特高壓直流輸電原理與設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：特高壓直流輸電原理及設(shè)計(jì)所屬院（系）電子信息工程學(xué)院2012年5月28日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院（直屬系）：電子信息工程學(xué)院時(shí)間：2012年4月17日學(xué)生姓名指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)（論文）題目特高壓直流輸電原理與設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容本課題著重研究特高壓直流輸電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)特高壓直流輸電。在設(shè)計(jì)中研究通過(guò)換流站以實(shí)現(xiàn)將交流變直流，直流變交流，利用平波電抗器抑制紋波，研究交、直流濾波器，及兩換流站無(wú)功補(bǔ)償方案。研究方法從理論和仿真角度研究直流輸電可行性及關(guān)鍵技術(shù)主要技術(shù)指標(biāo)(或研究目標(biāo))根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將交流低電壓升為交流高壓，經(jīng)過(guò)整流變?yōu)橹绷鞲邏?，利用平波電抗器使直流接近理想，傳輸后?jīng)過(guò)逆變成為交流高壓，再經(jīng)變壓器輸出交流低電壓，在兩換流站間建立無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，降低線路損耗。教研室意見教研室主任（專業(yè)負(fù)責(zé)人）簽字：年月日說(shuō)明：一式兩份，一份裝訂入學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)，一份交學(xué)院（直屬系）。目錄摘要 IIIABSTRACT IV第一章引言 -1-1.1研究背景 -1-1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 -2-1.3本文主要內(nèi)容 -3-第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 4第三章?lián)Q流站工作原理 63.1換流站基本介紹 63.2換流站接線原理 63.3換流站工作原理 8第四章?lián)Q流站無(wú)功補(bǔ)償裝置 94.1換流站無(wú)功補(bǔ)償原理 94.1.1換流站無(wú)功因數(shù) 94.1.2換流器消耗無(wú)功功率分析 94.2無(wú)功補(bǔ)償裝置類型 124.2.1容性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量確定 124.2.2感性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量確定 134.2.3無(wú)功補(bǔ)償與交流濾波器的協(xié)調(diào) 134.2.4靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置 144.3無(wú)功補(bǔ)償裝置分組 144.3.1無(wú)功小組容量估算 154.3.2無(wú)功大組容量確定 154.4無(wú)功功率控制 164.4.1不平衡無(wú)功控制 174.4.2交流電壓控制 184.4.3可投切高壓電抗器控制 194.4.4交流系統(tǒng)其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切控制 194.4.5連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償裝置 19第五章濾波器設(shè)計(jì) 215.1PLCI產(chǎn)生的原因及其抑制方法 215.1.1PLCI產(chǎn)生的原因 215.1.2PLCI的抑制方法 215.2RI產(chǎn)生的原因及其抑制方法 225.2.1RI產(chǎn)生的原因 225.2.2RI的抑制方法 235.3換流站交流側(cè)濾波 235.3.1濾波系統(tǒng)分類 235.4換流站直流側(cè)濾波器 27第六章基于MATLAB/Simulink的直流輸電仿真 296.1軟件介紹 296.1.1MATLAB語(yǔ)言的特點(diǎn) 296.1.2MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用 306.2直流輸電仿真 316.2.1模塊設(shè)計(jì) 316.2.2仿真結(jié)果 33參考文獻(xiàn) 35致謝 36摘要特高壓直流輸電系統(tǒng)存在很多優(yōu)勢(shì)，它的發(fā)展也越來(lái)越得到重視,目前直流輸電技術(shù)逐漸被廣泛應(yīng)用在實(shí)際工程中。特高壓直流輸電在運(yùn)行過(guò)程中，換流站需要消耗大量的無(wú)功功率。為保證換流站以及交流系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，需要對(duì)換流站無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行研究。換流站交直流側(cè)會(huì)產(chǎn)生大量干擾，必須在換流站裝設(shè)高頻濾波器加以抑制。本文闡述了高壓直流輸電工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)所涉及的一些問(wèn)題進(jìn)行了全面探討，包括換流站如何選擇，結(jié)合高壓直流輸電換流站無(wú)功消耗及無(wú)功控制理論及濾波器的設(shè)計(jì)，在MATLAB/Simulink環(huán)境下，利用電力系統(tǒng)模塊建立仿真模型，進(jìn)行系統(tǒng)仿真，得出相應(yīng)的仿真圖形。通過(guò)對(duì)直流輸電系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及其仿真波形，我們明白的看到直流系統(tǒng)在輸電時(shí)的優(yōu)勢(shì),特別是它的穩(wěn)定性是很高的。關(guān)鍵詞：高壓直流輸電，無(wú)功補(bǔ)償，濾波器ABSTRACTUltraHighVoltageDirecttransmissionsystemshasmanyadvantages,itsdevelopmentgetmoreandmoreattention.Nowthistechnologyiswidelyusedinpracticalengineering.InUltraHighVoltageDirecttransmissionsystems,bothrectifierandinverterconsumeagreatdealofreactivepower.Toensurethestabilityofbothconverterstationandacsystem,itisessentialtoresearchconverterstation’sreactionpowercompensation.AgreatdealofhighOrderharmonicsatthebothsidesofconverterstationsmustberestrainedbyhighfrequencyfilter.Inthispaper,thedesignofHighVoltageDirecttransmissionsystemisgiven.Someproblemsconcernedinsystemdesignarecomprehensivelyresearched.Itincludethathowtochoosebothrectifierandinverter.WiththeclassicreactivetheoryoftraditionalUltraDirectCurrentandhighfrequencyfiltersthesimulationmodelsoftheHighVoltageDirectCurrentanditscontrollerarebuiltindetailbySystemBlockinMATLAB/Simulink.Withthismodel,thesystemreflectssteadystate.Simulationresultsshowthemodel.BasedontheHighVoltageDirecttransmissionsystemdesignandsimulationwaveforms,weclearlyfindtheadvantagesofHighVoltageDirecttransmissionsysteminpowertransmission.Especiallyitsstabilityisveryhigh.Keywords:UltraHighVoltageDirectCurrent,reactivepowercompensation,filters.第一章引言1.1研究背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種用電量也在加速增長(zhǎng)，而高壓直流輸電對(duì)于輸送大容量的電具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，如超大容量、超遠(yuǎn)距離、低損耗的送電特點(diǎn)，使得輸電系統(tǒng)對(duì)特高壓直流輸電技術(shù)的要求也越來(lái)越高。高壓直流(HighVoltageDirectCurrent，HVDC)輸電技術(shù)是電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)輸電領(lǐng)域中應(yīng)用最早同時(shí)也是較為成熟的技術(shù)。目前，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)了多個(gè)高壓直流輸電工程。