畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）弱交流系統(tǒng)事故對交換站的影響

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題 目：弱交流系統(tǒng)事故對交換站的影響學(xué)生姓名：學(xué) 號：專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化班 級：電氣-1指導(dǎo)教師：弱交流系統(tǒng)事故對交換站的影響摘 要高壓直流輸電（hvdc）對交流系統(tǒng)的故障極其敏感，會(huì)造成整流站或逆變站一些嚴(yán)重問題，這些問題都可能造成直流功率的傳輸中斷。本文分析了與弱交流系統(tǒng)相連的直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性及電壓穩(wěn)定性，并通過對國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)標(biāo)準(zhǔn)高壓直流輸電模型以及svc-hdvc高壓直流輸電模型，利用pscad仿真軟件對交流側(cè)故障對直流交換站的影響進(jìn)行建模仿真。關(guān)鍵詞：弱交流系統(tǒng)；hdvc；短路比；換相失??；pscad/emtd

2、c。weak ac system failure of the dc switching stationabstracthigh-voltage direct current transmission the failure of the communication system is extremely sensitive，rectifier station or the inverter can cause some serious problems station，these problems may result in interruption of dc power transmis

3、sion。this paper analyzes the weak ac system is connected with the dc transmission system operating characteristics and voltage stability，and by cigre and svc-hdvc standard model of high-voltage direct current transmission，pscad simulation software using the ac side of the fault on the dc switching s

4、tation modeling and simulation of the impact.key words: weak ac system; hdvc; short circuit ratio; commutation failure; pscad / emtd.目 錄摘 要iabstractii第一章 引 言11.1高壓直流輸電11.1.1交流與直流輸電技術(shù)的比較11.1.2高壓直流輸電的類型1第二章 弱交流電系統(tǒng)32.1 短路比32.2 與弱交流系統(tǒng)相關(guān)的穩(wěn)定問題32.3 無功補(bǔ)償設(shè)備與有效短路比3第三章 直流交換站33.1直流交換站33.1.1電流源換流器33.1.2電壓源換流器33.

5、2直流變換站數(shù)學(xué)模型及等效電路3第四章 基于pscad軟件的直流輸電系統(tǒng)的控制策略研究34.1 pscad/emtdc介紹34.2國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)標(biāo)準(zhǔn)高壓直流輸電模型34.2.1直流輸電系統(tǒng)基本控制方式34.3 vsc -hvdc直流輸電系統(tǒng)仿真模型34.3.1 spwm信號的產(chǎn)生和鎖相環(huán)電路3第五章 弱交流系統(tǒng)事故對直流交換站的影響35.1故障搭建35.1.1交流系統(tǒng)短路故障35.1.2交流系統(tǒng)斷線以及線路虛接故障35.1.3交流系統(tǒng)整流測濾波器故障損壞35.2故障分析35.2.1交流系統(tǒng)短路故障對交換站的影響35.2.2交流系統(tǒng)斷線故障對交換站的影響35.2.3交流系統(tǒng)濾波器故

6、障對交換站的影響35.3 整流端不同短路比故障分析35.3.1交流系統(tǒng)濾波器故障對交換站的影響3第六章 總結(jié)3參考文獻(xiàn)3第一章 引 言1.1 高壓直流輸電高壓直流輸電技術(shù)是利用穩(wěn)定的直流電具有無感抗，容抗也不起作用，無同步問題等優(yōu)點(diǎn)而采用的大功率遠(yuǎn)距離直流輸電。輸電過程為直流。常用于海底電纜輸電，非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)之間的連絡(luò)等方面。高壓直流輸電技術(shù)被用于通過架空線和海底電纜遠(yuǎn)距離輸送電能；同時(shí)在一些不適于用傳統(tǒng)交流聯(lián)接的場合，它也被用于獨(dú)立電力系統(tǒng)間的聯(lián)接.在一個(gè)高壓直流輸電系統(tǒng)中，電能從三相交流電網(wǎng)的一點(diǎn)導(dǎo)出,在換流站轉(zhuǎn)換成直流，通過架空線或電纜傳送到接受點(diǎn)；直流在另一側(cè)換流站轉(zhuǎn)化成交流后

7、，再進(jìn)入接收方的交流電網(wǎng)。直流輸電的額定功率通常大于100兆瓦，許多在1000-3000兆瓦之間。高壓直流輸電用于遠(yuǎn)距離或超遠(yuǎn)距離輸電，因?yàn)樗鄬鹘y(tǒng)的交流輸電更經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用高壓直流輸電系統(tǒng)，電能等級和方向均能得到快速精確的控制，這種性能可提高它所連接的交流電網(wǎng)性能和效率，直流輸電系統(tǒng)已經(jīng)被普遍應(yīng)用。 直流輸電線造價(jià)低于交流輸電線路但換流站造價(jià)卻比交流變電站高得多。一般認(rèn)為架空線路超過600-800km，電纜線路超過40-60km直流輸電較交流輸電經(jīng)濟(jì)。隨著高電壓大容量可控硅及控制保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，換流設(shè)備造價(jià)逐漸降低直流輸電近年來發(fā)展較快。我國葛洲壩一上海1100km、500kv,輸送容量的直流

8、輸電工程，已經(jīng)建成并投入運(yùn)行。1.1.1 交流與直流輸電技術(shù)的比較電力系統(tǒng)中在對直流輸電和交流輸電兩種方式進(jìn)行比較時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮以下因素； （1）技術(shù)性能；（2）可靠性；（3）經(jīng)濟(jì)性高壓直流輸電系統(tǒng)具有下列運(yùn)行特性：（1）功率傳輸特性、眾所周知，隨輸送容量不斷增加，穩(wěn)定問題越來越成為交流輸電的制約因素為了滿足穩(wěn)定問題，常需采取串補(bǔ)、靜補(bǔ)、調(diào)相機(jī)、開關(guān)站等措施，有時(shí)甚至不得不提高輸電電壓但是，這將增加很多電氣設(shè)備，代價(jià)是昂貴的。直流輸電沒有相位和功角，當(dāng)然也就不存在穩(wěn)定間題，只要電壓降、網(wǎng)損等枝術(shù)指標(biāo)符合要求，就呵達(dá)到傳輸?shù)娜盏模瑹o需考慮穩(wěn)定問題，這是直流輸電的重要特點(diǎn)，也是一大優(yōu)勢（2）線路故障

