HVDC型直流輸電系統的建模與仿真研究

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

　　[關鍵詞]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展，尤其是大功率電力電子器件的可靠性增加，價格降低，光觸發電力電子器件的研制成功等等，為直流輸電的發展提供了可靠的基礎。直流輸電在遠距離、高干擾、高封閉空間的電纜輸電中具有巨大優勢、同時對于大區聯網、不同頻率的電網并列運行及非工頻發電站與系統間的聯網等優勢明顯，其系統研究已日趨成熟，本論文在系統研究基礎上，對系統進行仿真，對仿真進行研究。

　　1 HVDC基本結構及原理

　　1.1 基本結構

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

　　圖1 基本結構

　　由于換流橋與交流系統電壓不匹配，換流橋所需的交流電壓通過換流變壓器把交流系統電壓變為所需電壓;換流器用作整流和逆變，實現交流電與直流電之間的轉換，由 、晶閘管組成;濾波器吸收直流側高次諧波;無功補償裝置調節系統運行所需無功功率，并起到調節電壓作用。直流平波電抗器具有電抗特性，電流電壓及電流波動時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。當交流系統I通過直流輸電線路向交流系統II輸送電能時， 為整流運行狀態， 為逆變運行狀態。因此 相當于電源， 為負載。設直流線路的電阻為 ，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的頻率和電壓相位無關。而且通過控制整流器的觸發角 和逆變器的逆變角 即可實現直流電壓的調節，并不受電流系統電壓幅值這一因素的直接影響。

　　2 HVDC系統建模

　　2.1整體建模

　　在Simulink下對一個單極12脈沖的HVDC建模和仿真。整流橋和逆變器均由兩個通用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線路。由于HVDC系統復雜，將換流器(整流和逆變)、逆變器、濾波器環節子系統封裝。

　　2.2整流環節子系統

　　在整流環節中，變壓器直接采用Simulink庫中三相三繞組模型，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表示。設整流器變壓器二次側三相空載電動勢為eabc，內電感為L，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

　　從交流側和直流側分析，HVDC變換器分別相當于相當于諧波電流源和諧波電壓源。為了對交流側諧波分量進行抑制，交流濾波器提供低阻抗并聯在交流側來實現。在基頻下，交流濾波器還向a整流器提供無功。

　　3仿真結果及分析

　　在晶閘管導通后，電流開始增大，在一定時間后達到低通穩態參考值，同時直流線路開始充電，使得直流電壓達到穩定值，整流器和逆變器均為電流控制狀態。

　　采集波形圖如圖5所示，在經過一段時間后，參考電流從低通穩態值斜線上升到穩態值，整流器為電流控制狀態，逆變器為電壓控制狀態，直流側電壓維持在額定值。經過一段時間后，觸發信號關斷，使得電流斜線下降到低通穩態值。通過HVDC建模可以很好的實現交流到直流變換進而達到直流輸電的目的，為實際的直流輸電系統提供理論支持。

　　參考文獻：

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　　[2] 董毅峰. 交直流混聯電力系統潮流算法研究.[D] 天津大學 2009年

　　[3] 趙曉娜，方玉，李天明 基于Matlab/Simulink的直流輸電系統的建模與仿真[J] 四川電力技術2010(1)25-27

　　【基金】 六安市定向委托皖西學院市級研究項目(2013LW013)