直流輸電相對(duì)交流輸電的優(yōu)點(diǎn):（1）直流輸電架空線路只需正負(fù)兩級(jí)導(dǎo)線、桿塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線路造價(jià)的低、損耗小。（2）直流電纜線路輸送容量大、造價(jià)低、損耗小、不易老化、壽命長(zhǎng)，且輸送距離不受限制。（3）直流輸電不存在交流輸電的穩(wěn)定問(wèn)題，有利于遠(yuǎn)距離大容量送電。（4）采用直流輸電實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)之間的非同步聯(lián)網(wǎng)，被聯(lián)電網(wǎng)可以是額定頻率不同的電網(wǎng)，也可以是額定頻率相同但非同步運(yùn)行的電網(wǎng)；被聯(lián)電網(wǎng)可保持自己的電能質(zhì)量而獨(dú)立運(yùn)行，不受聯(lián)網(wǎng)的影響；被聯(lián)電網(wǎng)之間交換的功率可快速方便的進(jìn)行控制，有利于運(yùn)行和管理。（5）直流輸電輸送的有功功率和換流器消耗的無(wú)功功率均可由控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，可利用這種快速可控性來(lái)改善交流系統(tǒng)的運(yùn)行性能。（6）在直流電的作用下，只有電阻起作用，電感和電容均不起作用，直流輸電采用大地為回路，直流電流則向電阻率很低的大地深層流去，可很好的利用大地這個(gè)良導(dǎo)體。（7）直流輸電可方便的進(jìn)行分期建設(shè)和增容擴(kuò)建，有利于發(fā)揮投資效益。（8）直流輸電輸送的有功及兩端換流站消耗的無(wú)功均可用手動(dòng)或自動(dòng)方式進(jìn)行快速控制，有利于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和現(xiàn)代化管理。直流輸電的應(yīng)用范圍取決于直流輸電技術(shù)的發(fā)電水平和電力工業(yè)發(fā)展的需要。交流輸電在大多數(shù)情況下投資省，運(yùn)行靈活方便，技術(shù)比較成熟，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。目前直流輸電技術(shù)的發(fā)展水平不高，直流輸電還只是交流輸電的補(bǔ)充。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，中國(guó)用電需求不斷增加，中國(guó)的自然條件以及能源和負(fù)荷中心的分布特點(diǎn)使得超遠(yuǎn)距離、超大容量的電力傳輸成為必然，為減少輸電線路的損耗和節(jié)約寶貴的土地資源，需要一種經(jīng)濟(jì)高效的輸電方式。特高壓直流輸電技術(shù)恰好迎合了這一要求。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)曾動(dòng)工建設(shè)哈薩克斯坦-中俄羅斯的長(zhǎng)距離直流輸電工程，輸送距離為2400km，電壓等級(jí)為±750kV，輸電容量為6GW；巴西和巴拉圭兩國(guó)共同開發(fā)的伊泰普工程采用了±600kV直流和765kV交流的超高壓輸電技術(shù)，第一期工程已于1984年完成，1990年竣工，運(yùn)行正常；1988至1994年為了開發(fā)亞馬遜河的水力資源，巴西電力研究中心和ABB組織了包括±800kV特高壓直流輸電的研發(fā)工作，后因工程停止而終止了研究工作。我國(guó)是能源消耗大國(guó)，煤炭消費(fèi)全球第一，電力消費(fèi)僅次于美國(guó)，居世界第二，提高我國(guó)能源的開發(fā)和利用效率十分必要。同時(shí)發(fā)電能源和用電負(fù)荷的分布又極不均衡。華東、華南沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，電力市場(chǎng)空間大，能源卻最為匱乏；西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，用電水平和需求低，而能源資源豐富。根據(jù)我國(guó)生產(chǎn)力水平的發(fā)展?fàn)顩r，能源需求主要來(lái)自于東部、中部發(fā)達(dá)地區(qū)，而用于發(fā)電的水能、煤炭資源則主要集中在西部、北部地區(qū)。能源的分布和消費(fèi)不平衡決定了能源必將在全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置。而特高壓直流輸電具備超大容量、超遠(yuǎn)距離、低損耗的送電特點(diǎn)，適用于大型發(fā)電基地向遠(yuǎn)距離負(fù)荷中心輸送電力。通過(guò)建設(shè)特高壓直流輸電網(wǎng)，將電能大規(guī)模、高效地從西部、北部地區(qū)輸送到東部、中部地區(qū)，有利于將這些地區(qū)的資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展；并且在西部、北部人口相對(duì)較少的地區(qū)發(fā)展大型煤炭和發(fā)電企業(yè)，提高這些高能耗企業(yè)的集約水平，可以提高資源的開發(fā)利用效率，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。對(duì)±500kV超高壓直流輸電工程無(wú)功功率的研究比較深入。±800kV特高壓直流不僅輸送容量大、損耗小、送電距離遠(yuǎn)，而且可以節(jié)約寶貴的輸電走廊資源，提高輸電通道走廊的利用率。特別是對(duì)于受端電網(wǎng)，換流站站址、接地極與接地線線路走廊的選擇非常困難，±800kV特高壓直流輸電方案不僅降低了工程實(shí)施的難度，而且更重要的是符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。因此特高壓直流輸電技術(shù)是我國(guó)電力跨區(qū)域大規(guī)模輸送的必然選擇?！笆晃濉痹颇现翉V東±800kV特高壓直流輸電工程已于2006年12月開工建設(shè)，“十一五”至“十三五”期間規(guī)劃建設(shè)的特高壓直流輸電工程還有7至9個(gè)。目前，特高壓直流輸電技術(shù)在全世界都還沒有成熟的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在可行性研究階段不僅需要對(duì)電磁環(huán)境影響、絕緣配合和外絕緣特性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，而且還需要結(jié)合特高壓的特點(diǎn)對(duì)輸電方案擬定、換流站站址及接地極極址選擇、線路路徑選擇以及系統(tǒng)方案比較等主要技術(shù)原則進(jìn)行充分論證，才能為項(xiàng)目業(yè)主和政府主管部門提供可靠的決策依據(jù)。1.3本文主要內(nèi)容本課題著重研究特高壓直流輸電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)特高壓直流輸電。在設(shè)計(jì)中研究交流電通過(guò)換流站以實(shí)現(xiàn)將交流變直流，直流變交流，研究交、直流濾波器，及兩換流站無(wú)功補(bǔ)償方案。第二章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)目前電力系統(tǒng)中的發(fā)電和用電的絕大部分均為交流電，要采用直流輸電必須進(jìn)行換流。在送端需要將交流電變換為直流電，即整流，經(jīng)直流輸電線路將電能送往受端；而在受端又必須將直流電變換為交流電即逆變，然后才能送到受端的交流系統(tǒng)中去，供用戶使用。以常規(guī)高壓直流輸電系統(tǒng)為例，進(jìn)行介紹。圖2.1為常規(guī)直流輸電系統(tǒng)構(gòu)成原理圖。圖2.1常規(guī)直流輸電系統(tǒng)構(gòu)成原理圖直流輸電工程是以直流電的方式實(shí)現(xiàn)電能傳輸?shù)墓こ獭Ｒ捎弥绷鬏旊姳仨氝M(jìn)行換流，在送端需要將交流電變換為直流電，即整流，經(jīng)過(guò)直流輸電線路將電能送往受端；而在受端又必須將直流電變換為交流電，即逆變，然后才能送往受端的交流系統(tǒng)中去，供用戶使用。直流輸電系統(tǒng)的構(gòu)成主要有整流站、逆變站和直流輸電三部分。對(duì)于可進(jìn)行功率反送的直流輸電工程，其換流站既可以作為整流站運(yùn)行，又可以作為逆變站運(yùn)行。功率正送時(shí)的整流站在功率反送時(shí)為逆變站，而正送時(shí)的逆變站在反送時(shí)為整流站。整流站和逆變站的主接線和一次設(shè)備基本相同，其主要差別在于控制和保護(hù)系統(tǒng)的功能不同。特高壓直流輸電系統(tǒng)原理圖見圖2.2。圖中，晶閘管模塊為一個(gè)12脈動(dòng)換流器。特高壓直流輸電工作原理為：整流站從左邊交流系統(tǒng)吸收有功功率，通過(guò)兩組串聯(lián)形式的12脈動(dòng)換流器將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。直流輸電線路將直流電送至遠(yuǎn)方的逆變站，再由2組12脈動(dòng)換流器串聯(lián)形式的換流器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，送入右邊交流系統(tǒng)。其中，直流輸電線路為雙極架空導(dǎo)線。圖2.2特高壓直流輸電原理圖特高壓直流輸電與常規(guī)直流輸電的其中一個(gè)很大區(qū)別在于換流器的接線方式不同。常規(guī)直流輸電采用每極一組12脈動(dòng)換流器接線方式，而特高壓直流輸電的換流器則是每極2組12脈動(dòng)換流器接線方式。若每極1組換流器，則換流變壓器的容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前設(shè)備制造的最大能力，且換流變壓器尺寸和重量巨大，無(wú)法運(yùn)輸，只能選擇每極2組換流器方案。