9、時(shí)的自防護(hù)能力、交流線路單相接地后，其消除過程一般約0.40.8s，加上重合閘時(shí)間約隊(duì)0.61秒恢復(fù)，另外直流線路單極接地，整流、逆變兩側(cè)晶閘管閥立即閉鎖，電壓降到零，迫使直流電流降到零，故障電弧熄滅不存在電流無法過零的困難，直流線瞎卑極故障的恢復(fù)時(shí)問一般在0.20.35秒內(nèi)。（3）過負(fù)荷能力通常交流輸電線路具有較高的持續(xù)運(yùn)行能力，受發(fā)熱條件限制的允許最大連續(xù)電流比正常輸送功率大得多，其最大輸送容量柱往受穩(wěn)定極限控制直流線路也有一定的過負(fù)荷能力，受制約的往往是換流站然而下列日京限制了直流輸電的應(yīng)用范圍： （1）直流斷路器的費(fèi)用高； （2）不能用變壓器來改變電壓等級； （3）換流設(shè)備的費(fèi)用高；

10、（4）由于產(chǎn)生諧波，需要加交流和直流濾波器，從而增加了換流站的費(fèi)用； （5）控制復(fù)雜。 近年來，直流技術(shù)已有了明顯的迸步，除了上述的第（2）條之外，其余缺點(diǎn)都可予以克服這些技術(shù)如下： （1）直流斷路器的進(jìn)展； （2）晶閘管的模塊化結(jié)構(gòu)和額定值增加； （3）換流器果用12或24脈波運(yùn)行； （4）采用氧化金屬變阻器； （5）換流器控制采用數(shù)字和光纖技術(shù)。上述技術(shù)已經(jīng)改善了直流系統(tǒng)的可靠性和降低了換流站的費(fèi)用和控制的復(fù)雜性己不成為一個(gè)問題，實(shí)際上已用來對正常和非正常運(yùn)行提供可靠和快速的控制此外，還可以采用控制來將兩端直流聯(lián)絡(luò)線中的直流電流降到零，而不需要直流斷路器甚至在多端直流系統(tǒng)中，還將直流斷路器

11、作為有效的控制手段另外經(jīng)濟(jì)性和可靠性也不錯(cuò)，這樣就大力推動(dòng)了直流輸電在電力系統(tǒng)中應(yīng)用。1.1.2 高壓直流輸電的類型 高壓直流聯(lián)絡(luò)線大致可分以下幾類；（1）單極聯(lián)絡(luò)線型；單極聯(lián)絡(luò)線的基本結(jié)構(gòu)如圖1.1所示，通常采用一根負(fù)極性的導(dǎo)線而由大地或水提供回路出于對造價(jià)的考慮，常采用這類系統(tǒng)，對電纜傳輸來說尤其如此這類結(jié)構(gòu)也是建立雙極系統(tǒng)的第一步當(dāng)大地電阻率過高，或不允許對地下（水下）金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干擾時(shí)，用金屬回路代替大地作回路，形成金屬性回賂的導(dǎo)體處于低電壓。 圖1.1單極聯(lián)絡(luò)線型（2）雙極聯(lián)絡(luò)線型；雙極聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)如圖1.2所示有兩根導(dǎo)線，一正一負(fù)，每端有兩個(gè)為額定電壓的換流器串聯(lián)在直流側(cè)，兩個(gè)換流器

12、間的連接點(diǎn)接地、正常時(shí)，兩極電流相等且無接地電流兩極可獨(dú)立運(yùn)行，若因一條線路故障而到致一極隔離，另一極可通過大地運(yùn)行，能承擔(dān)一半的額定負(fù)荷，或利用換流器及線路的過載能力，承擔(dān)更多的負(fù)荷。圖1.2 雙極hdvc聯(lián)絡(luò)線（3）同極聯(lián)絡(luò)型；同極聯(lián)絡(luò)線結(jié)構(gòu)如圖1.3所視，導(dǎo)線數(shù)不少于兩根，所有導(dǎo)線同極性通常最好為負(fù)極性，因?yàn)樗呻姇炓鸬臒o線電下的干擾較小，這樣的系統(tǒng)采用大地作為回路。當(dāng)一條線路發(fā)生故障時(shí)，換流器可為余下的線路供電，這些導(dǎo)線有一定的過載能力，能承受比正常情況更大的功率。相反，對雙極系統(tǒng)采說，重新將整個(gè)換流器連接到線路的一極上要復(fù)雜得多，通常是不可行的，在考慮連續(xù)的地電流是可接受的情況下同

13、極聯(lián)絡(luò)線具有突出的優(yōu)點(diǎn)。圖1.3 同極hdvc聯(lián)絡(luò)線第二章 弱交流電系統(tǒng)2.1 短路比交流系統(tǒng)的強(qiáng)弱是相對于直流系統(tǒng)的輸送能力而言的，可用交流母線的短路容量ssc 與直流額定輸送功率pdn 的比值（即短路比scr）來表示，scr3 時(shí)該系統(tǒng)可視為弱交流系統(tǒng)。如基電壓為換流母線額定電壓，基準(zhǔn)功率為pdn ，則有下式成立。交流系統(tǒng)短路容量ssc(mva)為式中v是額定功率下的換相母線電壓，zpu 為交流系統(tǒng)等值阻抗的標(biāo)么值是由發(fā)電機(jī)、變壓器、傳輸線和負(fù)荷等因素決定的?？紤]到交流系統(tǒng)濾波器及無功補(bǔ)償電容器的作用時(shí)，可引入有效短路比escr，定義如下 式中qc 為換流站交流母線電壓取額定值時(shí)由交流濾波

14、器及補(bǔ)償電容所產(chǎn)生的無功；bcpu 為交流濾波器及補(bǔ)償電容的等值電納標(biāo)幺值。弱交流系統(tǒng)故障期間通常會(huì)發(fā)生更為嚴(yán)重的電壓降落，且系統(tǒng)無法提供快速恢復(fù)所需要的無功，造成其恢復(fù)速度較慢，同時(shí)在諧波以及換流母線的不穩(wěn)定電壓作用下，極易發(fā)生逆變器的后繼換相失敗，這會(huì)進(jìn)一步延緩系統(tǒng)的恢復(fù)速度。較強(qiáng)交流系統(tǒng)的無功功率充足，故障期間電壓降落幅度相對較小。2.2 弱交流系統(tǒng)相關(guān)的穩(wěn)定問題 弱交流系統(tǒng)相連的直流輸電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下穩(wěn)定問題：（1）動(dòng)態(tài)過電壓與暫態(tài)電壓波動(dòng)在直流功率傳輸時(shí)換流器吸收的無功功率降為零，由于無功補(bǔ)償切除時(shí)間的延時(shí)，此時(shí)無功過剩會(huì)導(dǎo)致交流系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過電壓，可能引起用戶設(shè)備的損壞。弱交

