（控制科学与工程专业论文）高压直流输电控制系统仿真研究.pdf

学位论文数据集 m 1 i l i i 1 1 1 1 1 l l l l l l l l l l l l l i l l l f l l i 1 1 1 l y 1 8 7 7 818 中图分类号 t m 7 4 3学科分类号5 1 0 8 0 4 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 1 1 0 8 3 0密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名马聪学号 2 0 0 8 0 0 0 8 3 0 获学位专业名称 控制科学与工程 获学位专业代码 0 8 1 1 0 2 课题来源国家电网公司科技项目研究方向高压直流输电控制 论文题目高压直流输电控制系统仿真研究 高压直流输电，p s c a d e m t d c ，仿真，换流器控制，换流变压器控 关键词 制 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月2 6 日幸论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师王颖副教授北京化工大学光电检测 评阅人l李宏光教授北京化工大学过程控制 评阅人2陈娟教授北京化工大学先进控制 评阅人3 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席李宏光教授北京化工大学过程控制 答辩委员l陈娟教授北京化工大学先进控制 答辩委员2张贝克见习教授北京化工大学控制工程 答辩委员3崔玉龙副教授北京化工大学 电力电子技术应用 答辩委员4 夏涛 副教授 北京化工大学 计算机仿真系统 答辩委员5曹政才副教授 北京化工大学 智能控制技术 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b 厂r1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 高压直流输电控制系统仿真研究 摘要 高压直流输电系统以其输送容量大、送电距离远、输电线路造价低、 能耗小且控制方式灵活快速等优点在世界上迅速发展，是跨区电网互联的 主要方式，因此高压直流输电系统稳定、安全运行对于工业生产和社会生 活具有十分重要的意义。高压直流输电控制系统是保持高压直流输电系统 稳定运行的重要手段，换流器触发控制和换流变压器分接头控制是高压直 流输电控制系统的核心部分，其通过控制高压直流输电系统中关键换流设 备，保证高压直流输电系统的正常运行以及故障后的迅速恢复，因此针对 换流器触发控制和换流变压器分接头控制进行研究对保证高压直流输电 系统的稳定可靠运行具有重要作用。 本文基于交直流电网仿真系统与p s c a d e m t d c 仿真平台建立高压 直流输电一次系统仿真模型，基于一次系统仿真模型和高压直流输电基本 控制原理，在分析高压直流输电控制系统中重要控制环节换流器触发控制 及换流变压器分接头控制的基础上建立控制系统仿真模型，并针对建立的 一次系统仿真模型和控制系统仿真模型分别进行高压直流输电系统正常 运行及瞬时故障和稳态变化的仿真验证。 仿真结果表明，本文建立的一次系统仿真模型与实际高压直流输电系 统运行效果相同，建立的换流器触发控制仿真模型对高压直流输电系统瞬 时故障具有快速控制作用，换流变压器分接头控制仿真模型对系统稳态变 北京化t 大学硕 ：学位论文 有良好的控制效果。建立的一次系统仿真模型与控制系统仿真模型对 高压直流输电控制系统，提高直流输电控制系统性能，保证高压直流 系统的安全稳定运行具有重要意义。 词：高压直流输电，p s c a d e m t d c ，仿真，换流器控制，换流变压 制 i i a b s t ra c t r e s e a r c ho nh v d cc 0 n t r o ls y s t e ms i m u l a t i o n a b s t r a c t h i g h 、厂o l t a g e d i r e c tc u r r e n t ( a b b r h v d c ) t r a n s m i s s i o ns y s t e mi s d e v e l o p e dr a p i d l yi nt h ew o r l df o ri t sl a r g ec 印a c 埘a n dl o n gd i s t a n c eo f p o w e rt r a n s m i s s i o n ，l o wc o s ta n dw a s t a g eo ft r a n s m i s s i o nl i n e s ，f l e x i b l ea n d f a s tc o n t r 0 1m o d e a st h em a i nf o mo fi n t e n e g i o n a l