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1、第26卷第9期电力自动化设备Vol.26No.9472006年9月ElectricPowerAutomationEquipmentSept.2006基于EMTP/ATP的HVDC整流器建模及仿真吴磊112,王银乐,张小宁(1.华东交通大学电气学院,江西南昌330013;2.中国石化胜利石油管理局,山东东营257000)摘要:基于EMTP/ATP程序研究高压直流输电(HVDC)换流器的暂态特性,需要建立控制及电气元件的详细模型,同时,在进行仿真研究时,尤其是当HVDC换流器与弱交流系统相联时,需特别注意电磁暂态过程本身所具有的复
2、杂特性。基于EMTP程序,并考虑到HVDC联于弱交流系统时的情况,建立了详细的HVDC整流器仿真模型,包括门极触发单元(GFU)、电流控制器、阀缓冲电路等,同时,为缩短仿真初始化时间,还在电流控制器中引入了延迟阶跃信号DS。最后,基于CIGRE标准模型对所建立的HVDC整流器EMTP仿真模型进行了测试,仿真结果表明,系统对于正常的电流调节及突发故障均表现出良好的动态性能。关键词:高压直流输电;换流器建模;电磁暂态;弱交流;仿真中图分类号:TM721.1文献标识码:A文章编号:1006-6047(2006)09-0047-04到
3、应用,dq变换的本质是对三相系统进行解耦处0引言理,通过一个变换矩阵三相坐标系统变换为正交的两相系统[13-14]。其最大优点是可以消除交流母线的高压直流输电(HVDC)的各种控制策略最终都扰动及谐波引起的电压畸变对换流器控制的影响[15]。是通过对换流器的控制实现,而对于换流器的控制则dq型触发单元框图及对应信号波形分别示于是由触发脉冲序列完成[1-4]。通过换流器触发脉冲控图1和图2(幅值大的为Usyn,小的为Ucom;后同)。制系统控制换流阀的触发时刻,使换流器工作于所UUαUrefUsinθ要求的控制方式,如整流侧的定
4、电流控制(CC)、逆a三相正变侧的定熄弧角控制(CEA)等[5-6]Ub-e++θ弦,因此,门极触发Uβ+PI"振Ucosθ=UU+荡syn单元GFU(GateFiringUnit)是HVDC换流器建模c两相ΔUref器中的重要环节。本文基于dq变换方法,设计了一个门极触发单元,并给出电磁暂态程序(EMTP)仿真试图1dq型门极触发单元框图验结果。Fig.1BlockdiagramofdqGFU对于电磁暂态仿真而言,系统的稳态运行点不仅0包括基波量的稳态运行点,还包括了谐波量的稳态运-0.5e/p.u.行点,因此其初始化过程比
5、较复杂[7-11]。本文运用一-1.02π简单方法减少初始化过程的时间。/radπθ01HVDC整流器的EMTP模型syn1.2U,0com/p.u.1.1门极触发单元U-1.2在HVDC换流器中常需采用压控振荡器(VCO),00.020.040.060.080.10t/s通过它为换流阀提供等间隔触发脉冲,并可消除在图2dq门极触发单元信号波形阀触发期间同步交流母线上电压畸变的影响,通常Fig.2WaveformsfordqGFU称之为锁相环(PLL)触发或等间隔触发方法[12]。当通过式(1)(2),可将三相换相电压Ua、U
6、b和Uc换流站联于短路比(SCRs)低于3的弱交流系统时,变换为dq轴电压Uα和Uβ。该方法可确保换流器的成功换相和正常运行。本文211建立了一个典型GFU的模型,并给出了其仿真试验Uα=Ua-Ub-Uc(1)333结果。dq型触发控制单元早已在电机驱动控制中得Uβ=(Ub-Uc)/!3(2)收稿日期:2005-11-02;修回日期:2006-01-08e=-UαUsinθ+UβUcosθ(3)48电力自动化设备第26卷dq型门极触发单元的工作原理如下:误差信号345kV2.5Ω2160Ωe送入PI控制器,为VCO产生一个参考
7、输入,信号3.73Ω28.5mH42.8mH0.597HΔUref负责对该参考值进行调制,VCO的中心频率确定。VCO的输出151mH交流Id250Ω(50Hz)则由固定偏置电压Uref为θ角,其波形为锯齿波,θ经由正弦振荡器产生正滤波器到控制电路弦和余弦电压信号,并反馈到乘法器,进而生成误差图5CIGRE高压直流输电标准模型信号e。系统稳态运行时,误差信号e为零,正弦余Fig.5CIGREbenchmarkHVDCsystemmodel弦振荡器的输出与换相电压同步。图2中,对输出电流控制器框图如图6所示。Usyn和Ucom进
8、行了对比,需要指出的是:为了能清楚地观察2个信号的相位关系,将Usyn的幅值增加了+αmax=170°触Iref门控发20%。dq触发单元闭环传递函数为-PI单元脉Id冲1+sτpi1DSαmin=5°UG(s)=K(4)synpisτpisτi图6电流控制器框图式中Kpi和