15、流系統(tǒng)中，并聯(lián)電抗器與電容器的投切會(huì)產(chǎn)生不可接受的暫態(tài)電壓波動(dòng)。（2）負(fù)荷特性引起的電壓不穩(wěn)定性; 一端連于弱交流系統(tǒng)的hvdc系統(tǒng)，逆變側(cè)交流電壓和直流電壓對負(fù)荷變化相當(dāng)敏感。電壓下降時(shí)，直流電流增加，而實(shí)際功率的增加很少。這將使系統(tǒng)從干擾中恢復(fù)變得困難。直流系統(tǒng)的響應(yīng)有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致交流電壓的崩潰，為恢復(fù)功率，采用定功率控制增加了直流電流。為維持換相裕度，逆變器的逆變角可能增加，導(dǎo)致電壓進(jìn)一步下降。隨著電壓下降，逆變器吸收了更多無功，而并聯(lián)電容器發(fā)出更少的無功。整個(gè)過程形成一個(gè)正反饋，導(dǎo)致電壓持續(xù)下降，這種情況發(fā)生在逆變側(cè)就會(huì)引起逆變器換相失敗最終導(dǎo)致電壓崩潰。這種情況系統(tǒng)的靈敏性隨著補(bǔ)償容

16、量的增加而增加。(3)諧波諧振和諧波不穩(wěn)定大多數(shù)諧波問題是由于交流電容器、濾波器和交流系統(tǒng)之間在較低次諧波頻率下并聯(lián)諧振引起。如果在這些元件發(fā)生諧振，那么會(huì)在換流母線處的感性元件和容性元件之間產(chǎn)生高阻抗并聯(lián)諧振。遠(yuǎn)離系統(tǒng)的地方可能會(huì)產(chǎn)生低阻抗串聯(lián)諧振條件，諧波電壓會(huì)趨于放大而產(chǎn)生諧波不穩(wěn)定。(4)直流系統(tǒng)在故障恢復(fù)時(shí)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定問題在故障消除后，直流如能盡快恢復(fù)，將改善整個(gè)系統(tǒng)的性能。但交流系統(tǒng)較弱時(shí)，過快恢復(fù)會(huì)引起連續(xù)的換相失敗和受端交流電壓不穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)在直流端附近時(shí)，對滿足無功需求和提高電壓穩(wěn)定是很有幫助的。連于弱系統(tǒng)，特別是弱受端系統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)，可采取以下措施提高穩(wěn)定性:(1)在

17、逆變器側(cè)加裝同步調(diào)相機(jī)和靜止無功補(bǔ)償器;(2)在直流控制策略上，把定功率控制切換為定電流控制，在逆變側(cè)采用低壓限流(vdcol)，以使交流電壓降低時(shí)降低直流電流;(3)采用改進(jìn)的換流器方案。采用人工或強(qiáng)迫換相的換流器，如ccc/cscc。2.3無功補(bǔ)償設(shè)備與有效短路比穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下hvdc的無功特性與直流線路參數(shù)無關(guān)，由換流器無功需求及無功補(bǔ)償容量共同決定。直流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償原則是：無論聯(lián)于強(qiáng)交流系統(tǒng)還是弱交流系統(tǒng)，直流系統(tǒng)所需無功均由補(bǔ)償裝置提供，即要求直流系統(tǒng)與交流系統(tǒng)之間基本上沒有無功交換，稱為“零無功交換原則”。一般而言，交流側(cè)無功由濾波器及電容器組共同提供，只有當(dāng)系統(tǒng)無功裕度較小或必須考

18、慮電壓穩(wěn)定問題時(shí)，才采用靜止無功補(bǔ)償裝置，很少采用同步補(bǔ)償裝置。 固定電容（fixed capacitor，fc）補(bǔ)償越大，有效短路比escr越小；在過激或欠激的情況下，同步調(diào)相機(jī)（synchronous compensator，sc）可分別發(fā)出不同大小的容性無功或感性無功，且其無功輸出不受系統(tǒng)電壓的影響，故障恢復(fù)期間sc可等效為一電壓源與阻抗的串聯(lián)組合，該阻抗可取為sc的暫態(tài)電抗或次暫態(tài)電抗。sc的接入使得交流系統(tǒng)的短路容量明顯增大，系統(tǒng)得到明顯增強(qiáng)。sc雖在實(shí)際工程中很少應(yīng)用，但它在聯(lián)于弱交流系統(tǒng)的hvdc換流站中仍發(fā)揮著重要作用。 靜止無功補(bǔ)償器（svc）是一種被廣泛應(yīng)用的快速無功補(bǔ)償設(shè)

19、備，晶閘管控制電抗器（thyristor controlled reactor，tcr）與晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitor，tsc）型svc的電壓電流特性曲線如圖2.3所示。圖2.3 svc補(bǔ)償特性曲線圖中011、022、033和044分別為svc中tcr并聯(lián)1組、2組、3組和4組電容器時(shí)的電壓電流特性曲線。svc正常運(yùn)行于o1、o2之間的線性可控范圍內(nèi)時(shí)，svc可等效為電壓源vref 與阻抗xsl 串聯(lián)以后再并聯(lián)到交流電網(wǎng)；如交流故障使得母線電壓下降很大，tsc投入全部電容使svc運(yùn)行在容性限制的范圍內(nèi)時(shí)，svc應(yīng)視為大電容與變壓器漏感（svc一般經(jīng)

20、變壓器與交流母線聯(lián)接）的串聯(lián)組合，這在很大程度上增大了交流系統(tǒng)的等值阻抗，且無法改變交流系統(tǒng)短路容量，escr變得很小，使得直流系統(tǒng)的恢復(fù)更加困難，且很可能發(fā)生后繼換相失敗。相反地，當(dāng)svc運(yùn)行在感性限制范圍時(shí)，svc可視為電感與變壓器漏感的組合，在此狀態(tài)下svc對系統(tǒng)有增強(qiáng)的作用。 目前廣泛采用的靜止無功電源（svg）是電壓型橋式電路，由可關(guān)斷晶閘管（gto）與二極管反向并聯(lián)構(gòu)成逆變器，通過電抗器或直接并聯(lián)于電壓為vs的交流母線，其基本原理如圖2.4所示。適當(dāng)調(diào)節(jié)svg交流側(cè)輸出電壓va的幅值和相角，或直接控制其交流側(cè)電流ig即可以使該電路發(fā)出或吸收無功，從而實(shí)現(xiàn)無功功率的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。 svg

21、與svc相比，直流側(cè)電容很小。交流系統(tǒng)故障期間svg的運(yùn)行特性與sc相似，可視為電壓源與阻抗（變壓器漏抗）的串聯(lián)，因此svg不會(huì)增加交流系統(tǒng)的強(qiáng)度，且由于其不是旋轉(zhuǎn)設(shè)備，也不會(huì)在恢復(fù)過程中引起振蕩。圖2.4 svg補(bǔ)償原理圖第三章 直流交換站3.1直流交換站高壓直流輸電系統(tǒng)主要包括換流站和線路兩大部分。換流站(包括整流站和逆變站)由于設(shè)備較多，價(jià)格較貴，因此，它是高壓直流輸電系統(tǒng)最主要的組成部分。本章將主要介紹換流站的主要設(shè)備。圖3.1直流輸電設(shè)備簡圖換流站中主要電氣設(shè)備包括: 1. 換流器 其主要作用是將交流電力變換成直流電力或反之。 2換流變壓器 向換流器提供交流功率或從換流器接受功率的變

