而成的12脉冲变换器。图5整流器子系统结构3.2逆变环节双击图3中的“逆变环节”子系统，如图6所示。与“整流环节”子系统结构相似，在此不再赘述。图6逆变环节子系统结构3.3滤波环节从交流侧看，

7、HVDC变换器相当于谐波电流源；从直流侧看，HVDC变换器相当于谐波电压源。交流侧和直流侧包含的谐波次数由变换器的脉冲路数p决定，分别为kp±1(交流侧)和kp（直流侧）次谐波，其中k为任意整数。对于本节的仿真而言，脉冲为12路，因此交流侧谐波分量分别为11次、13次、23次、25次……直流侧谐波分量为12次、24次……。为了抑制交流侧谐波分量，在交流侧并联了交流滤波器。交流滤波器为交流谐波电流提供低阻抗并联通路。在基频下，交流滤波器还向整流器提供无功。双击图3中的“滤波器”子系统，如图7所示。可见，交流滤波器电路由

8、150Mvar的无功补偿设备、高Q值（Q=100）的11次和13次单调谐滤波器，低Q值（Q=3）的减幅高通滤波器（24次谐波以上）组成。图7滤波器子系统结构四、仿真结果分析基于图3所示的HVDC模型，分别对系统稳态、直流线路故障、逆变侧a相接地故障的情况进行仿真，仿真结果如下。4.1稳态系统波形仿真后的电压和电流波形如图8所示。图中表示直流侧线