i n t e r c o n n e c t i o no fp o w e r g r i d s ，s t e a d ya n d s a f eo p e r a t i o no fh v d ct r a n s m i s s i o ns y s t e mi ss i g n i f i c a n tt o i n d u s t r i a lp r o d u c t i o na n ds o c i a ll i f e c o n v e r t e rf i r i n gc o m r o l ( a b b r c f c ) a n d t a pc h a n g ec o n t r o lo fc o n v 舐e r 舰n s f o m e r s ( a b b r t c c ) a r ec o r ep a n so f h v d cc o n t r o ls y s t e mw h i c hp l a y sc m c i a lr o l ei nk e 印i n gs t a b i l i z a t i o no f h v d ct r a n s m i s s i o ns y s t e m n o 肌a lo p e r a t i o na n dr 印i d e c o v e 拶a r e rf a u l t s o fh v d ct r a n s m i s s i o na r ee n s u r e db yc f ca n dt c c t t o u g hc o n t r 0 1 l i n gk e y c o l l v e n e rd e v i c e s ，t h e r e f o r ei ti si m p o r t a n tt or e s e a r c ho nc f ca n dt c cf o r g u 嬲m t e e i n gs t a b i l i z a t i o na n dr e l i a b l eo fh v d c t r a n s m i s s i o ns 1 归t e m h v d c p r i m a r ys y s t e ms i i n u l a t i o nm o d e lw a s b u i l tb 硒e do na c d cg i r d s i m u l a t o ra 1 1 dp s c a d e m t d c c f ca n dt c cs i m u l a t i o nm o d e l sw e r es e tu p b a s e do np r i m 哪s y s t 锄s i m u l a t i o nm o d e la n dp m c i p l eo fh v d cc o n t r o l s y s t e m ，b ya n a l y z i n gc o n 仃o lm o d ea n i d b a s i cc o m p o n e n t so fc f ca n dt c c w l l i c ha r ek e yp 砒so fh v d cc o n t r o ls y s t e m s i m u l a t i o no fn o m a lo p e m t i o n ， m 北京化t 大学硕 ：学位论文 t r a n s i e n tf a u l t sa n ds t e a d ys t a t ec h a n g e so fh v d ct r a n s m i s s i o nw e r em a d et o t e s tt h ea c c u r a c yo fh v d cp r i m a 巧s y s t e ma n dc o n t r o ls y s t e ms i m u l a t i o n m o d e l sb u i l ti nt h i st h e s i s i ti sp r o v e dt h a th v d c p r i m a r ys y s t e ms i m u l a t i o nm o d e l i sc o n s i s t e n tt o r e a lo p e r a t i n gs y s t e m ，c f cs i m u l a t i o nm o d e lr e a l i z et h ec o n t r o lt r a n s i e n t f i a u l t sf a s t i na d d i t i o n ，t c cs i 枷l a t i o nm o d e lh a sg o o dc o n t r o l e f f e c to n s t e a d ys t a t ec h a n g e sa c c o r d i n gt os i m u l a