22、壓器。 3. 交流斷路器 將直流側(cè)空載的換流裝置投入到交流電力系統(tǒng)或從其中切除，當(dāng)換流站主要設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，在直流電流的旁路形成后，可用它將換流站從交流系統(tǒng)中切除。 4直流電抗器 又稱為平波電抗器，其主要作用是抑制直流過電流的上升速度，并用于直流線路的濾波，同時(shí)對于沿直流線路向換流站入侵的過電壓也將起緩沖作用。 5阻尼器 并聯(lián)于換流器閥的阻尼器主要用來阻尼閥關(guān)斷時(shí)引起的振蕩，抑制相過電壓，線路阻尼器用于阻尼線路在異常運(yùn)行情況下發(fā)生的振蕩。 6濾波器 主要作用是對交流側(cè)和直流側(cè)進(jìn)行濾波。裝于交流側(cè)的稱為交流濾波器，裝于直流側(cè)的稱為直流濾波器。交流濾波器除了對交流側(cè)進(jìn)行濾波外，還可為換流站提供一部

23、分無功功率。 7無功補(bǔ)償裝置 換流器在運(yùn)行時(shí)需要消耗無功功率除了濾波器提供部分無功外，其余則由安裝在換流站內(nèi)的無功補(bǔ)償裝置(包括電力電容器、同步調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器)提供。逆變器的無功補(bǔ)償裝置，一般還應(yīng)供給部分受端交流系統(tǒng)負(fù)載所需要的無功功率。另外，無功補(bǔ)償裝置可兼作電壓調(diào)節(jié)之用，靜止補(bǔ)償器和裝有快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的同步調(diào)相機(jī)也有助于提高直流輸電系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。 8過電壓保護(hù)器 其作用是保護(hù)站內(nèi)設(shè)備(特別是換流器)兔受雷擊和操作過電壓之害。在有直流電壓的結(jié)點(diǎn)必須裝設(shè)直流避雷器。 9電壓互感器和電流互感器 對交流系統(tǒng)采用交流電壓互感器和電流互感器；對直流側(cè)需采用直流電壓互感器和直流電流互感器。 10

24、接地電極 其主要作用是連接大地(或海水)回路，固定換流站直流側(cè)的對地電位。 11調(diào)節(jié)裝置 根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，自動(dòng)控制換流器的觸發(fā)相位，調(diào)節(jié)直流線路的電壓、電流和功率。 12繼電保護(hù)裝置 檢測換流站內(nèi)設(shè)備(特別是換流器)和直流線路的故障、并發(fā)出故障處理的指令。 13. 高額阻塞裝置 抑制換流器在換相過程中所引起的無線電干擾。本章主要討論換流站中一次主要設(shè)備，包括換流器、直流電抗器、濾波器等并了解對這些設(shè)備的一些特殊要求。直流換流站分為電流源交換站和電壓源交換站，為了能夠?qū)㈦娔軓慕涣髯兂芍绷骰驈闹绷髯兂山涣?直流輸電系統(tǒng)會(huì)需要一個(gè)電子換流器?？梢酝瓿蛇@一變換的器件有兩種，一種是電流源換流器（cs

25、c），另一種是電壓源換流器（vsc）。圖3.1 （a）電流源換流器和（b）電壓源換流器3.1.1 電流源換流器 在對傳統(tǒng)6脈波橋(圖3.1.1)進(jìn)行理論分析時(shí)需作如下假設(shè)： 1)直流電流id恒定(即平波電抗器ld為無窮大)； 2)閥為理想開關(guān)； 3)交流系統(tǒng)為無窮大(即三相電動(dòng)勢平衡并且是完全正弦形的)。 由于換流變壓器漏電感的存在，從一個(gè)閥換相到另一個(gè)閥不是瞬時(shí)完成的。換相交疊過程是必然存在的，交疊過程的長短與漏電感的大小有關(guān)。在任何時(shí)刻，可能會(huì)有兩個(gè)、三個(gè)或四個(gè)閥同時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)。在最一般的情況下，當(dāng)換流變壓器的漏抗取典型值1318時(shí)，任一時(shí)刻可能會(huì)有兩個(gè)或三個(gè)閥處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖3.1.1

26、 6脈波橋式電路相應(yīng)地，此時(shí)的換相角(國家標(biāo)準(zhǔn)中稱為重疊角，但電力行業(yè)內(nèi)習(xí)慣稱為換相角)將小于60度，其典型值為2025度。即在換相過程中有三個(gè)閥導(dǎo)通，而在兩次換相之間只有兩個(gè)閥導(dǎo)通。兩閥導(dǎo)通或三閥導(dǎo)通的工況如圖2.3所示。為了導(dǎo)出換流器交流側(cè)和直流側(cè)變量之間的關(guān)系，采用分兩步推導(dǎo)的做法：第一步，采用沒有漏電抗(換相電抗)的理想換流器模型，即沒有換相過程；第二步，考慮漏電抗的作用，但由此引起的換相角應(yīng)小于60度。 圖2.3 換相閥兩閥導(dǎo)通簡圖3.1.2 電壓源換流器大功率、高電壓的gto和igbt閥在20世紀(jì)90年代的商業(yè)化的應(yīng)用，使得vsc在高壓直流輸電中得到廣泛的應(yīng)用。本質(zhì)上vsc是csc

27、于svc相并聯(lián)，使其變得更加靈活?？梢圆捎貌煌拿}寬調(diào)制（pwm）技術(shù)使vsc運(yùn)行于逆變和整流狀態(tài)，為交流側(cè)提供正弦波形輸出。電壓源換流器(vsc)的優(yōu)點(diǎn)有：（1）快速控制有功和無功功率。（2）高電能質(zhì)量。（3）對環(huán)境影響最小。（4）可與弱交流系統(tǒng)甚至是無源網(wǎng)絡(luò)連接。vsc的運(yùn)行原理如圖圖 2.1 vsc的運(yùn)行原理圖2.1 說明了vsc的運(yùn)行原理。直流側(cè)電容器c和交流側(cè)電感器lc是vsc的必備元件。直流電壓vd被監(jiān)視并與參考值vref做比較以產(chǎn)生一誤差信號來調(diào)節(jié)pwm控制器。3.2 直流變換站數(shù)學(xué)模型以及等圖3.2 直流輸電換流器等效計(jì)算電路換流器的穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以根據(jù)上圖來加以描述，穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)

