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國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議高壓直流輸電標(biāo)準(zhǔn)模型的仿真分析

2021-09-14 02:47田園戴寶琴
機(jī)電信息 2021年23期

田園 戴寶琴

摘要:高壓直流輸電(High Voltage Direct Current,HVDC)是一種利用電力電子技術(shù)介入電能輸送的技術(shù)。隨著HVDC理論的快速發(fā)展,對(duì)其的仿真研究也成為學(xué)術(shù)熱點(diǎn)?,F(xiàn)分析了國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGRE)提出的高電壓輸電標(biāo)準(zhǔn)模型及其工作原理,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下通過(guò)MATLAB搭建了一個(gè)十二脈沖橋HVDC系統(tǒng)仿真模型,并進(jìn)行了運(yùn)行工況分析研究,論證了該仿真模型的正確性及可行性。

關(guān)鍵詞:高壓直流輸電;MATLAB;十二脈沖橋

0 引言

高壓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?,利用電力電子控制換流技術(shù)在送端將交流電轉(zhuǎn)化為直流電將電能送出去,而在受端則將直流電轉(zhuǎn)化為交流電將電能送到受端的交流系統(tǒng),目前廣泛應(yīng)用于大容量長(zhǎng)距離電能輸送場(chǎng)合[1-2]。MATLAB由于其大量的模型庫(kù)、友好的界面和強(qiáng)大的計(jì)算能力而被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)仿真研究。本文在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建了國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議高壓直流輸電標(biāo)準(zhǔn)仿真模型,并對(duì)其運(yùn)行特性進(jìn)行了驗(yàn)證分析。

1 CIGRE-HVDC模型及其工作原理

1.1? ? CIGRE-HVDC模型

國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議高壓直流輸電(CIGRE-HVDC)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)是用于直流輸電控制研究的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)主要包括整流側(cè)及逆變側(cè),兩側(cè)均有換流器,結(jié)構(gòu)如圖1所示[3]。換流站交流側(cè)由交流系統(tǒng)、系統(tǒng)等效阻抗、濾波器、電容器及換流器構(gòu)成。換流器由晶閘管組成,用于整流和逆變,實(shí)現(xiàn)交流電和直流電之間的轉(zhuǎn)換;為滿(mǎn)足換流電壓需要,換流變壓器一次繞組會(huì)與交流電力系統(tǒng)相連,將交流電壓變?yōu)閾Q流橋閥所需要的電壓,其直流側(cè)通常為三角形或星形中性點(diǎn)不接地連接,在直流側(cè)形成獨(dú)立于交流系統(tǒng)的電壓參考點(diǎn);濾波器采用一組雙調(diào)諧濾波器和一組高通濾波器,與電容器共同為系統(tǒng)提供無(wú)功功率補(bǔ)償[4-5]。換流站直流側(cè)包括平波電抗器,用于減小直流電壓、電流的波動(dòng),受擾時(shí)抑制直流電流的上升速度。輸電線(xiàn)路由等效T型電路代替。

1.2? ? CIGRE-HVDC工作原理

在圖1中,當(dāng)左側(cè)的交流系統(tǒng)通過(guò)直流輸電線(xiàn)路向右側(cè)的交流系統(tǒng)輸送電能時(shí),左側(cè)運(yùn)行于整流狀態(tài),相當(dāng)于電源;右側(cè)運(yùn)行于逆變狀態(tài),相當(dāng)于負(fù)載。設(shè)直流線(xiàn)路的電阻為R,線(xiàn)路電流為:

兩者之差即為直流線(xiàn)路電阻消耗的功率。顯然,直流線(xiàn)路輸送的完全是有功功率。由于逆變器C2的直流側(cè)電壓Vd2與直流電流Id的方向相反,只要Vd1>Vd2,就有滿(mǎn)足公式(1)的直流電流。因此調(diào)整直流電壓大小就可以調(diào)整輸送功率。

由式(1)和式(2)可見(jiàn),直流輸電線(xiàn)路輸送的電流和功率由線(xiàn)路兩端的直流電壓所決定,與兩端的交流系統(tǒng)的頻率和電壓相位無(wú)關(guān)。直流電壓的調(diào)節(jié)是通過(guò)控制整流器的觸發(fā)延遲角α和逆變器的逆變角β來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此不受交流系統(tǒng)電壓幅值的影響。

2 MATLAB/Simulink仿真分析

給定系統(tǒng)參數(shù),如表1所示。經(jīng)過(guò)計(jì)算,整流側(cè)參數(shù):標(biāo)幺值系統(tǒng)中電壓基值VB為345 kV,電流基值IB為1.67 kA,阻抗基值ZB為207 Ω,系統(tǒng)線(xiàn)路電感值L為0.12 H。逆變側(cè)參數(shù):標(biāo)幺值系統(tǒng)中電壓基值VB為230 kV,電流基值IB為2.51 kA,阻抗基值ZB為97 Ω,系統(tǒng)線(xiàn)路電感值L為0.05 H。

在MATLAB/Simulink中搭建直流輸電及其控制系統(tǒng)仿真模型,系統(tǒng)基準(zhǔn)傳輸功率為1 000 MVA,整流側(cè)基準(zhǔn)電壓為345 kV,逆變側(cè)基準(zhǔn)電壓為230 kV,得到整流側(cè)及逆變側(cè)電壓、電流及導(dǎo)通角波形圖如圖2所示。

由圖2可見(jiàn),參考電流從0.4 s開(kāi)始由0遞增到1 p.u.。穩(wěn)定后,直流母線(xiàn)電壓和電流穩(wěn)定在1 p.u.,整流側(cè)處在電流控制模式,逆變側(cè)處在電壓控制模式。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)MATLAB的Simulink及Sim Power System工具箱搭建了高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型,較準(zhǔn)確地反映了暫態(tài)過(guò)程中直流輸電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,為今后模型的進(jìn)一步完善以及基于各種先進(jìn)控制策略的控制系統(tǒng)仿真研究驗(yàn)證提供了基本依據(jù)。

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收稿日期:2021-06-28

作者簡(jiǎn)介:田園(1990—),男,江蘇南京人,碩士研究生,工程師,主要從事高壓直流輸電及供用電技術(shù)研究工作。

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