t i o nr e s u l t s h v d cp r i m a r ys y s t e m a n dc o n t r o l s y s t e ms i m u l a t i o nm o d e l sb u i l t i nm i st h e s i sc a n i m p r o v e p e r f o 胁a n c eo fc o n t r o ls y s t e mf o rc e r t i 研n gs a f ea i l ds t a b l e o p e r a t i o no f h v d ct r a n s m i s s i o ns y s t e m k e y w o r d s ：h i 曲v o l t a g e d i r e c tc u 玎e n tt m s m i s s i o n ，p s c a d e m t d c ， s i i i m l a t i o n ，c o n v e r t e rc o n t r o l ，t r a n s f o m e rc o n t r o l 目录 目录 第一章绪论1 1 1 前言1 1 1 1 高压直流输电特点及发展概况1 1 1 2 高压直流输电控制仿真重要性2 1 1 3 高压直流输电控制仿真的研究现状3 1 2 课题研究意义及主要内容5 1 2 1 课题研究意义5 1 2 2 课题主要研究内容5 第二章高压直流输电仿真环境。7 2 1 交直流电网仿真系统7 2 1 1 系统功能7 2 1 2 系统基本结构8 2 2 仿真环境p s c a d e m t d c 9 2 2 1p s c a d e m t d c 简介1 0 2 2 2p s c a d e m t d c 功能1 0 2 2 3p s c a d e m t d c 仿真计算及元件库1 0 2 3 本章小结13 第三章高压直流输电控制基本原理1 5 3 1 高压直流输电基本原理1 5 3 2 高压直流输电控制系统基本原理1 6 3 2 1 高压直流输电控制系统分层结构1 6 3 2 2 高压直流输电控制原理18 3 2 3 高压直流输电控制方式一1 9 3 2 4 高压直流输电控制系统基本组成2 0 3 3 本章小结2 3 v 北京化丁人学硕 ：学位论文 第四章高压直流输电控制系统建模2 5 4 1 高压直流输电一次系统2 5 4 1 1 高压直流输电一次系统建模2 5 4 1 2 一次系统模型与控制系统模型作用方式2 6 4 2 高压直流输电控制系统建模2 7 4 2 1 高压直流输电控制系统建模原则2 7 4 2 2 换流器触发控制建模2 7 4 2 3 换流变压器分接头控制建模3 5 4 3 本章小结4 3 第五章高压直流输电控制系统仿真4 5 5 1 高压直流输电一次系统仿真4 5 5 2 换流器触发控制仿真模型仿真结果4 7 5 2 1 整流侧单相母线接地故障控制仿真4 7 5 2 2 逆变侧三相母线短路故障控制仿真4 8 5 3 换流变压器分接头控制仿真模型仿真结果4 9 5 3 1 高压直流输电系统降压运行控制仿真4 9 5 3 2 逆变侧交流系统电压下降控制仿真5 0 5 4 本章小结一5l 第六章结论与展望5 3 6 1 结j 论一5 3 6 2 展望5 4 参考文献5 5 附录。5 9 附录一一一5 9 附录二j 6 0 v 1 目录 附录三6 1 致谢6 3 研究成果及发表的学术论文6 5 作者简介6 7 v 北京化工大学硕上学位论文 - 一一一 v i u c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e rl i n t r o d u c t i o n 1 1 1f o 刑a r d 1 1 1 1c h a r a c t e r i s t i c s 甜l dd e v e l o p m e n to v e r v i e wo fh v d c 佃a n s m i s s i o n 1 1 1 2h n p o r t a n c eo fh v d cc o n t r o ls i 埘【u l a t i o n 2 1 1 3r e s e a r c hs t a t u so fh v d cc o i l 仃o ls i m u l a t i o n 3 1 2r e s e a r c hs i 鲥f i c a n c ea i l dm a i nc o n t e n t so f t h et h e s i s 5 1 2 1r e s e 踟c hs i 擘皿i f i c a n c e 5 1 2 2m a i nc o n t e n t s 5 c h a p t e r2 s i m u l a t i o ne n v i r o n m e n to fh v d ct r a n s i m i s s i o n ”7 2 1a c d cg i r