第三章?lián)Q流站工作原理3.1換流站基本介紹直流輸電換流站由基本換流單元組成，基本換流單元是在換流站內(nèi)允許獨(dú)立運(yùn)行，進(jìn)行換流的換流系統(tǒng)，主要包括換流變壓器、換流器、相應(yīng)的交流濾波器和直流濾波器以及控制保護(hù)裝置等。目前工程上所采用的基本換流單元主要是12脈動(dòng)換流單元，12脈動(dòng)換流器的優(yōu)點(diǎn)之一是其直流電壓質(zhì)量好，所含的諧波成分少。接下來(lái)主要就12脈動(dòng)換流單元進(jìn)行分析。3.2換流站接線原理每極兩組基本換流單元的接線方式，有串聯(lián)和并聯(lián)方式兩種，串聯(lián)方式每組基本換流單元的直流電壓為直流極電壓的，其直流電流為直流極電流；并聯(lián)方式每組基本換流單元的直流電流為直流極電流的，其直流電壓為直流極電壓。每極兩組12脈動(dòng)換流器的串聯(lián)方式和并聯(lián)方式兩種接線方式，分別如圖2.3和2.4所示。根據(jù)特高壓直流輸電工程的技術(shù)條件和目前的制造水平，我國(guó)將一律采用每極2組換流器串聯(lián)的接線方式，如圖2.3所示。而圖2.4為并聯(lián)接線方式。圖2.3每極兩組12脈動(dòng)換流單元串聯(lián)方式原理接線圖圖2.4每極兩組12脈動(dòng)換流單元并聯(lián)方式原理接線圖12脈動(dòng)換流單元是由交流側(cè)電壓相位相差的6脈動(dòng)換流單元在直流側(cè)串聯(lián)而在交流側(cè)并聯(lián)所組成。12脈動(dòng)換流單元可以采用雙繞組換流變壓器或三繞組換流變壓器。為了得到換流變壓器閥繞組的電壓相位相差，其閥側(cè)繞組的接線方式，必須一個(gè)為星形接線，另一個(gè)為三角形接線。針對(duì)每極兩組12脈動(dòng)換流器串聯(lián)接線方式，兩組12脈動(dòng)換流器電壓可以從（600+200）kV、（500+300）kV和（400+400）kV（注：前者為低端12脈動(dòng)換流器兩端電壓，后者為高端12脈動(dòng)換流器兩端電壓）分配方案中優(yōu)選。（600+200）kV換流器方案中，低壓端600kV換流器所接換流變壓器容量大，超出了運(yùn)輸條件的限制，因此不能采用該方案。（400+400）kV換流器接線方案，每極高、低端12脈動(dòng)換流器兩端設(shè)計(jì)電壓相同，運(yùn)行方式靈活。綜合比較換流變壓器、換流閥、其他設(shè)備參數(shù)以及直流輸電的運(yùn)行靈活性，（400+400）kV換流器方案較（500+300）kV方案總體占優(yōu)，因此我國(guó)±800kV特高壓直流輸電工程中采用（400+400）kV的換流器電壓分配接線方案。在（400+400）kV換流器接線方案中，每一組12脈動(dòng)換流器均可獨(dú)立運(yùn)行。正常運(yùn)行時(shí)，如果有一個(gè)12脈動(dòng)換流器發(fā)生故障，由控制系統(tǒng)的相關(guān)順序控制來(lái)操作兩側(cè)的直流旁路開關(guān)，完成故障換流單元的隔離。同時(shí)，在發(fā)生故障的12脈動(dòng)換流器故障清除后，控制系統(tǒng)的順序控制還應(yīng)在另一組未發(fā)生故障的12脈動(dòng)換流器不停運(yùn)的情況下，將清除故障后的12脈動(dòng)換流器投入運(yùn)行。在功率正送和功率反送的情況下，特高壓直流輸電系統(tǒng)一兩組12脈動(dòng)換流器串聯(lián)的接線可以有如下種類的運(yùn)行方式：（1）完整雙極運(yùn)行方式。每極2組換流器均投入運(yùn)行。（2）雙極運(yùn)行方式。當(dāng)某一極的1組換流器故障時(shí)，正常組12脈動(dòng)換流器繼續(xù)維持運(yùn)行，與另外一極的換流器一起，構(gòu)成3組12脈動(dòng)換流器運(yùn)行，從而保障額定輸出功率的直流功率輸送，提高了特高壓直流輸電的運(yùn)行靈活性。（3）雙極運(yùn)行方式。每極投入1組12脈動(dòng)換流器，雙極共2組12脈動(dòng)換流器投入運(yùn)行，為400kV雙極運(yùn)行方式。（4）完整單極運(yùn)行方式?？梢越M成以下4種運(yùn)行方式：正極金屬回線、負(fù)極金屬回線、正極大地回線、負(fù)極大地回線運(yùn)行方式。（5）單極運(yùn)行方式。只有一個(gè)極的一組12脈動(dòng)換流器投入運(yùn)行，是一個(gè)400kV單極運(yùn)行方式。（6）開路試驗(yàn)（OpenLineTest，OLT）。共有8種試驗(yàn)方式，包含完整單極運(yùn)行方式4種以及單極運(yùn)行方式（單換流器帶直流開關(guān)場(chǎng)和線路）4種。其中，完整4種單極運(yùn)行方式OLT試驗(yàn)分別為正、負(fù)極OLT試驗(yàn)各一種，一極OLT試驗(yàn)同時(shí)另一極OLT正常運(yùn)行各一種。3.3換流站工作原理常規(guī)高壓直流輸電的換流器（包含整流器和逆變器）由半控型的晶閘管器件組成，故常規(guī)高壓直流輸電的換流器只能采取電網(wǎng)（源）換流方式。換流器是高壓直流輸電系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。用于高壓直流輸電的換流器都采用三相橋式接線方式。每換流閥由6個(gè)橋臂（也稱為換流閥）組成，接于三相交流系統(tǒng)。6個(gè)換流閥以基波周期的等相位間隔依次輪流觸發(fā)，稱6脈動(dòng)換流器。三相橋式電路通過(guò)其有規(guī)律的開通與關(guān)斷，即電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不斷發(fā)生改變，而實(shí)現(xiàn)交流-直流的相互轉(zhuǎn)變。整流器的換流是借助于換流變壓器閥側(cè)繞組的兩相短路電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的。逆變器與整流器極性相反逆變器要求其所接的交流系統(tǒng)提供換相電壓和電流。通常，高壓直流輸電采用雙極方式，即每一換流站由正負(fù)極兩組換流器組成。有時(shí)每極由兩組換流器在直流側(cè)串聯(lián)而成。此時(shí)，為了得到脈動(dòng)更小的直流電壓波形，兩組換流器的交流電源電勢(shì)相位差。相應(yīng)地，閥的觸發(fā)脈沖也相差，形成12脈動(dòng)換流器。第四章?lián)Q流站無(wú)功補(bǔ)償裝置4.1換流站無(wú)功補(bǔ)償原理4.1.1換流站無(wú)功因數(shù)由于觸發(fā)角和換相角的存在，使得整流器交流側(cè)的電流總是滯后其電壓，即整流器在運(yùn)行中需要吸收無(wú)功功率。其中，（1）整流器基波功率因數(shù)為（4-1）可近似認(rèn)為基波功率因數(shù)角為（4-2）（2）逆變器基波功率因數(shù)為（4-3）越前的基波功率因數(shù)角定義為電流相量越前于負(fù)的相電壓相量之間的相位角，則近似為（4-4）以上各式中，為整流器交流側(cè)基波功率因數(shù)角；分別為整流器和逆變器的換相角；為熄弧角。由式（4-1）和式（4-3）可見，換流器的功率因數(shù)與觸發(fā)角（或熄弧角）及換相角有關(guān)。隨著觸發(fā)角（或熄弧角）的增加，功率因數(shù)變小，換流器需要吸收更多的無(wú)功功率。4.1.2換流器消耗無(wú)功功率分析采用電網(wǎng)換相的換流器不管處于整流還是逆變運(yùn)行狀態(tài)，都需要從系統(tǒng)吸收無(wú)功，即換流器對(duì)于交流系統(tǒng)而言總是一種無(wú)功負(fù)荷。根據(jù)換流原理可知，換流器消耗的無(wú)功功率可由下式表示（4-5）其中（4-6）（4-7）式中，為換流器理想空載直流電壓，kV，V；P為換流器直流側(cè)功率，MW；為換流器無(wú)功消耗，Mvar；為換流器的功率因數(shù)角，°；為換相角，；為每相的換相電抗，；為直流運(yùn)行電流，kA；為整流器觸發(fā)角，；為換流變壓器閥側(cè)繞組空載線電壓有效值，kV；為極直流電壓，kV。當(dāng)換流器以逆變方式運(yùn)行時(shí)，式中的用代替，為逆變側(cè)熄弧角，。從上述計(jì)算公式可以看出，換流器吸收的無(wú)功功率除受有功功率影響外，還與其他很多運(yùn)行參數(shù)相關(guān)，其中最為靈敏的是觸發(fā)角和熄弧角。本節(jié)重點(diǎn)結(jié)合直流輸電工程的實(shí)際需要，重點(diǎn)介紹換流器的無(wú)功功率運(yùn)行軌跡和在直流輸電工程設(shè)計(jì)中對(duì)換流器無(wú)功功率控制這兩方面的問(wèn)題。換流器無(wú)功功率運(yùn)行軌跡是指換流器吸收的無(wú)功功率隨換流器功率的變化曲線。不同的運(yùn)行方式有不同的無(wú)功功率軌跡，如逆變器定熄弧角控制、整流器定觸發(fā)角控制、換流器定電流控制和定電壓控制時(shí)的無(wú)功功率軌跡等。在實(shí)際利用無(wú)功功率軌跡時(shí)要考慮兩方面的問(wèn)題，第一是設(shè)備額定值和運(yùn)行參數(shù)的限制，主要考慮換流變壓器受絕緣配合限制的最大理想空載運(yùn)行電壓，受換流變壓器分接頭范圍限制而可能達(dá)到的最小理想空載運(yùn)行電壓；由于晶閘管元件觸發(fā)一致性的要求而允許的最小觸發(fā)角限制；由于換流閥冷卻要求而允許的最大長(zhǎng)期穩(wěn)態(tài)運(yùn)行觸發(fā)角限制；由于防止逆變器換相失敗而要求的最小穩(wěn)態(tài)熄弧角限制；受換流閥和其他主回路設(shè)備限制而允許的最大穩(wěn)態(tài)運(yùn)行電流限制等。第二是參變量的改變，主要是交流母線電壓的變化和換流變壓器分接頭的改變等。圖4.1所示為換流器理論上可能的無(wú)功功率軌跡。這一軌跡圖表明，換流器的無(wú)功消耗可以相差很大，這就為合理利用換流器參與無(wú)功電壓控制提供了理論依據(jù)。圖4.1換流器各種運(yùn)行方式的無(wú)功功率軌跡P-換流器傳輸?shù)挠泄β?