引言

高壓直流輸電工程是以直流電的方式實現(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),目前廣泛應用于大容量長距離電能輸送場合。MATLAB由于其大量的模型庫、友好的界面和強大的計算能力而被廣泛應用于各類仿真研究。本文在MATLAB/Simulink環(huán)境下搭建了國際大電網(wǎng)會議高壓直流輸電標準仿真模型,并對其運行特性進行了驗證分析。

1CIGRE-HVDC模型及其工作原理

1.1CIGRE-HVDC模型

國際大電網(wǎng)會議高壓直流輸電（CIGRE-HVDC）標準測試系統(tǒng)是用于直流輸電控制研究的標準系統(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。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,實現(xiàn)交流電和直流電之間的轉(zhuǎn)換:為滿足換流電壓需要,換流變壓器一次繞組會與交流電力系統(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不接地連接,在直流側(cè)形成獨立于交流系統(tǒng)的電壓參考點: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)提供無功功率補償。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,受擾時抑制直流電流的上升速度。輸電線路由等效T型電路代替。

1.2CIGRE-HVDC工作原理

在圖1中,當左側(cè)的交流系統(tǒng)通過直流輸電線路向右側(cè)的交流系統(tǒng)輸送電能時,左側(cè)運行于整流狀態(tài),相當于電源:右側(cè)運行于逆變狀態(tài),相當于負載。設(shè)直流線路的電阻為R,線路電流為:

因此,整流橋與逆變器功率分別是:

兩者之差即為直流線路電阻消耗的功率。顯然,直流線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,直流輸電線路輸送的電流和功率由線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關(guān)。直流電壓的調(diào)節(jié)是通過控制整流器的觸發(fā)延遲角α和逆變器的逆變角a來實現(xiàn)的,因此不受交流系統(tǒng)電壓幅值的影響。

2MATLAB/Simulink仿真分析

給定系統(tǒng)參數(shù),如表1所示。經(jīng)過計算,整流側(cè)參數(shù):標幺值系統(tǒng)中電壓基值vB為345kV,電流基值IB為1.67kA,阻抗基值ZB為207Ω,系統(tǒng)線路電感值L為0.12H。逆變側(cè)參數(shù):標幺值系統(tǒng)中電壓基值vB為230kV,電流基值IB為2.51kA,阻抗基值ZB為97Ω,系統(tǒng)線路電感值L為0.05H。

在MATLAB/simulink中搭建直流輸電及其控制系統(tǒng)仿真模型,系統(tǒng)基準傳輸功率為l000M8A,整流側(cè)基準電壓為3V5k8,逆變側(cè)基準電壓為230k8,得到整流側(cè)及逆變側(cè)電壓、電流及導通角波形圖如圖2所示。

由圖2可見,參考電流從04V.開始由0遞增到1p.u.。穩(wěn)定后,直流母線電壓和電流穩(wěn)定在1p.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

本文通過MATLAB的simulink及simpPowrsy.twm工具箱搭建了高壓直流輸電系統(tǒng)仿真模型,較準確地反映了暫態(tài)過程中直流輸電系統(tǒng)的動態(tài)特性,為今后模型的進一步完善以及基于各種先進控制策略的控制系統(tǒng)仿真研究驗證提供了基本依據(jù)。