ds i m u l a t o r 7 2 1 1s v s t e i i l 如n c t i o n 7 2 1 2s v s t e i i lb a s i cs t m c t l c 8 2 2s i n “a t i o ne n v i r o n m e n tp s c a d e m t d c 9 2 2 1h l 仃0 d u c t i o no f p s c a d e m t d c 1 0 2 2 2p s c a d e m t d c 鼢i o n lo 2 2 3s i m u l a t i o nc a l c u l a t i o na i l dc o m p o n e n tl i b 捌黟o f p s c a d e m t d c 。1 0 2 3s u n ：l i r i a r v 13 c h a p t e r 3b a s i cp r i c i n p l eo fh v d cc o n t r 0 1 ”。”1 5 3 1b a s i c 研c i n p l eo f h v d c 咖s i m i s s i o n 1 5 3 2b a s i c 研c i n p l eo f h v d c 似l 仃o ls y s t 锄1 6 3 2 1h i e r a r c l l i c a ls t r u c t u r eo f h v d cc o n t r o ls y s t e i i l 1 6 3 2 2p f i c i n p l eo f h v d cc o n 臼0 ls y s t e m 18 3 2 3c o n 臼的lm o d eo f h v d cc o n _ b 0 ls y s t 锄。1 9 3 2 4b a s i cc o m p o n e n t so fh v d cc o n 白ls y s t e i i l 2 0 3 3s u n 】加a r 、，2 3 c h a p t e r 4 m o d e l i n go fh v d c c o n t r o is y s t e m 2 5 北京化工人学硕 ：学位论文 4 1p r i m a 巧s y s t 锄o f h v d c 咖l s i m i s s i o n 2 5 4 1 1m o d e l i n go f p r i m a r ys y s t 锄o f h v d c 臼? a n s m i s s i o n 2 5 4 1 2a c t i o nm o d eb 们) l ，e e np r i m a 巧s y s t 锄m o d e la n dc o n 仃d ls y s t e i i lm o d e l 2 6 4 2m o d e l i n go f h v d cc o n 缸- o ls y s t e n l 2 7 4 2 1m o d e l i n gp r i n c i p l eo f h v d cc o n t r o is y s t e m 2 7 4 2 2m 0 d e l i n go fc o n v 鳅e rf i m gc o n 钮o i 2 7 4 2 3m o d e l i n go f t a pc h a l l g ec o n t l o lo f c o n v e f t e rt r a n s f o m e f s 3 5 4 3s l m l m a i y 4 3 c h a p t e r5 s i m u l a t i o no fh v d cc o n t r o ls y s t e m 4 5 5 1s i 埘【u l a t i o no f h v d cp r i m a r ys y s t e m 4 5 5 2s i m u l o 【t i o nr e s u l t so f c o n v e r t e r6 r i n gc o n t r o lm o d e l 4 7 5 2 1s i m u l a t i o no f a cb u so n e p h a s es h o r tc i r c u i ta tr e c t i f i e rs i d ec o n t r o l 4 7 5 2 2s i m u l a t i o no f a cb u s 缸e e p h 弱es h 帐c i r c u i ta ti n v 嘣e rs i d ec o n 仃o l 一4 8 5 3s i m u l a t i o nr e s u l t so ft 啪s f o 肌e rt a pc h a l l g ec o n t r o lm o d e l 4 9 5 3 1s i l l l u l a t i o no f h v d c 仃a n s m i s s i o nd 印r e s s e dv o l t a g ec o n 打0 l 4 9 5 3 2s i m u l a t i o no fd 印r e s s e dv o l t a g ea ti n v e n e rs i d ec o n 仃0 l 5 0 5 4s l 】m m a r y 51 c h a p t e r 6c o n c l u s i o na n d p r o s p e c t 。