；Q-換流器吸收的無(wú)功功率；1-整流器最小觸發(fā)角控制；2-逆變器定熄弧角控制；3-換流器定直流電流控制；4-換流器定無(wú)功功率控制；5-換流器定有功功率控制；6-換流器定最小直流電流控制；7-整流器定最大觸發(fā)角控制；8-換流器定直流電壓控制在實(shí)際運(yùn)行中，人們經(jīng)常是從兩個(gè)方面來(lái)利用換流器的無(wú)功功率軌跡。一方面，對(duì)于正常的運(yùn)行區(qū)域，尤其是換流功率接近額定直流功率的區(qū)域，需要采用各種可能的控制方式，使得換流器消耗的無(wú)功功率最小。對(duì)于逆變器，采用定熄弧角控制方式可以最容易達(dá)到這一目的。當(dāng)采用定整流側(cè)直流電壓時(shí)，一般需要配備合理的換流變壓器分接頭控制，為了既保證整流器不輕易失去定電流控制的能力，又盡可能地減少無(wú)功消耗，需配備換流變壓器分接頭控制，使整流器觸發(fā)角盡可能小。另一方面，當(dāng)換流器運(yùn)行功率遠(yuǎn)小于額定功率時(shí)，為了濾波器的要求，需要投入一定的濾波器，使得換流站無(wú)功過(guò)剩，因而需要換流器多吸收無(wú)功；或者當(dāng)交流系統(tǒng)較弱，對(duì)換流站不平衡無(wú)功特別敏感時(shí)，需要利用換流器進(jìn)行無(wú)功功率控制。此時(shí)最大觸發(fā)角常常是主要的限制因素。特高壓換流站無(wú)功補(bǔ)償容量應(yīng)按直流系統(tǒng)正向、全壓、雙極額定運(yùn)行方式確定，并應(yīng)計(jì)算交流系統(tǒng)的無(wú)功能力；功率反送運(yùn)行方式不作為計(jì)算長(zhǎng)距離直流輸電工程換流站無(wú)功補(bǔ)償容量的校核方式。4.2無(wú)功補(bǔ)償裝置類型由于換流器的運(yùn)行總是伴隨著無(wú)功功率的消耗，因此每一個(gè)換流站都必須裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。換流站無(wú)功補(bǔ)償裝置是指用于補(bǔ)償換流器消耗的無(wú)功功率而需要安裝的無(wú)功設(shè)備。由于這些無(wú)功補(bǔ)償裝置的特性各異，每個(gè)直流輸電工程設(shè)置何種類型的無(wú)功補(bǔ)償裝置是由交直流系統(tǒng)無(wú)功平衡及功率特性共同決定的。目前世界上已有換流站的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有三大類：第一類，機(jī)械投切式電容器和電抗器。其中電容器由于濾波要求是必須的。最小濾波電容容量約占換流容量的30%。第二類，靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)換流站所在電網(wǎng)較薄弱時(shí)，電壓控制困難，有時(shí)甚至可能發(fā)生電壓穩(wěn)定問(wèn)題，此時(shí)可以考慮裝設(shè)靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。這種設(shè)計(jì)由于控制系統(tǒng)的相互影響，有一定的缺點(diǎn)，應(yīng)用不是十分廣泛。第三類，調(diào)相機(jī)。當(dāng)換流站所連接的交流電網(wǎng)相對(duì)直流輸電系統(tǒng)的容量而言太弱時(shí)，則需要在換流站裝設(shè)調(diào)相機(jī)。這種情況一般多發(fā)生在遠(yuǎn)方電站向位于負(fù)荷中心的電網(wǎng)送電工程的受端，世界上兩個(gè)最典型的例子是伊泰普直流輸電工程換流站和納爾遜河直流輸電工程換流站。采用調(diào)相機(jī)投資大、占地多、運(yùn)行可靠性低、維護(hù)工作量大，因此不宜采用。常規(guī)換流站一般只采用機(jī)械投切式電容器和電抗器。當(dāng)換流站位于電廠或電廠群附近，如水電廠直流送出工程的整流站，在直流系統(tǒng)大負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可以利用交流系統(tǒng)的部分無(wú)功電源，以達(dá)到少裝容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的目的；在直流系統(tǒng)小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，可以利用發(fā)電機(jī)的進(jìn)相能力，吸收換流站的部分過(guò)補(bǔ)償無(wú)功，以達(dá)到少裝感性無(wú)功補(bǔ)償裝置的目的。交流系統(tǒng)這種幫助換流站進(jìn)行無(wú)功平衡的能力，叫做無(wú)功支持能力。充分利用交流系統(tǒng)無(wú)功支持能力可以減少換流站無(wú)功補(bǔ)償容量，節(jié)省無(wú)功補(bǔ)償裝置如電容器和電抗器的投資，還可以減少無(wú)功補(bǔ)償裝置的分組，節(jié)省相應(yīng)的變電設(shè)備和控制保護(hù)設(shè)備的投資，在直流系統(tǒng)突然停運(yùn)時(shí)，可以降低甩負(fù)荷過(guò)電壓水平，相應(yīng)降低換流站設(shè)備造價(jià)。因此，充分而合理地利用交流系統(tǒng)的無(wú)功能力是十分重要的。4.2.1容性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量確定換流站需要裝設(shè)的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置總?cè)萘坑上率接?jì)算而得（4-8）式中，為在正常電壓下交流濾波器和并聯(lián)電容器所提供的總無(wú)功功率，Mvar；為在正常電壓下由最大的交流濾波器分組或并聯(lián)電容器分組所提供的無(wú)功功率，Mvar；N為備用的無(wú)功補(bǔ)償裝置組數(shù)；為在計(jì)算無(wú)功吸收設(shè)備時(shí)，允許從換流站流進(jìn)交流系統(tǒng)的最大無(wú)功功率，Mvar，負(fù)值表示交流系統(tǒng)提供無(wú)功功率；為在決定無(wú)功供給設(shè)備時(shí)所假設(shè)的直流設(shè)備的無(wú)功需求，Mvar；U為設(shè)計(jì)時(shí)考慮的交流母線電壓，p.u.。容性無(wú)功容量設(shè)計(jì)分設(shè)計(jì)點(diǎn)和校核點(diǎn)。對(duì)于設(shè)計(jì)點(diǎn)，上述公式的物理意義是指：在給定的直流系統(tǒng)運(yùn)行方式下，換流器吸收最大的無(wú)功，交流系統(tǒng)需要的無(wú)功負(fù)荷（或能夠提供的無(wú)功支持），交流母線電壓為較低的水平U，N組最大的無(wú)功補(bǔ)償裝置不可用，換流站仍能維持無(wú)功平衡。4.2.2感性無(wú)功補(bǔ)償裝置容量確定感性無(wú)功補(bǔ)償裝置總?cè)萘靠捎孟率龉接?jì)算（4-9）式中，為在正常電壓下?lián)Q流站并聯(lián)電抗器吸收的總無(wú)功功率，Mvar；為在計(jì)算無(wú)功吸收設(shè)備時(shí)，允許從換流站流進(jìn)交流系統(tǒng)的最大無(wú)功功率，Mvar；為在計(jì)算無(wú)功吸收設(shè)備時(shí)，計(jì)算的直流系統(tǒng)無(wú)功需求，Mvar；為在正常電壓下，由最少交流濾波器組所產(chǎn)生的無(wú)功功率，Mvar；U為設(shè)計(jì)時(shí)考慮的交流母線電壓，p.u.。4.2.3無(wú)功補(bǔ)償與交流濾波器的協(xié)調(diào)在工頻下，交流濾波器幾乎是純電容，整個(gè)濾波器發(fā)出的無(wú)功近似等于濾波器中主電容器的無(wú)功。單臺(tái)交流濾波器的基波無(wú)功容量為（4-10）其中U為交流母線線電壓；為濾波器基波電容，為系統(tǒng)基波頻率。一個(gè)設(shè)計(jì)合理的無(wú)功補(bǔ)償和交流濾波系統(tǒng)應(yīng)具備的特性是：由于無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊笏柰度氲慕涣鳛V波器數(shù)應(yīng)大于由于濾波性能的要求所必須投入的交流濾波器數(shù)。由于濾波器穩(wěn)態(tài)額定值的要求所需投入的交流濾波器數(shù)最少，在實(shí)際運(yùn)行中，交流濾波器的投入由無(wú)功補(bǔ)償和無(wú)功平衡控制來(lái)決定，交流濾波器性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于濾波器設(shè)計(jì)中給出的性能；交流濾波器元件所承受的應(yīng)力要小于濾波器穩(wěn)態(tài)額定值計(jì)算所要求的元件額定值。4.2.4靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（StaticVarCompensator，SVC）由晶閘管控制電抗器（ThyristorControlledReactor，TCR）和固定電容器（fixedCapacitor，F(xiàn)C）組成，可以連續(xù)調(diào)節(jié)發(fā)出和吸收的無(wú)功功率?？捎糜谝种浦绷鲉螛O故障引起的暫時(shí)過(guò)電壓，抑制交流濾波器或并聯(lián)電容器投切時(shí)引起的換流母線暫態(tài)電壓波動(dòng)。在大擾動(dòng)時(shí)，可提高交直流混合系統(tǒng)的故障后恢復(fù)能力。SVC是平衡電網(wǎng)無(wú)功功率和穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的有效手段。目前，大容量的SVC已能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。國(guó)際上，挪威南部港口城市克里斯蒂安桑至丹麥日德蘭半島的斯卡格拉克海峽直流輸電工程（1000MW），1995年在克里斯蒂安桑換流站安裝了一臺(tái)容量±200Mvar的SVC替代原來(lái)已安裝的容量為±140Mvar的調(diào)相機(jī)。