28、模型的輸入變量有3個(gè)，輸出變量有5個(gè)，其輸入輸出關(guān)系如下圖所示 其中3個(gè)輸入變量分別為：（i）換流站交流母線線電壓e（kv）。（2）觸發(fā)角()。（3）平波電抗器上的直流電流id（ka）。而5個(gè)輸出變量分別為：（l）平波電抗器后的直流電壓vd（kv）。（2）換相角。（3）關(guān)斷角。 （4）交流系統(tǒng)注入基波有功勸率p（kw）。（5）交流系統(tǒng)注入基波無功功率q（kva）。 直流電壓ud的計(jì)算公式為其等效電路如圖3.2所示圖3.2換流器等效電路換流器運(yùn)行特征變量的計(jì)算公式為交流側(cè)變量計(jì)算公式為交流側(cè)近視計(jì)算公式3.3 換流變壓器換流站所用的電力變壓器稱為換流變壓器它和普通電力變壓器在結(jié)構(gòu)上基本相同。但由

29、于兩者運(yùn)行條件的不同，所以換流變壓器在設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行上都具有一定的持點(diǎn)。一 換流變壓器的特點(diǎn)1短路電抗當(dāng)換流器的閥臂發(fā)生絕緣破壞事故時(shí)造成換流變壓器的橋側(cè)短路；而換流器的換相過程實(shí)際上就是換流器二相短路過程。為了防止過大的短路電流通過當(dāng)時(shí)正導(dǎo)通著的健全閥而損壞其它的元件，所以換流變壓器應(yīng)具有足夠大的漏電抗來限制短路電流。當(dāng)交流系統(tǒng)容量比換流器容量大得多，即交流系統(tǒng)的等值電抗比換流變壓器漏抗小很多時(shí)，把換流變壓器的漏抗作為換相電抗(短路電抗)。但換流變壓器的漏抗也不宜選擇得過大否則換流器在運(yùn)行中消耗的無功功率將增加，需要加大無功補(bǔ)償設(shè)備的容量，此外直流電壓中換相壓陷也將過大，因此換流變壓器短路

30、電抗的選擇要兼顧到這兩方面，一般取值為15202直流磁化(直流偏磁)如果換流器觸發(fā)相所用的時(shí)間間隔不相等，則交流相電流的正負(fù)半波不同，它的平均值將不等于零。也就是相電流中存在著直流分量，這一直流分量流過換流變壓器橋側(cè)繞組時(shí)，將產(chǎn)生直流磁化現(xiàn)象(也稱直流偏磁)。3.4 直流電抗器直流電抗器(又稱平波電抗器)在主回路中的作用主要有以下幾個(gè)方面：減少直流側(cè)的交流脈動(dòng)分量、小電流時(shí)保持電流的連續(xù)性以及當(dāng)直流送電回路發(fā)生故障時(shí)能抑制電流的上升速度。從以上作用來看，希望它的電感量越大越好。但是電感量過大，當(dāng)電流迅速變化時(shí)在直流電抗器上產(chǎn)生的過電壓就越大。另外作為一個(gè)延時(shí)環(huán)節(jié)，電感量過大對額定電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)

31、不利。所以在滿足上述三相要求的前提下，直流電抗器的電感量應(yīng)盡量小。第四章 基于pscad軟件的直流輸電系統(tǒng)的控制策略研究4.1 pscad/emtdc介紹程序emtdc(electronic-magnetic transient in dc system)是目前世界上被廣泛使用的一種電力系統(tǒng)分析軟件。該軟件能研究交直流電力系統(tǒng)問題，也能夠完成電力電子仿真及非線性控制的多功能工具(versatile tool)。特別是pscad圖形界面(gui)的開發(fā)成功，使得用戶能更方便地使用emtdc以進(jìn)行電力系統(tǒng)仿真計(jì)算，而且軟件可以作為實(shí)時(shí)數(shù)字仿真器(rtds，real time digital sim

32、ulator)的前置端(front end)?，F(xiàn)在新版的pscad/em tdc不但有工作站版(適用于unix work stations)，而且有微機(jī)版(pc版)，其大規(guī)模的計(jì)算容量、完整而準(zhǔn)確的元件模型庫、穩(wěn)定高效的計(jì)算內(nèi)核、友好的界面和良好的開放性等特點(diǎn)，已經(jīng)被世界各國的科研機(jī)構(gòu)、學(xué)校和電氣工程師所廣泛使用。pscad/emtdc軟件包的主要功能是進(jìn)行電力系統(tǒng)時(shí)域和頻域計(jì)算仿真，典型應(yīng)用是計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，電參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律；另外，pscad/em tdc軟件包可以廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、facts控制器的設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)諧波分析及電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算。pscad/e

33、m tdc有元件模型庫非常全面，其中高壓直流輸電(hvdc)及靈活交流輸電(facts)模型庫，包括二極管、晶閘管、gto、igbt及避雷器模型庫，可以進(jìn)行電力電子仿真、模擬facts元件(如svc)和hvdc特性，為本文的工作提供了一個(gè)方便而專業(yè)的仿真平臺(tái)pscad/emtdc配有圖形輸入程序，是emtdc的前處理程序，用戶在面板上可以構(gòu)造電氣連接圖，輸入各個(gè)元件的參數(shù)值，運(yùn)行時(shí)則通過fortran編譯器進(jìn)行編譯、連接，運(yùn)行的結(jié)果可以隨著程序的進(jìn)度在plot中實(shí)時(shí)生成曲線，以檢驗(yàn)運(yùn)算結(jié)果是否合理，并能與matlab接口。此外，pscad/emtdc還具有強(qiáng)大的自定義功能及支持子網(wǎng)嵌套的功能，

34、用戶可以根據(jù)自己需要?jiǎng)?chuàng)建具有特定功能的電路模塊。正是由于pscad/em tdc軟件強(qiáng)大的仿真功能，全面的元件模型庫以及專業(yè)電力數(shù)據(jù)分析，建立了多種情況下基于電壓源型和電流源型直流輸電系統(tǒng)的仿真模型，從而對hvdc的運(yùn)行特性有更深刻的研究。4.2國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)標(biāo)準(zhǔn)高壓直流輸電模型圖4.1國際大電網(wǎng)會(huì)議(cigre)標(biāo)準(zhǔn)高壓直流輸電模型由于沒有得到實(shí)際運(yùn)行的高壓直流輸電(hvdc)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，因此本文仿真計(jì)算的模型是基于國際大電網(wǎng)協(xié)會(huì)cigre直流聯(lián)絡(luò)線研究委員會(huì)hvdc系統(tǒng)控制工作組提出的第一個(gè)用于hvdc控制研究的標(biāo)準(zhǔn)測試模型。因此，用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型作為研究的對象。可以反映hvdc