5 3 6 1c o n d u s i o n 5 3 6 2p r o s p e c t 5 4 r e f e r e n c e 。! ；5 a p p e n d i x 。5 9 a p p e n d i x l 5 9 a p l e n d i x 2 6 0 a p p e n d i x 3 6 l a c l m o w l e d g e m e n t s 。6 3 r e s e a r c hr e s u i t sa n d p u b l i s h e da c a d e i i i i cp a p e r s 。6 5 b r i e fi n t r o d u c 廿o no fa u t h o r 。 x 6 7 第一章绪论 第一章绪论 1 1 前言 1 1 1 高压直流输电特点及发展概况 随着电力系统需求的增加以及电力技术的发展，高压直流输电( h i 曲v o l t a g e d i c tc u m 跚t ，简称h v d c ) 因其特有的输电优势在世界上得到迅速发展。与交流输 电系统相比，高压直流输电系统具有以下特剧卜3 j ： 1 ) 输电线路造价低、电能损耗小。交流输电系统需要三根导线，而直流输电系统 仅需正负极两根导线，当采用大地或海水作为负极时仅需要单根导线，并且直流输电 线路走廊比交流线路走廊更窄，因此在输送同功率情况下直流输电可节省大量线路费 用。电缆的直流工作电压高于交流，并且直流输电线路不存在对地电容，所以直流输 电系统通过相同电缆输送的容量大于交流输电系统，电能损耗更小。 2 1 快速可控。当采用交流线路互联的交流输电系统发生故障后，由于正常系统向 故障系统输送故障电流导致原有断路器承受过电流影响，系统需要根据实际情况更换 开关等设备以保证系统安全。采用直流线路互联的交流系统发生故障后，高压直流输 电控制系统可通过快速改变功率输送方向避免过大的故障电流进入故障侧，不需要更 换断路器等设备，并且直流线路电流调节更容易、短路电流更小，更容易实现直流输 电系统的快速控制。 3 ) 实现非同步联网。采用交流输电系统实现电网互联时，交流系统中的所有同步 发电机必须同步运行以保持系统稳定，因此对于电网的同步性要求很高，增加了电网 互联的设计难度与建设费用。直流输电系统通过换流设备将位于两侧的交流系统隔离 开，因此交流系统之间不需要同步运行，可实现电网的非同步互联。 由于直流输电系统具有输电线路造价低、线路损耗少、可快速改变功率输送方向 及易于实现不同频率交流系统互联等特点，直流输电主要用于远距离大容量输电、跨 地区电网互联、海底电缆输电、为高用电密度城市供电以及为新能源开发提供配套技 术等领域。同时高压直流输电控制系统的调节灵活快速，可以改善交流输电系统的运 行性能，提高交直流互联系统的稳定性。 目前世界上在建和投运的直流输电工程已经近百项，主要集中在北美、西欧等经 济发达地区。随着高压直流输电在远距离、大功率输电方面的高输电效率与经济优势 越来越明显，其它国家也正在建设或计划新建大批高压直流输电工程，目前巴西伊泰 普直流输电工程的直流电压等级最高，南非英加一沙巴直流输电工程的直流输电距离最 长。同时，光纤、计算机技术等学科的发展，进一步推动高压直流输电技术的发展， 将光纤与计算机技术应用于高压直流输电控制系统使控制系统的调节更加精准完善， 北京化工大学硕一i ：学位论文 将高温超导材料应用于输电电缆使远距离输电的线路建设费用大幅降低。随着直流输 电设备的改进以及直流输电技术的不断完善，高压直流输电的应用将更加广泛【4 _ 7 1 。 由于我国能源产地与电力需求地区分布极度不平衡，西电东送及南北互联成为我 国电力能源配置的重要方式，因此适于远距离、大容量及非同步联网的高压直流输电 系统在我国迅速发展。目前国内在建和投运的高压直流输电工程已经达到十几项，如 表1 1 所示。我国还在计划新建更多高电压等级的高压直流输电工程以满足国内电力 需求的迅速增长。因此，高压直流输电在我国的经济发展过程中发挥着越来越重要的 作用【8 1 4 1 。 