中俄背靠背換流站工程將是我國(guó)首次在換流站中安裝SVC的直流輸電工程。4.3無(wú)功補(bǔ)償裝置分組換流站的無(wú)功補(bǔ)償裝置須分組投切運(yùn)行，以適應(yīng)直流輸電各種運(yùn)行方式的需要。換流站無(wú)功分組方案的確定是一個(gè)不斷優(yōu)化的過(guò)程。一般在換流站總無(wú)功補(bǔ)償容量一定的情況下，分組越少，投資和占地就越省。無(wú)功補(bǔ)償裝置分組容量應(yīng)綜合補(bǔ)償總量、投切影響、無(wú)功交換、電壓控制、濾波性能和設(shè)備布置等因素而進(jìn)行優(yōu)化考慮；無(wú)功分組容量必須滿足系統(tǒng)暫態(tài)電壓變化率及穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的要求；無(wú)功分組容量大小的選擇應(yīng)避免與鄰近的同步電機(jī)產(chǎn)生自勵(lì)磁等參數(shù)諧振；任何分組的投切都不應(yīng)引起換相失敗和改變直流控制模式或直流輸送水平。換流站投切無(wú)功分組時(shí)，交流系統(tǒng)的電壓會(huì)發(fā)生變化。無(wú)功分組越大，電壓的變化也越大。根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)程要求，投切無(wú)功小組時(shí)的電壓變化率一般不超過(guò)1.5%，投切無(wú)功大組時(shí)的電壓變化率一般不超過(guò)5%。值得指出的是，直流輸電工程按照小組投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，只有故障情況下，才會(huì)切除一大組無(wú)功補(bǔ)償裝置。根據(jù)上述要求，首先根據(jù)換流站交流側(cè)的短路容量初步估算無(wú)功小組容量，再根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，結(jié)合無(wú)功大組與小組的合理匹配關(guān)系，對(duì)無(wú)功分組容量做進(jìn)一步優(yōu)化，最終得出換流站的無(wú)功分組數(shù)以及大組、小組的分組容量配置方案。4.3.1無(wú)功小組容量估算換流站投切無(wú)功最大分組容量與換流站交流母線的電壓變化率之間的關(guān)系可由下式表示(4-11)式中，為換流站交流母線電壓變化率，%；為換流站投切的無(wú)功分組容量，MVA；為換流站交流母線的短路容量，MVA。4.3.2無(wú)功大組容量確定切除一個(gè)無(wú)功大組，即所有連接在這個(gè)大組中的電容器分組和濾波器分組都被同時(shí)切除，是非正常方式。切除無(wú)功大組的交流母線暫態(tài)電壓變化率一般5%～6%，應(yīng)根據(jù)交流系統(tǒng)條件在規(guī)定范圍內(nèi)確定限值?，F(xiàn)階段國(guó)外廠商生產(chǎn)的大組斷路器典型最大開斷容性電流約1kA，相當(dāng)于大組容量為720MVA的無(wú)功補(bǔ)償裝置。目前，最大開斷容量可提高到約1.5kA容性電流，相當(dāng)于濾波器大組容量1000MVA。無(wú)功大組的容量應(yīng)綜合無(wú)功大組切除引起的暫態(tài)電壓波動(dòng)、無(wú)功分組投切波動(dòng)、大組斷路器開斷能力、換流站無(wú)功補(bǔ)償總?cè)萘?、濾波器類型和配置要求、系統(tǒng)可靠性水平等因素確定。換流站投切無(wú)功分組容量與換流站交流母線的暫態(tài)電壓變化率之間存在如下關(guān)系:(4-12)式中，為換流站交流母線的暫態(tài)電壓變化率，%；為無(wú)功大組容量，MVA；為換流站交流母線的短路容量，MVA；為投切后換流站交流母線上總的無(wú)功補(bǔ)償容量，MVA。由式（4-12）可初步推算無(wú)功的最大分組容量，但具體的電壓波動(dòng)應(yīng)以電力系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算程序?yàn)闇?zhǔn)。綜上分析，可將3小組濾波器劃分為一大組。4.4無(wú)功功率控制無(wú)功功率控制是指通過(guò)控制并聯(lián)電容器和交流濾波器的投切以及觸發(fā)角，使交、直流系統(tǒng)間的無(wú)功交換控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。如果無(wú)功補(bǔ)償裝置（包括并聯(lián)電容器和交流濾波器等設(shè)備）的單組容量過(guò)大，投入一組無(wú)功補(bǔ)償裝置引發(fā)的交流電壓將過(guò)高，對(duì)電氣設(shè)備的絕緣不利；切除一組無(wú)功補(bǔ)償裝置引起的交流電壓過(guò)低。當(dāng)換流站所連接的交流系統(tǒng)較弱時(shí)，極易導(dǎo)致交流電壓不穩(wěn)定。因此無(wú)功控制必須配合交流電壓控制，如通過(guò)換流變壓器分接頭控制（TCC）和定觸發(fā)角控制，使交流母線電壓和換流變壓器閥側(cè)理想空載直流電壓保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。換流站的無(wú)功功率控制方式通常有不平衡無(wú)功功率控制和交流電壓控制兩種。前者的控制原則是保持換流站和交流系統(tǒng)交換的無(wú)功在一定的范圍。交流電壓控制方式主要在換流站與弱交流系統(tǒng)連接的情況下采用，而一般的直流輸電工程均采用無(wú)功功率控制方式。換流站無(wú)功功率控制應(yīng)能控制換流站全部發(fā)出無(wú)功的裝置和吸收無(wú)功的裝置，如控制交流濾波器、并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器的投切以及控制換流器吸收的無(wú)功功率等。投切濾波器組所引起的無(wú)功功率的變化是臺(tái)階式的，同時(shí)還受到濾波器要求所需要的最小濾波器組的限制。換流器吸收的無(wú)功功率可以通過(guò)改變其觸發(fā)角來(lái)平滑地進(jìn)行控制。這些控制作用必須相互協(xié)調(diào)，以便保證在任何給定的直流傳輸功率下，對(duì)于各種直流運(yùn)行方式和投入無(wú)功補(bǔ)償裝置的組合下都能夠滿足要求。特高壓換流站無(wú)功平衡和補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)要求總結(jié)為以下九個(gè)方面：①無(wú)功配置應(yīng)針對(duì)整個(gè)換流站按站進(jìn)行配置。②換流站無(wú)功補(bǔ)償應(yīng)以站內(nèi)裝設(shè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置為主，以改善換流站運(yùn)行的條件，提高直流運(yùn)行方式的靈活性和降低停運(yùn)率。③換流站應(yīng)利用交流系統(tǒng)提供無(wú)功的能力，對(duì)送端換流站優(yōu)先考慮利用交流系統(tǒng)的無(wú)功能力，不足部分在站內(nèi)安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置；直流小功率方式下無(wú)功過(guò)剩時(shí)，宜利用近區(qū)交流系統(tǒng)的無(wú)功吸收能力。④為滿足直流系統(tǒng)在不同的負(fù)荷水平上對(duì)無(wú)功補(bǔ)償容量的要求，無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)合理設(shè)置分組數(shù)量，并至少配置一個(gè)備用分組。⑤無(wú)功補(bǔ)償裝置的配置應(yīng)滿足各種接線和運(yùn)行方式（除個(gè)別極端運(yùn)行方式外）下系統(tǒng)的無(wú)功平衡。⑥需在合理的交流系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平下平衡與配置無(wú)功。⑦容性無(wú)功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)容量應(yīng)按換流站交流母線正常運(yùn)行電壓計(jì)算，感性無(wú)功補(bǔ)償裝置的容量選換流站交流母線最高運(yùn)行電壓計(jì)算。⑧特高壓換流站無(wú)功補(bǔ)償與配置應(yīng)按照無(wú)功控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，無(wú)功補(bǔ)償裝置也可用于換流站交流母線電壓控制。⑨必要時(shí)可采取以下措施，以減少直流小功率時(shí)對(duì)系統(tǒng)無(wú)功吸收能力的依賴：利用直流系統(tǒng)本身的控制方式（如直流降壓運(yùn)行等）；在換流站加裝可投切的低壓電抗器（可與站用電設(shè)計(jì)綜合考慮）；采用三調(diào)諧濾波器；限制直流輸送功率的下限；限制交流系統(tǒng)運(yùn)行方式；在換流站加裝可投切的高壓電抗器等。4.4.1不平衡無(wú)功控制為了滿足在換流站功率變化全過(guò)程中保持換流站與電網(wǎng)之間的無(wú)功交換在確定的范圍內(nèi)，并減少對(duì)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)影響，從直流輸電系統(tǒng)控制和運(yùn)行的角度考慮補(bǔ)償方式和控制功能進(jìn)行選擇性的無(wú)功平衡。交流電網(wǎng)無(wú)功功率應(yīng)分層分區(qū)就地平衡。對(duì)于交流系統(tǒng)，負(fù)荷水平、發(fā)電機(jī)出力、電網(wǎng)電壓的控制方式、無(wú)功補(bǔ)償裝置的投切以及電網(wǎng)接線方式的變化等都將影響系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡。因此，交流系統(tǒng)向換流站提供無(wú)功功率的能力會(huì)在很大范圍內(nèi)變化。