35、控制研究中主要問題，而且也具有代表性。 cigre高壓直流輸電詳細(xì)模型圖4.2和圖4.3所示圖4.2 整流站主接線圖從圖3.2的左側(cè)是整流站模型的濾波設(shè)備，稱為交流濾波器，主要作用是對交流側(cè)和直流側(cè)進(jìn)行濾波。交流濾波器除了對交流側(cè)進(jìn)行濾波外，還可為換流站提供一部分無功功率，但是對于本仿真模型來說，是提供大量的無功。緊接著是交流母線部分，連接交流母線的是換流變壓器，換流變壓器采用星三角接法，再過來接著是12脈沖的換流器，它的結(jié)構(gòu)簡圖如下所示：圖4.3 6脈沖換流器接下來是逆變站的詳細(xì)模型結(jié)構(gòu)圖圖4.4 逆變站主接線圖換流站控制在直流輸電系統(tǒng)中占有很重要的作用，這部分在直流輸電中屬于極控制級。采用

36、限制的定電流控制法，整流側(cè)定電流控制器采用pi控制，pi控制器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。pi控制器的輸出為觸發(fā)角betar，它與整流側(cè)的觸發(fā)延遲角aor之間的關(guān)系為=180betar。pl控制器環(huán)節(jié)其參數(shù)為 k=1.0989，t=0.010925，pmax=3.054(175)，pmin=0.52(30)。圖4.5 cigre輸電模型整流側(cè)定電流控制簡圖對于整流器，如果測得的電流實(shí)際值小于整定值，則必須減小aor角，增大cosa，也就是增大整流器的空載電壓，使電流增大(或接近)到整定值。反之，如果測得的電流實(shí)際值大于整定值，則增大aor角，減小cosa。，使電流減小到整定值。圖 4.6 逆變站詳細(xì)控制

37、圖cigre直流輸電模型的控制方式采用的是定電流和定電壓控制，一、定電流控制特性及原理定電流控制是直流輸電系統(tǒng)最基本的控制方式之一，在正常運(yùn)行過程中，由于某種原因而引起的直流電流id的偏移，都將由這一控制系統(tǒng)快速地將電流調(diào)整到正常值，也就是說定電流控制器的主要任務(wù)就是要維持直流電流的恒定。定電流控制中的電流調(diào)節(jié)器實(shí)際上是一種簡單的帶反饋的高增益放大器。在整流側(cè)，定電流控制器的輸入是電流整定值與實(shí)際電流的偏差，由這個(gè)偏差驅(qū)動(dòng)pi控制器得到的輸出作為觸發(fā)角的相關(guān)信號，通常這個(gè)輸出就直接作為觸發(fā)延遲角的指令值。首先通過直流互感器來測量直流電流id，并將直流電流與電流整定值(也稱為電流指令)進(jìn)行比較，

38、然后將比較后的差值輸入控制放大器中進(jìn)行放大，放大的信號被輸入到相位控制回路作為控制電壓來進(jìn)行所需的相位控制，從而達(dá)到控制直流電流為恒定的目的。圖3.1 cigre 直流輸電控制器總框圖圖3.2直流輸電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行曲線1、整流側(cè)換流母線電壓下降時(shí)逆變側(cè)控制器的動(dòng)作機(jī)理分析正常時(shí)整流側(cè)由定電流控制決定系統(tǒng)運(yùn)行電流，逆變側(cè)由定凡控制決定系統(tǒng)運(yùn)行電壓，此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行在a點(diǎn)。當(dāng)交流電壓下降很小時(shí)，整流側(cè)在定電流控制作用下迅速將。角減小，只要。角還沒有達(dá)到其上限。pi就可以使電流恢復(fù)到整定值，運(yùn)行點(diǎn)保持不變，仍然在a點(diǎn)。交流電壓下降較小，但a角已達(dá)到其上限。時(shí)，整流側(cè)限制在定amln控制曲線上，電流未能恢復(fù)到整

39、定值而有所下降，逆變側(cè)電流偏差控制開始起作用，逆變側(cè)仍為定r控制，不過此時(shí)的整定值還包括由電流偏差控制產(chǎn)生的r角增量，運(yùn)行點(diǎn)在b、c、d點(diǎn)。電壓下降較多時(shí)，整流側(cè)仍為定amln控制，逆變側(cè)vdcol控制投入，電流跟隨電壓下降，運(yùn)行點(diǎn)在e、f、g點(diǎn)。電壓下降很多時(shí)，整流側(cè)仍為定amln控制，逆變側(cè)進(jìn)入最小電流限制控制，使電流保持在定電流曲線id=0.45上，運(yùn)行點(diǎn)在h、i點(diǎn)。2、逆變側(cè)換流母線電壓下降時(shí)整流側(cè)控制器的動(dòng)作機(jī)理分析正常時(shí)整流器由定電流控制決定系統(tǒng)運(yùn)行電流，逆變側(cè)由定r控制決定系統(tǒng)運(yùn)行電壓，此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行在a點(diǎn)。逆變側(cè)電壓降低較小時(shí)，整流側(cè)在定電流控制作用下迅速將r角增大，使電流恢復(fù)到

40、整定值，整流側(cè)定電流運(yùn)行，逆變側(cè)仍為定從運(yùn)行，運(yùn)行點(diǎn)在定電流直線上下移動(dòng)，運(yùn)行在k點(diǎn)。逆變側(cè)電壓下降較多時(shí)，整流側(cè)vdcol控制投入使用，使整流側(cè)電流減小，逆變側(cè)仍為定r控制，運(yùn)行點(diǎn)在m、n、x點(diǎn)。逆變側(cè)電壓下降很多時(shí)，整流側(cè)進(jìn)入最小電流限制控制，使電流保持在定電流曲線id=0.55上，逆變側(cè)仍為定r控制。運(yùn)行點(diǎn)在y、z點(diǎn)。交流系統(tǒng)波動(dòng)不大的情況下，通過hvdc的傳統(tǒng)控制方式間的靈活轉(zhuǎn)換可以一定程度上避免換相失敗的發(fā)生。hvdc特有的低壓限流環(huán)節(jié)(vdcol)，可以在直流電壓或交流電壓跌落到某個(gè)指定值時(shí)對直流電流指令進(jìn)行限制，有助于抑制換相失敗的發(fā)生。此外，控制器的參數(shù)需經(jīng)優(yōu)化后方能使系統(tǒng)整體

41、性能達(dá)到最佳。4.2.1直流輸電系統(tǒng)基本控制方式在實(shí)際系統(tǒng)中，為了滿足正常的運(yùn)行要求，直流系統(tǒng)換流站的控制通常備有如下的基本控制方式:1.直流電流控制，保持電流等于給定值定電流調(diào)節(jié)的基本原理是，把直流電流互感器測得的系統(tǒng)實(shí)際直流電流id和電流整定值ido進(jìn)行比較，再將誤差進(jìn)行放大。放大器的輸出用來控制相位控制電路，改變整流器的觸發(fā)角，使差值消失或減小，以保持id等于或接近于ido。2.直流電壓控制，定電壓調(diào)節(jié)的原理和定電流調(diào)節(jié)原理相似，只是反饋信號為直流電壓。它保持直流線路送端或受端的電壓在給定的范圍內(nèi)或等于給定值，定電壓控制有利于提高換流站交流電壓的穩(wěn)定性，另外，在輕負(fù)載(直流電流小于額定值