表1 1 我国高压直流输电一翻呈 t a b l e l - 1h v d c 仃a n s m i s s i o np r o j e c t si nc l l i n a j ：程功率m w电压等级屈输送距离l ( 1 n投运年 镇海舟山5 01 0 05 41 9 8 7 葛洲坝南桥 1 2 0 05 0 01 0 4 5 1 9 8 9 天生桥- j “州 1 8 0 05 0 0 l 0 0 0 2 0 0 1 芦潮港嵊泗 5 06 05 9 2 0 0 3 龙泉政平 3 0 0 05 0 0 8 9 02 0 0 3 江陵鹅城3 0 0 05 0 09 4 02 0 0 4 三沪线3 0 0 05 0 01 1 0 02 0 0 4 贵，“线3 0 0 05 0 09 3 62 0 0 5 灵宝背靠背 3 6 01 2 02 0 0 5 贵广二回线 3 0 0 0 5 0 01 0 0 02 0 0 7 高岭背靠背 1 5 0 01 2 52 0 0 8 黑河背靠背 7 5 0 5 0 02 0 0 8 宝鸡德阳 3 0 0 05 0 05 5 02 0 0 9 云广 5 0 0 0 5 0 01 4 3 82 0 0 9 呼伦贝尔一辽宁 3 0 0 05 0 09 0 82 0 l o 向家坝上海 “0 08 0 0 1 9 0 72 0 l l 宁东山东 4 0 0 06 6 01 3 3 52 0 l l 1 1 2 高压直流输电控制仿真重要性 高压直流输电控制系统通过调节主要控制量实现系统预期的输送功率或直流电 压。高压直流输电系统通过换流设备实现交直流系统联网，高压直流输电控制系统通 2 第一章绪论 过控制换流设备以协调高压直流输电系统的整流和逆变过程，保证高压直流输电系统 的稳定运行，因此高压直流输电控制系统是高压直流输电系统的核心部分。当直流输 电系统受到外界扰动或发生瞬时故障时，高压直流输电控制系统通过转换控制方式减 小或避免扰动或故障引起的过电压、过电流等，减少对系统的危害，同时控制系统能 够保证扰动消失或故障清除后快速恢复系统至稳定运行。当系统电压或电流发生长时 间的缓慢变化时，直流输电控制系统通过检测实测值与预期值之间的差值实施调节， 保证系统在额定运行范围内工作。高压直流输电控制系统不仅能对直流输电系统本身 进行相关调节提高直流输电系统运行性能，保证直流输电系统的可靠运行，提高高压 直流输电系统运行安全性，还可以对与其相联的交流系统实施附加控制进行外部调 节，有效增强交流系统的运行性能，改善交直流联网系统的运行性能。随着高压直流 输电系统的应用日益广泛，控制系统对于直流输电系统的稳定运行点以及电网可靠 性、稳定性的影响越来越重要。对高压直流输电控制系统进行详细的研究及实验分析， 提高控制系统性能，对进一步完善高压直流输电系统、提高系统运行的安全可靠性具 有重要意义。因此，关于高压直流输电控制系统的建模及控制方法分析已经成为高压 直流输电领域的重要研究内容【b 圳j 。 由于实际高压直流输电系统规模庞大、结构复杂，并且基于系统运行的安全性及 可靠性考虑，不能在实际的电力系统中进行实验分析。电力系统仿真是目前电力系统 进行科学研究、设计规划以及模拟实际系统运行的主要手段，对提高电力系统设计效 率、维护系统运行、增强系统可靠性灵活性以及降低运行费用等方面具有重要作用。 电力系统仿真包括物理仿真和数字仿真两种方法。物理仿真基于专用的物理模拟 装置进行电力系统实际运行情况的实验模拟，但是仿真规模受限于被仿真系统的复杂 程度及规模，不适于仿真大规模的复杂电力系统。数字仿真基于仿真软件建立电力系 统仿真模型，适用于各种规模及复杂程度的电力系统仿真，可快速实时模拟被仿真系 统的各种运行过程及设计规划新系统，保证被仿真系统的安全性并节省大量运行费 用。目前电力系统的研究主要采用数字仿真方法，基于专用仿真平台建立数字模型进 行仿真分析。 由于高压直流输电控制系统在高压直流输电系统的运行中发挥着关键作用，决定 系统的稳定运行并减少扰动或故障对系统产生的危害，因此需要针对控制系统进行研 究以完善控制性能。利用电力系统仿真手段针对控制系统建立仿真模型，并通过稳定 运行或故障仿真研究所建立的直流输电控制系统仿真模型的控制性能，实现对高压直 流输电控制系统的研究，对保证直流输电系统的稳定运行具有重要意义【2 2 羽j 。 1 1 3 高压直流输电控制仿真的研究现状 我国高压直流输电技术起步较晚，因此关于高压直流输电控制系统的仿真建模研 3 北京化丁人学硕 ：学位论文 究工作处于初步发展阶段。目前关于高压直流输电控制系统的仿真建模研究主要分为 以下三种： 1 ) 基于c i g r e 标准测试系统进行控制系统研究【2 8 - 3 0 1 。 国际大电网会议c i g r e 标准测试系统是1 9 9 1 年由c i g r e 直流联络线研究委员 会高压直流输电工作组提出的直流输电系统模型，用于高压直流输电控制系统研究。 c i g r e 标准测试系统建立了一个单极海底电缆直流输电一次系统及其控制系统仿真 模型。目前很多关于直流输电控制系统的研究工作都是建立在c i g r e 标准测试系统 基础上，以c i g r e 标准测试系统作为研究对象进行控制系统仿真模型的研究及测试， 如文献 31 】基于c i g r e 标准测试系统研究高压直流输电控制系统性能。但是c i g r e 标准测试系统的控制系统仿真模型结构比较简单，其控制策略与实际直流输电控制系 统结构差距较远。