不平衡無(wú)功控制的原理為：在換流站穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，對(duì)于換流站無(wú)功控制而言，式（4-4）～式（4-7）中用于計(jì)算換流器無(wú)功消耗的各個(gè)參數(shù)都是已知的，基于這些參數(shù)能夠?qū)崟r(shí)求出換流器消耗的無(wú)功功率變化曲線。利用運(yùn)行人員工作站（OWS），可以設(shè)定一條不平衡無(wú)功隨換流站有功功率變化的曲線，通過(guò)這一曲線可以求出當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的理想不平衡無(wú)功（設(shè)向交流系統(tǒng)注入無(wú)功為正）。同樣，通過(guò)OWS或在控制軟件中設(shè)定，可以求得最大允許不平衡無(wú)功。通過(guò)下式（4-13）和式（4-14），可以求得無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入點(diǎn)和切除點(diǎn)。當(dāng)換流站有功功率增加或其他運(yùn)行參數(shù)改變時(shí)，換流器吸收的無(wú)功功率隨之增加，不平衡無(wú)功不斷減少。當(dāng)滿足下列條件時(shí)，無(wú)功控制發(fā)出無(wú)功補(bǔ)償投入命令（4-13）式中，為實(shí)際交流母線電壓，kV;為無(wú)功設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)考慮的交流母線正常電壓，kV;為當(dāng)前狀態(tài)下已投入總的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的額定容量，在下計(jì)算得出，Mvar。當(dāng)換流站有功功率減少或其他運(yùn)行參數(shù)改變，使得換流器吸收的無(wú)功功率降低，不平衡無(wú)功不斷增加。當(dāng)滿足下列條件時(shí)，無(wú)功控制發(fā)出無(wú)功補(bǔ)償裝置切除命令。（4-14）4.4.2交流電壓控制除了換流站與交流系統(tǒng)的不平衡無(wú)功外，換流站無(wú)功補(bǔ)償裝置還可以用來(lái)對(duì)換流站交流母線電壓進(jìn)行控制。在換流站解鎖前或解鎖過(guò)程中，根據(jù)順序控制要求投入最小濾波器組數(shù)。隨著直流輸送功率的增加，交流母線電壓下降，當(dāng)滿足下列條件時(shí)，投入一組無(wú)功補(bǔ)償裝置。（4-15）式中為交流母線整定電壓，kV；為實(shí)測(cè)交流母線電壓，kV；為電壓控制死區(qū)，kV。同樣，隨著直流系統(tǒng)輸送功率的降低或其他運(yùn)行的參數(shù)改變，使得交流母線電壓上升，當(dāng)滿足下列條件時(shí)，切除一組無(wú)功補(bǔ)償裝置。（4-16）與不平衡無(wú)功控制模式一樣，電壓控制也需要解決啟動(dòng)、停運(yùn)、投切限制、振蕩性投切和循環(huán)投切等工程問(wèn)題，其中其他內(nèi)容與不平衡無(wú)功控制模式相同，只有振蕩性投切需解釋如下。對(duì)于一定的系統(tǒng)接線方式、電壓控制方式和潮流水平，在換流站交流母線上投入無(wú)功功率，將引起交流母線電壓穩(wěn)態(tài)變化。用微分方式系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓對(duì)無(wú)功的靈敏性為。假定在已知的運(yùn)行范圍內(nèi)，的最大值為C，換流站無(wú)功補(bǔ)償裝置計(jì)電壓為基值的標(biāo)幺值最高電壓為，換流站最大無(wú)功分組為，則應(yīng)滿足（4-17）為了確保不發(fā)生振蕩性投切，需考慮一定裕度，應(yīng)再將增加20%～50%。的值隨系統(tǒng)接線方式和運(yùn)行方式的變化有很大變化，按最不利情況確定的U在系統(tǒng)情況有利時(shí)顯得太大，將造成電壓控制精度不夠，大量不平衡無(wú)功在系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)。因此，換流站一般多采用不平衡無(wú)功控制模式。4.4.3可投切高壓電抗器控制當(dāng)換流站裝設(shè)有并聯(lián)電抗器時(shí)，按照所述的不平衡無(wú)功或交流母線電壓控制模式，當(dāng)無(wú)功控制器滿足切除一組無(wú)功補(bǔ)償裝置的判據(jù)，如果遇到最小濾波器限制，以及檢測(cè)到有高壓電抗器可用而未投入運(yùn)行，同時(shí)上述所有條件又都滿足，則應(yīng)投入一組電抗器。如果無(wú)功控制器檢測(cè)到是投入一組容性無(wú)功設(shè)備的的判據(jù)，以及有高壓電抗器投入，同時(shí)兩個(gè)條件又滿足，則應(yīng)切除一組高壓電抗器。4.4.4交流系統(tǒng)其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切控制從理論上說(shuō)，換流站換流器的無(wú)功吸收能力和無(wú)功補(bǔ)償裝置可以參與區(qū)域性的無(wú)功電壓控制，但這種控制需要集中設(shè)立的控制器和完善的通信設(shè)施，且可能牽涉多個(gè)運(yùn)行單位，調(diào)度運(yùn)行又復(fù)雜，因此一般不采用。這里所討論的交流系統(tǒng)其他無(wú)功補(bǔ)償裝置主要是指裝設(shè)在換流站內(nèi)降壓變壓器或聯(lián)絡(luò)變壓器第三繞組上的低壓電容器和電抗器。變壓器第三繞組上的低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置有單獨(dú)控制和聯(lián)合控制兩種基本控制模式。所謂單獨(dú)控制，是指在直流系統(tǒng)無(wú)功控制中不考慮低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置，而低壓設(shè)備由調(diào)度員根據(jù)常規(guī)調(diào)度規(guī)程進(jìn)行控制。4.4.5連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償裝置具有連續(xù)可調(diào)節(jié)能力的無(wú)功補(bǔ)償裝置主要有調(diào)相機(jī)和靜止無(wú)功補(bǔ)償器兩種。由于換流站有可投切的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置和濾波器，靜止無(wú)功補(bǔ)償器只包括可控制電抗器TCR。這種設(shè)備的主要作用是提高逆變側(cè)換流站交流母線電壓穩(wěn)定性，同時(shí)可幫助限制過(guò)電壓。TCR正常運(yùn)行時(shí)采用定交流母線電壓控制。為了保證對(duì)電壓的支持作用，正常運(yùn)行時(shí)需有一定的負(fù)荷。因此，換流站其他無(wú)功補(bǔ)償裝置的投切可根據(jù)TCR的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行，力圖使其穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)處于經(jīng)研究預(yù)先設(shè)定的范圍。從性能上看調(diào)相機(jī)是逆變站最理想的無(wú)功補(bǔ)償裝置。除提供一定無(wú)功外，還可以提高換流站的短路比，增加交流系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，改善換流器換相條件，降低過(guò)電壓，這在早期直流輸電工程中有較普遍的應(yīng)用。調(diào)相機(jī)的控制與TCR類似，正常運(yùn)行時(shí)采用交流母線電壓控制模式，其最理想的運(yùn)行點(diǎn)是在過(guò)激勵(lì)磁的半截附近。無(wú)功功率控制只需控制濾波器投切，使得調(diào)相機(jī)運(yùn)行在理想運(yùn)行范圍。第五章濾波器設(shè)計(jì)5.1PLCI產(chǎn)生的原因及其抑制方法5.1.1PLCI產(chǎn)生的原因特高壓直流輸電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力線載波干擾(PLCI)主要來(lái)源于:換流閥的開通和關(guān)斷;導(dǎo)體表面的電暈放電;絕緣子的放電擊穿;松動(dòng)或接觸不良觸頭的火花放電。第一種情況產(chǎn)生的干擾噪聲稱為傳導(dǎo)噪聲，后三種情況產(chǎn)生的干擾噪聲可歸結(jié)為背景噪聲。12脈動(dòng)換流器是典型的非線性設(shè)備，通過(guò)其12個(gè)換流閥有規(guī)律的開通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)交流-直流(即整流)或直流-交流(即逆變)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)產(chǎn)生大量諧波。換流器產(chǎn)生的諧波除低頻分量外，還含有高頻分量。其中相對(duì)于基頻600至10000次的諧波成分正好位于30至500kHz的電力線載波頻率范圍內(nèi)。這些諧波的強(qiáng)度雖較小于100次的低頻分量諧波強(qiáng)度小很多，但對(duì)比換流站內(nèi)的PLC電信號(hào)強(qiáng)度仍很大，因此嚴(yán)重影響電力線載波的通話質(zhì)量，所以有必要針對(duì)PLC頻率段內(nèi)的諧波進(jìn)行抑制。換流閥在開通或關(guān)斷時(shí)刻，組成換流閥的晶閘管元件的陽(yáng)極與陰極間電壓發(fā)生突變。這個(gè)快速變化的電壓在由晶閘管內(nèi)電阻、靜態(tài)均壓電阻、RC阻尼電路、連接導(dǎo)線以及這些元件的對(duì)地雜散電容和雜散電感組成的電路中形成高頻振蕩諧波。這些噪聲諧波經(jīng)過(guò)換流變壓器和平波電抗器傳播至交直流開關(guān)場(chǎng)，分別引起交直流側(cè)進(jìn)線的PLC噪聲干擾。換流閥開通產(chǎn)生的載波噪聲主要取決于觸發(fā)角及換流閥的對(duì)地雜散電容。