42、)運(yùn)行時(shí)，由于逆變器的熄弧角y比滿載運(yùn)行時(shí)大，對防止換相失敗有利。3.整流器觸發(fā)延遲角(a角)控制，直流輸電基本控制仿真分析使正常運(yùn)行時(shí)a角較小，一般保持在10度20度范圍內(nèi)，以小無功功率的損耗，并留有調(diào)節(jié)的余地來控制直流功率潮流。4.逆變器熄弧角行角)控制，為了保證逆變器的安全運(yùn)行，限制熄弧角不小于給定的最小熄弧角0，以減小換相失敗的概率，提高運(yùn)行可靠性。另外，為了盡可能提高逆變器功率因數(shù)，降低無功功率的損耗，又希望它在較小的角狀態(tài)下運(yùn)行，因此有熄弧角的調(diào)節(jié)裝置，使其運(yùn)行在定0特性上。5.功率控制，通常要求hvdc聯(lián)絡(luò)線傳輸預(yù)定的功率。在這種應(yīng)用中，相應(yīng)的電流指等于功率指令除以測量的直流電壓

43、。功率控制單元一般設(shè)在高一級的控制，如主控制部分。在以上的基本控制環(huán)節(jié)中都要有一些限制環(huán)節(jié)，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行主要是電流限制和觸發(fā)角限制。1.電流限制確定電流整定值時(shí)必須考慮如下限制:（1）最大電流限制。為避免換流閥受到過熱損害，一般短時(shí)間最大電流限定在正常滿負(fù)荷流的1.2到1.3倍。（2）最小電流限制。當(dāng)電流值較低時(shí)，電流的波動(dòng)會(huì)引起它的不連續(xù)或間斷。因此，在12脈波的運(yùn)行情況下，電流在一個(gè)周期內(nèi)會(huì)被中斷12次。這種情況是不允許的，因?yàn)樵谥袛嗨查g電流變化率很高，會(huì)在變壓器繞組和直流電抗器上感應(yīng)出過電壓。（3）依賴于電壓的電流指令限制(vdcol)系統(tǒng)受到大擾動(dòng)時(shí)，直流電壓或換流母線電壓將迅

44、速下降，在低電壓條件下，要想保持額定直流電流或額定功率不可能的。因?yàn)楫?dāng)一個(gè)換流器的電壓降超過30%時(shí)，和它相隔很遠(yuǎn)的換流器無功需求將增加，這對交流系統(tǒng)可能有不利的影響。系統(tǒng)電壓水平的降低也會(huì)使濾波器和電容器所提供的無功功率明顯減少，而換流器吸收的無功功率大部分由它們提供。另外，當(dāng)電壓降低時(shí)也面臨換相失敗和電壓不穩(wěn)定的危險(xiǎn)。在這些和低電壓條件下的運(yùn)行狀況有關(guān)的問題可通過引入依賴于電壓的電流指令限制(vdcol)來防止。當(dāng)電壓降低到預(yù)定值以下時(shí)，這個(gè)限制通過降低最大容許直流電流以降低直流功率，這樣可以減少故障期間換流站對交流系統(tǒng)無功功率的需求，幫助恢復(fù)交流電壓，減小發(fā)生換相失敗的概率。2.觸發(fā)角限

45、制通過控制電流指令和電流裕度可以控制線路的傳輸功率，這些信號能通過一個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)通信線路傳送到換流站。在換相失敗或直流線路故障時(shí)，逆變器可切換為整流方式。這將逆轉(zhuǎn)功率傳送方向。為預(yù)防這種情況，在逆變器控制中引入最小a限制，這就將逆變器的觸發(fā)角限定在大于90度的某個(gè)值，其典型范圍為95度到110度。但是，在特定故障條件下，可以允許整流器運(yùn)行于逆變區(qū)域以幫助系統(tǒng)。典型地加于整流器觸發(fā)角的最大限制在90度到140度之間。這樣所計(jì)算出來的電流整定值用作電流控制的輸入信號。綜上所述，直流輸電系統(tǒng)基本的控制方式有:定電流控制、定電壓控制、定越前觸發(fā)角p控制、定熄弧角0控制和定觸發(fā)延遲角。控制和定功率控制等。其中

46、定功率控制屬于主控制級，響應(yīng)較慢;定電流控制、定電壓控制、定越前觸發(fā)角p控制、定熄弧角控制和定觸發(fā)延遲角a控制屬于極控制級，響應(yīng)較快。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，實(shí)際應(yīng)用的控制方式并不是一種，而是幾種基本方式的組合，它們各自擔(dān)負(fù)著不同的控制調(diào)節(jié)任務(wù)而又相互配合，即使在整流器或逆變器中也不僅僅單一地采用某一種控制方式。4.3 vsc hvdc直流輸電系統(tǒng)仿真模型為了研究高壓直流輸電系統(tǒng)，dennis woodford博士于1976年在加拿大曼尼托巴水電局(manitoba hydro)開發(fā)完成了emtdc的初版，隨后在曼尼托巴大學(xué)(universityof manitoba)創(chuàng)建高壓直流輸電研究中心(

47、manitoba hvdc research center)，多年來該直流輸電研究中心在dennis woodford的領(lǐng)導(dǎo)下不斷完善了emtdc的元件模型庫和功能，使之發(fā)展為研究交直流電力系統(tǒng)問題的專業(yè)軟件，vsc hvdc直流輸電系統(tǒng)雖然采用了完全不同于傳統(tǒng)hvdc直流輸電控制方式，但是它對仿真軟件的要求卻與傳統(tǒng)的hvdc直流輸電基本相同，因此可以很方便的利用電力系統(tǒng)專業(yè)仿真軟件pscad/emtdc對vsc hvdc直流系統(tǒng)仿真。vsc hvdc直流系統(tǒng)仿真的電壓源換流器采用gto或igbt等全控型的大功率開關(guān)元件，其控制方法與基于半控晶閘管的傳統(tǒng)線換向換流器有很大的差異。pwm-vsc

48、換流器在直流電壓恒定時(shí)，pwm的調(diào)制度m決定vsc輸出基波電壓的幅值，而正弦給定的相位決定vsc輸出電壓的相位。由于正弦給定信號的調(diào)制度和相位可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)在同一電壓源換流器中既能調(diào)節(jié)交流端母線基波電壓幅值同時(shí)又能調(diào)節(jié)電壓相位。由于vsc吸收或發(fā)出的有功和無功的大小和方向取決于vsc交流輸出端基波電壓的調(diào)制度和相位，因此通過控制pwm的調(diào)制度和給定正弦信號相位就可以實(shí)現(xiàn)有功和無功相互獨(dú)立的調(diào)節(jié)。 圖4.3 (a)vsc-hdvc整流站以及控制簡圖 圖4.3 (b)vsc-hdvc逆變站以及控制簡圖由于vsc是一個(gè)兩輸入兩輸出的控制對象，其控制策略的研究首先要確定兩個(gè)制量與兩個(gè)被控制量之