因此c i g r e 标准测试系统主要用于同样电路结构情况下不同仿真 程序、仿真器控制效果的比较或者考核各仿真工具对h v d c 模拟的准确度，不适用于 实际高压直流输电控制系统的研究。 2 1 基于离线仿真法建立部分控制系统仿真模型【3 2 3 6 】。 离线仿真研究方法主要是针对c i g r e 标准测试系统中某些控制环节进行改进以 完善直流输电控制系统仿真模型，或基于基本控制原理建立针对电流或电压等控制方 式的仿真模型进行控制系统性能实验，如文献 3 7 】针对逆变器熄弧角控制进行研究。 但是离线仿真研究方法建立的控制系统仿真模型仅完成了控制系统的部分控制功能， 尚未完全建立与实际控制系统一致的仿真模型，并且离线仿真方法的仿真过程不能完 全跟随实际系统的动态变化，因此还不能准确模拟实际控制系统的性能。 3 ) 基于数字物理混合方法【3 8 删。 数字物理混合方法基于数字仿真软件建立由交流系统、换流变压器、换流器等设 备组成的高压直流输电一次系统电气回路仿真模型，通过数字物理混合接口将一次系 统仿真模型与实际控制系统或物理仿真装置连接进行数字物理混合仿真，如文献f 4 1 1 基于仿真软件建立一次系统仿真模型并调用实际控制系统程序对高压直流输电系统 进行仿真研究。但是此类研究方法只针对高压直流输电一次系统建立仿真模型，没有 建立控制系统仿真模型，不能进行控制系统的研究。 由于目前基于高压直流输电控制系统建立的仿真模型与实际控制系统结构差异 较大，不适于控制系统性能研究及控制系统对交直流输电系统稳定性影响分析。因此， 本文将基于高压直流输电控制原理并结合实际控制系统建立与实际控制系统一致的 控制系统仿真模型，研究高压直流输电控制系统性能，为保证高压直流输电系统稳定 运行提供理论基础。建立的控制系统仿真模型既可以用于高压直流输电控制系统的研 究及改进，也可以作为数字培训系统的控制部分与高压直流输电一次系统仿真模型连 接实现全数字高压直流输电系统仿真，或与高压直流输电一次系统物理仿真装置连接 实现数字物理混合仿真，具有较好的理论和实际应用价值。 4 第一章绪论 1 2 课题研究意义及主要内容 1 2 1 课题研究意义 高压直流输电在我国电力系统发展中发挥着重要的作用，高压直流输电控制系统 不仅能保证系统输送功率稳定，而且能提高交直流输电系统的运行性能并保证交直流 转换设备的安全运行，是高压直流输电系统的核心部分。为了准确的研究高压直流输 电系统运行过程，就必须建立与实际控制系统一致的准确控制系统仿真模型，对控制 系统性能进行详细的研究以改善高压直流输电系统的运行性能并增强控制系统的可 靠性。因此采用专业电力系统仿真软件针对实际高压直流输电控制系统建立仿真模型 是高压直流输电研究的重要内容。 与交流输电相比，直流输电技术发展较晚，目前关于高压直流输电控制系统的仿 真建模研究工作较少，建立的控制系统仿真模型与实际控制系统差距较大，不适于进 行控制系统的性能研究或改善。因此，针对实际高压直流输电控制系统进行研究并建 立与实际控制系统一致的控制系统仿真模型十分重要，对于提高高压直流输电系统稳 定性、改善直流输电控制系统性能以及建立专业的直流输电培训系统等具有重要意 义。 1 2 2 课题主要研究内容 本文基于高压直流输电基本原理，分析高压直流输电控制系统分层结构及基本控 制原理，研究控制系统基本组成，基于p s c a d e m t d c 仿真平台针对高压直流输电 控制系统中重要控制环节换流器触发控制及换流变压器分接头控制建立仿真模型并 进行仿真验证。本论文的主要研究内容包括： 1 ) 分析用于高压直流输电一次系统建模的交直流电网仿真系统，讨论用于高压直 流输电控制系统建模的电磁暂态仿真软件p s c a d e m t d c 的功能及仿真计算过程， 阐述用于建立高压直流输电一次系统及控制系统的主要元件模型，并根据需要自定义 必要的元件模型。 2 ) 基于高压直流输电基本原理及控制系统分层结构，讨论高压直流输电控制系统 的重要环节换流器触发控制和换流变压器分接头控制，并分析换流器触发控制和换流 变压器分接头控制方式及基本组成。 3 1 基于高压直流输电基本原理及控制系统结构，研究一次系统建模方法，研究换 流器触发控制及换流变压器分接头控制建模方法，分析各主要控制环节建模原理及功 能。 钔针对建立的一次系统仿真模型进行高压直流输电系统稳定运行仿真验证，针对 建立的换流器触发控制仿真模型进行高压直流输电系统瞬时故障仿真验证，针对建立 5 北京化工大学硕i ：学位论文 一一_ 一 的换流变压器分接头控制仿真模型进行系统稳态变化仿真验证。 6 第一二章高压直流输电仿真环境 第二章高压直流输电仿真环境 高压直流输电控制系统决定着高压直流输电系统运行的稳定性和安全性，因此 建立与实际控制系统一致的仿真模型是高压直流输电系统研究重要内容。交直流电 网仿真系统可建立实际高压直流输电一次系统仿真模型，在此基础上利用 p s c a d e m t d c 软件建立高压直流输电控制系统仿真模型，对研究高压直流输电一 次系统及控制系统具有重要意义。 2 1 交直流电网仿真系统 为适应我国高压直流输电系统研究及实际运行培训需求，中国