換流閥關(guān)斷引起的載波噪聲則主要取決于RC阻尼電路及其對(duì)地雜散電容。5.1.2PLCI的抑制方法換流站抑制PLCI的方法分為兩大類：①減少換流器產(chǎn)生的高頻諧波分量，如改變晶閘管與其他元件、構(gòu)件的間距，改變換流閥阻尼電路等。這種方法涉及換流閥電路結(jié)構(gòu)的改變，因此一般不采用。②對(duì)已產(chǎn)生的諧波在其傳播途徑上進(jìn)行抑制。在直流工程中，多在第②類抑制方法上想辦法。其中，主要采用以下兩種方法:一在換流變壓器網(wǎng)側(cè)或者平波電抗器線路側(cè)安裝PLC噪聲濾波器。針對(duì)PLC噪聲頻率，將PLC噪聲限制在規(guī)定的范圍內(nèi);二在換流站交流進(jìn)線上串聯(lián)阻波器。通過(guò)阻波器對(duì)噪聲諧波的抑制作用，使一定頻率范圍內(nèi)的PLC噪聲衰減。此外，交直流線路阻抗對(duì)PLC高頻信號(hào)的傳播也具有衰減作用，表現(xiàn)為線路越長(zhǎng)，距離換流站越遠(yuǎn)處的PLC干擾越弱。5.2RI產(chǎn)生的原因及其抑制方法5.2.1RI產(chǎn)生的原因特高壓直流輸電系統(tǒng)的無(wú)線電干擾(RI)主要來(lái)自換流閥的開通和關(guān)斷、線路電暈放電和絕緣子局部放電。(l)換流閥產(chǎn)生的無(wú)線電干擾換流閥在觸發(fā)開通或換相結(jié)束而關(guān)斷的瞬間，閥陽(yáng)極與陰極間的電壓發(fā)生突變。突變電壓通過(guò)以下兩種模式進(jìn)行傳播：①偶極輻射向空間傳播高頻電磁干擾。該干擾受閥廳的屏蔽，對(duì)閥廳外不產(chǎn)生無(wú)線電干擾；②與閥的均壓電容及緊密臨近的雜散電容和電感產(chǎn)生高頻振蕩。這些高頻振蕩電流分別經(jīng)過(guò)換流變壓器和平波電抗器進(jìn)入交直流開關(guān)場(chǎng)，引起開關(guān)場(chǎng)內(nèi)電氣設(shè)備及交直流線路的輻射干擾。換流閥產(chǎn)生的無(wú)線電干擾具有如下特點(diǎn)：①干擾能量正比于閥通斷時(shí)的閥電壓突變量，并且與振蕩電路參數(shù)密切相關(guān)；②單極運(yùn)行方式下，換流閥的RI更強(qiáng)，但隨距離的衰減很快，距換流站15km處的RI即可忽略；雙極運(yùn)行方式下，換流閥的RI較弱，但隨距離的衰減較慢，可傳播至幾百km；③理論研究和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)均表明：RI水平隨頻率的增加而近似單調(diào)減小。至視頻范圍(如>30MHz)時(shí)，RI場(chǎng)強(qiáng)己很微弱。說(shuō)明換流閥產(chǎn)生的高頻分量不會(huì)干擾電視機(jī)的正常工作，主要對(duì)中波和短波頻段的無(wú)線電接收機(jī)產(chǎn)生干擾。(2)線路電暈放電產(chǎn)生無(wú)線電干擾線路的表面場(chǎng)強(qiáng)一旦超過(guò)空氣的起暈電壓強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)電暈放電。電暈放電一定伴隨RI的產(chǎn)生，其干擾大小與線路電壓等級(jí)、空氣介質(zhì)和氣候條件等有關(guān)。一般認(rèn)為，在換流站及其周圍一定區(qū)域內(nèi)，直流電暈放電引起的無(wú)線電干擾低于換流閥引起的無(wú)線電干擾。(3)絕緣子局部放電產(chǎn)生無(wú)線電干擾絕緣子承受的電壓一旦超過(guò)其閃絡(luò)值就會(huì)出現(xiàn)放電。理論及實(shí)測(cè)均表明，放電產(chǎn)生的無(wú)線電干擾小于換流閥引起的干擾。5.2.2RI的抑制方法換流閥產(chǎn)生的無(wú)線電干擾主要通過(guò)在換流站交直流側(cè)安裝RI濾波器加以抑制;線路電暈放電引起的RI則通過(guò)改變線路的線型和對(duì)地高度等措施進(jìn)行抑制;絕緣子局部放電產(chǎn)生的無(wú)線電干擾可通過(guò)改變絕緣子的型式加以削弱。以上兩節(jié)分析了特高壓直流輸電系統(tǒng)產(chǎn)生電力線載波干擾和無(wú)線電干擾的各種原因，指出換流閥有規(guī)律的開通和關(guān)斷是最主要的原因。同時(shí)，針對(duì)PLCI和RI的各種成因，提出了相應(yīng)的抑制方法。5.3換流站交流側(cè)濾波任何形式的換流器再換流的同時(shí)都會(huì)產(chǎn)生諧波，在交流側(cè)產(chǎn)生的諧波有特征諧波、非特征諧波。運(yùn)行中的換流閥存在四種狀態(tài):即開通、關(guān)斷、通態(tài)及斷態(tài)。只有在前兩種狀態(tài)下，換流閥才會(huì)由于閥電壓突變而產(chǎn)生傳導(dǎo)噪聲高頻干擾。在換流閥觸發(fā)瞬間，因晶閘管的開通而使極間電壓迅速跌落。換流變壓器二次側(cè)電壓會(huì)引起閥電流的迅速增加。閥電流的增加主要取決于換流閥的開通，同時(shí)因阻尼回路的暫態(tài)響應(yīng)和換流閥元件對(duì)地電壓的迅速變化也會(huì)額外產(chǎn)生較高頻率的電流，這些電流流過(guò)換流閥的對(duì)地雜散電容就會(huì)產(chǎn)生高頻諧波電流，其頻譜特性主要取決于觸發(fā)角及換流閥與變壓器繞組的對(duì)地電容。諧波對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備的危害可歸為兩類：第一類危害，在電氣設(shè)備的基波電壓上疊加諧波電壓，引起電氣壓力的增加，這種危害對(duì)電力電容器最為顯著；諧波通過(guò)電氣設(shè)備引起附加發(fā)熱，這種危害對(duì)變壓器和發(fā)電機(jī)類設(shè)備最為顯著；諧波的存在可能引起控制保護(hù)設(shè)備的誤動(dòng)作。第二類危害，通過(guò)電力線路的諧波電流將通過(guò)感應(yīng)作用在臨近的電話線上產(chǎn)生諧波電勢(shì)，對(duì)通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。流過(guò)電力線路大的諧波電流可能在臨近的弱信號(hào)線路上產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，從而造成人員傷亡或設(shè)備損壞。如果不采取措施予以濾波，則上述危害是不可接受的。因此，任何換流站都需裝設(shè)交流濾波裝置。5.3.1濾波系統(tǒng)分類到目前為止，大部分直流輸電工程的交流濾波器均采用無(wú)源濾波器。無(wú)源濾波器由電感、電容和電阻三種無(wú)源元件組成。無(wú)源濾波器與交流系統(tǒng)并聯(lián)，作為諧波的旁路通道，因此在諧波頻率下應(yīng)處于串聯(lián)諧振的小阻抗?fàn)顟B(tài)。由于濾波器組數(shù)數(shù)有限，失調(diào)影響嚴(yán)重，因而要采用一些寬帶、高通或在特殊頻率下具有大阻尼的濾波器。（一）調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器如圖5.1所示單調(diào)諧濾波器一般調(diào)諧在5、7、11、13次特征諧波頻率上。這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)單一重要諧波的濾除能力強(qiáng)，損耗低，且維護(hù)要求低；主要缺點(diǎn)是低負(fù)荷時(shí)的適應(yīng)性差，抗失諧能力低。由于12脈動(dòng)換流器的廣泛采用，消除了5次和7次的特征諧波，因此在最新的直流輸電工程中一般不考慮裝設(shè)單調(diào)諧濾波器。圖5.1單調(diào)諧濾波器接線雙調(diào)諧濾波器如圖5.2所示圖5.2雙調(diào)諧濾波器接線雙調(diào)諧濾波器的主要有點(diǎn)是：可以濾除兩個(gè)特征諧波，比兩個(gè)獨(dú)立的單調(diào)諧波器損耗更低，只有一個(gè)處于高電位的電容器堆，便于解決低輸送功率時(shí)的濾波問(wèn)題，濾波器種類減少，便于備用和維護(hù)；主要缺點(diǎn)是：對(duì)失諧較為敏感，由于諧振的作用低壓元件的暫態(tài)額定值可能較高。元件數(shù)較多，且常常需要兩組避雷器。它是目前采用最普遍的濾波器形式。通過(guò)調(diào)整電阻值可以在很大頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生高頻阻尼濾波作用。三調(diào)諧濾波器如圖5.3所示圖5.3三調(diào)諧濾波接線三調(diào)諧濾波器與雙調(diào)諧濾波器相比，其優(yōu)點(diǎn)更加突出，缺點(diǎn)也更加明顯。它最突出的優(yōu)點(diǎn)是小負(fù)荷下無(wú)功平衡方便，最大的缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)調(diào)諧困難。目前在直流工程中已開始使用。（二）阻尼濾波器二階高通阻尼濾波器如圖5.4所示圖5.4二階高通阻尼濾波器接線這種濾波器是早期直流工程中常用的一種阻尼濾波器，但目前已基本不采用。它除了要合理選擇電阻值外，元件參數(shù)的選擇與單調(diào)諧濾波器類似。三階高通阻尼濾波器如圖5.5所示圖5.5三階高通阻尼濾波器這種濾波器的基波損耗比二階高通阻尼濾波器要低一些，但濾波器的組成要復(fù)雜，濾波效果也略低于二階高通阻尼濾波器。C型阻尼濾波器如圖5.6所示圖5.6C型阻尼濾波器這種濾波器是從三階高通阻尼濾波器發(fā)展起來(lái)的。目前這種濾波器在低次諧波濾波器中應(yīng)用最為廣泛。雙調(diào)諧高通阻尼濾波器如圖5.7所示。這種濾波器是通過(guò)在正常的雙調(diào)諧波濾波器高壓電抗器旁邊并聯(lián)一個(gè)高頻旁通電阻而成，具有廣譜濾波和阻尼作用。但由于構(gòu)成太復(fù)雜，性能與前述三類阻尼濾波器相比無(wú)顯著優(yōu)越性，因此應(yīng)用不廣泛。影響濾波器阻抗的因素有交流系統(tǒng)頻率和濾波器元件本身參數(shù)。