49、間的對應(yīng)關(guān)系，尋找這種對應(yīng)關(guān)系的基本原則是：(1)整個(gè)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，被控量與控制量之間應(yīng)有單調(diào)的函數(shù)關(guān)系；(2)兩端控制系統(tǒng)之間的耦合盡可能小。即要得到控制量與被控量之間的線性和解耦的對應(yīng)關(guān)系。本文所設(shè)計(jì)的控制器都采用閉環(huán)pi控制，通過實(shí)時(shí)的計(jì)算給的被控量實(shí)際值與給定值之間的差值來調(diào)節(jié)控制pwm的調(diào)制比和觸發(fā)角。圖4.4.1系統(tǒng)控制簡圖vsc hvdc系統(tǒng)的基本控制方式:vsc hvdc系統(tǒng)與互聯(lián)交流系統(tǒng)之間的相互作用主要體現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)物理量之間的關(guān)系，因此只要研究vsc hvdc兩端的控制策略。首先通過對vsc輸出相電壓的基波分量進(jìn)行分析，確定vsc hvdc的控制量與被控制量，以此為基礎(chǔ)從理論上

50、建立vsc hvdc系統(tǒng)的基本控制模式及控制方法?；谝陨戏治?，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，目前hvdc light系統(tǒng)主要采用以下五種控制方式：(1)定直流電壓控制控制的基本方法是：利用直流電壓變化量去調(diào)節(jié)vsc交流輸出端電壓與所聯(lián)交流系統(tǒng)電壓之間的相位差，以使被控直流電壓達(dá)到其設(shè)定值；(2)定直流電流控制控制的基本方法使：利用直流電流的變化量去調(diào)節(jié)vsc交流輸出端電壓與所聯(lián)交流系統(tǒng)電壓之間的相位差，以使被控直流電流達(dá)到設(shè)定值；(3)定有功功率控制控制的基本方法是：利用vsc傳送的有功功率的變化量去調(diào)節(jié)vsc交流輸出端電壓與所聯(lián)交流系統(tǒng)電壓之間的相位差，以使被控vsc傳送有功功率達(dá)到其設(shè)定值；(4)

51、定無功功率控制控制的基本方法是：利用vsc吸收或發(fā)送的無功功率的變化量去調(diào)節(jié)vsc交流輸出端電壓的幅值，以使被控vsc吸收或傳送無功功率達(dá)到其設(shè)定值；(5)定交流電壓控制控制基本方法是：利用vsc所聯(lián)交流母線電壓幅值的變化量去調(diào)節(jié)vsc交流輸出端電壓的幅值，以使被控交流母線電壓幅值達(dá)到其設(shè)定值。以上五種控制策略，(1)(2)(3)是通過調(diào)節(jié)vsc交流輸出端電壓與所聯(lián)交流系統(tǒng)電壓之間的相位差來實(shí)現(xiàn)的，(4)(5)是通過調(diào)節(jié)vsc交流輸出端的幅值來實(shí)現(xiàn)，且這兩種調(diào)節(jié)是同時(shí)進(jìn)行和相互獨(dú)立的。因此vsc hvdc控制方案選擇的原則是：每端vsc都具有兩種基本控制策略，首先有一端必須采用(1)定直流電壓

52、控制，另一端則可從(2)、(3)中任選一種，其次每端vsc再從(4)(5)中任選一種。本文所涉及的仿真主要采用(1)、(3)、(4)、(5)這四種控制方式。兩端直流系統(tǒng)中，換流站可以進(jìn)行遙控，并可以通過兩個(gè)站中的任何一個(gè)站進(jìn)行監(jiān)控，或者從另外一個(gè)遙控點(diǎn)通過通訊線進(jìn)行監(jiān)控。在正常運(yùn)行方式中，每個(gè)站都不受另一個(gè)站的影響而獨(dú)立地各自控制其無功潮流，但是直流電網(wǎng)的有功潮流必須保持平衡，也就是離開電網(wǎng)的有功潮流必須等于電網(wǎng)所接收的有功功率減去直流系統(tǒng)中的損耗，否則會(huì)引起系統(tǒng)直流電壓的迅速升高或降低。因此，為了實(shí)現(xiàn)功率平衡，兩個(gè)換流站中必須有一個(gè)作為直流電壓調(diào)節(jié)器(dc voltage regulator

53、)來調(diào)節(jié)直流電壓，而另一個(gè)作為功率調(diào)節(jié)器(power dispatcher)用于控制系統(tǒng)中傳輸?shù)挠泄β蕿槎ㄖ?這兩者都既可以是整流端，也可以是逆變端)。直流電壓調(diào)節(jié)器可以調(diào)整其功率信號來保證系統(tǒng)的功率平衡(即獲得恒定的直流電壓。站與站之間可以在沒有通信的情況下實(shí)現(xiàn)平衡，而只需測量直流電壓即可。同理，在多端直流系統(tǒng)中，至少要有一個(gè)換流站作為直流電壓調(diào)節(jié)器，而其它的換流站可以作為功率調(diào)節(jié)器運(yùn)行。另外，當(dāng)聯(lián)接有源交流網(wǎng)絡(luò)時(shí)vsc輸出的基波電壓頻率必須與受端電網(wǎng)電壓頻率保持一致；當(dāng)聯(lián)接無源網(wǎng)絡(luò)時(shí)，vsc輸出的基波電壓頻率必須根據(jù)負(fù)荷的要求決定。4.3.1 spwm信號的產(chǎn)生和鎖相環(huán)電路vsc的門極控

54、制極脈沖采用正弦脈寬調(diào)制(sinusoidal pulse width modulation，spwm)控制方式，即以與系統(tǒng)電壓同相位的正弦波為調(diào)制波、以三角波為載波進(jìn)行調(diào)制，原理如圖4.3.1所示。圖中，電壓比較環(huán)節(jié)采用pscad/emtdc提供的igbt門極觸發(fā)電路模塊。 圖4.3.1 spwm信號發(fā)生電路以及調(diào)制原理和波形輸出svpwm控制方式具有以下特點(diǎn)：1每一扇區(qū)內(nèi)雖有多次開關(guān)狀態(tài)切換，但每次切換僅牽涉到一個(gè)逆變器件，因而開關(guān)損耗較?。?逆變器輸出電壓矢量逼近圓形的程度取決于扇區(qū)作用時(shí)間tc，tc越小，越逼近圓形，但tc的減小要受到功率器件開關(guān)速度和損耗的制約；3 svpwm控制下電路直流電壓利用率較高；4實(shí)現(xiàn)方法簡便。(1)正弦波的產(chǎn)生 圖4-3為vsc