因?yàn)橛性礊V波器的成本高，要求的諧波容量大，故在此沒有應(yīng)用場(chǎng)所。圖5.7雙調(diào)諧高通阻尼濾波器5.4換流站直流側(cè)濾波器各種換流變壓器都在直流側(cè)產(chǎn)生諧波，直流輸電系統(tǒng)中常用的橋式換流器也不例外。直流側(cè)的諧波主要是換流引起的諧波，即所謂特征諧波，和其他原因引起的諧波，其中其他原因引起的諧波主要是指換流變壓器參數(shù)和控制的各種不對(duì)稱引起的諧波以及交流電網(wǎng)中諧波通過(guò)換流器轉(zhuǎn)移到直流側(cè)的諧波。在高壓直流輸電系統(tǒng)中，直流側(cè)設(shè)備中流過(guò)諧波電流是不可避免的，這種諧波電流產(chǎn)生以下三種危害。（1）對(duì)直流系統(tǒng)本身的危害。直流側(cè)除濾波器外的所有設(shè)備中流過(guò)的諧波電流，都會(huì)造成這些設(shè)備的附加發(fā)熱，因而增加了設(shè)備的額定值要求和運(yùn)行費(fèi)用。當(dāng)諧波水平達(dá)到一定值時(shí)，理論上可能引起直流保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)，對(duì)于實(shí)際直流工程設(shè)計(jì)，一般不著重考慮這些因素。（2）對(duì)線路臨近通訊系統(tǒng)的危害。其最大危害是對(duì)直流線路和接地極線路走廊附近的明線電話線路的干擾。（3）通過(guò)換流器對(duì)交流系統(tǒng)的滲透。類似于交流側(cè)諧波電壓可以通過(guò)換流器轉(zhuǎn)移到直流側(cè)的的道理，直流側(cè)的諧波電流也可以通過(guò)換流器轉(zhuǎn)移到交流系統(tǒng)。如果一個(gè)直流系統(tǒng)直流側(cè)的濾波太弱，如最近有些背靠背工程中取消了平波電抗器，使得直流回路的諧波電流只能由兩側(cè)換流變壓器阻抗限制，流入到兩側(cè)交流系統(tǒng)的諧波將十分顯著，可能造成這些系統(tǒng)運(yùn)行性能顯著下降。直流濾波器的型式不如交流濾波器那樣眾多，最常用的為雙協(xié)調(diào)濾波器，其結(jié)構(gòu)型式如圖5.2。由于一些直流輸電工程穿越人口相對(duì)集中的區(qū)域，規(guī)定了很低的等效干擾電流水平，因此為了嚴(yán)格的要求，如果繼續(xù)采用常規(guī)的濾波系統(tǒng)，則需要并聯(lián)許多濾波器，提高了投資和占地面積，降低直流系統(tǒng)的整體可靠性和可可用率，從而開始開發(fā)直流有源濾波器。直流有源濾波器的理論是：對(duì)于每一次諧波頻率，通過(guò)在濾波器支路內(nèi)引入一個(gè)受控電壓源，使其在直流線路短口產(chǎn)生與換流器諧波電壓源產(chǎn)生的空載電壓大小相等，相位相反的受控電壓，來(lái)降低直流線路中的諧波電流。第六章基于MATLAB/Simulink的直流輸電仿真6.1軟件介紹MATLAB語(yǔ)言是美國(guó)Mathworks公司于1984年正式推出的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言，MATLAB是“矩陣（matrix）和實(shí)驗(yàn)室（laboratory）”兩個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母的組合，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語(yǔ)言，著重針對(duì)科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖的要求?，F(xiàn)已成為大學(xué)教學(xué)和科研中最常用且必不可少的工具。MATLAB語(yǔ)言在工程應(yīng)用和科學(xué)研究領(lǐng)域有著其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。MATLAB語(yǔ)言Simulink工具箱中電力系統(tǒng)模塊（Powersystem）對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和安全穩(wěn)定運(yùn)行分析有十分重要的意義。6.1.1MATLAB語(yǔ)言的特點(diǎn)一種語(yǔ)言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不同于其他語(yǔ)言的特點(diǎn)。正如同F(xiàn)ORTRAN和C等高級(jí)語(yǔ)言使人們擺脫了需要直接對(duì)計(jì)算機(jī)硬件資源進(jìn)行操作一樣，被稱作為第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的MATLAB，利用其豐富的函數(shù)資源，使編程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來(lái)。MATLAB的最突出的特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語(yǔ)言的冗長(zhǎng)代碼。MATLAB給用戶帶來(lái)的是最直觀、最簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)環(huán)境。以下簡(jiǎn)單介紹一下MATLAB的主要特點(diǎn)。1、友好的工作平臺(tái)和編輯環(huán)境MATLAB的用戶界面很接近Windows的標(biāo)準(zhǔn)界面，人機(jī)交互性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單的編輯環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤并進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。2、強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算及數(shù)據(jù)處理能力MATLAB擁有600多個(gè)工程中常用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便地實(shí)現(xiàn)用戶所需要的各種計(jì)算功能。MATLAB函數(shù)所能解決的問(wèn)題包括矩陣運(yùn)算和線性方程組的求解、微分方程及偏微分方程組的求解、符號(hào)運(yùn)算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析、工程的優(yōu)化問(wèn)題、稀疏矩陣運(yùn)算、復(fù)數(shù)的各種運(yùn)算、三角函數(shù)和其他初等數(shù)學(xué)運(yùn)算、多維數(shù)組操作及建模動(dòng)態(tài)仿真等。3、強(qiáng)大而又簡(jiǎn)易的作圖及圖形處理功能MATLAB可以根據(jù)給出的數(shù)據(jù)或函數(shù)，用繪圖命令畫出其圖形，通過(guò)圖形對(duì)科學(xué)計(jì)算進(jìn)行描述。MATLAB不僅具有一般數(shù)據(jù)可視化軟件的功能（例如二維曲線和三維曲面的繪制和處理等），而且對(duì)于一些其他軟件所沒有的功能，例如圖形的光照處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等，也具有出色的處理功能。4、強(qiáng)大的應(yīng)用于各領(lǐng)域的工具箱MATLAB在科學(xué)研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域都具有功能強(qiáng)大的模塊集或工具箱（Toolbox），例如航天、通訊、電力系統(tǒng)等都在MATLAB的Toolbox中占有一席之地。后面我們要介紹的內(nèi)容就是MATLAB在電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用。5、模塊化的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)級(jí)的仿真Simulink是MATLAB的重要功能，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程問(wèn)題的模塊化和動(dòng)態(tài)仿真。MATLAB的Simulink建模仿真如同搭積木一樣簡(jiǎn)單，具有其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。6.1.2MATLAB在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用MATLAB擁有600多個(gè)工程中常用到的數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，可以方便的解析電路中各種問(wèn)題，并且圖文并茂，是常規(guī)解析無(wú)法比擬的。Simulink是MATLAB的重要的內(nèi)容，Simulink是面向框圖的仿真軟件。以Simulink為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)工具箱（Powersystem）提供了電力系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的子系統(tǒng)模型，包括電源（例如交、直流發(fā)電機(jī)等）、元件（例如斷路器、變壓器、線路等）、各種負(fù)荷（例如電動(dòng)機(jī)、電熱器等）、電力電子（例如二極管、GTO等）、電力測(cè)量（例如電流、電壓測(cè)量等）以及其他很多模型。Simulink工具箱是從底層開發(fā)的一個(gè)完整的仿真環(huán)境和圖形界面，用戶可以利用鼠標(biāo)或鍵盤完成面向框圖的系統(tǒng)仿真全部過(guò)程，并且可以更加直觀、快速和準(zhǔn)確地達(dá)到仿真目的。通過(guò)以上介紹分析、舉例說(shuō)明可