（电力系统及其自动化专业论文）柔性直流输电控制系统建模及其仿真研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fp o w e re l e c t r o n i c st e c h n o l o g yd r i v e st h ed e v e l o p m e n to fh i g h v o l t a g ed i r e c t c u r r e n tt r a n s m i s s i o n ( h v d c ) t e c h n o l o g y w i t ht h ei n c r e a s i n gr m i n ga n d i m p r o v e dp e r f o r m a n c eo fs e l f - c o m m u t a t e ds e m i c o n d u c t o r s ，v o k a g es o u r c ec o n v e r t e rb a s e d h v d c ( v s c h v d c ) h a sb e e nu s e di np r o j e c t v s c h v d ck e e p st h ef u l lc o n t r o lt y p e s e m i c o n d u c t o rm a t e r i a li n s u l a t e d g a t eb i p o l a rt r a n s i s t o r ( i g b t ) v o r a g es o u r c ec o n v e r t e r ( v s c ) r e m a i n i n gd o m i n a n t ，b a s e di t s f a v o r i t ea d v a n t a g e ，v s c h v s ch a sb e e nas t u d y h o t s p o ti ne l e c t r i cp o w e rs y s t e m t h eb a s i cp r i n c i p l e so fv s ci si n t r o d u c e di nt h i st h e s i s o nt h eb a s i so ft h i s ，t r a n s i e n t m a t h e m a t i c a lm o d e l so fv s c - h v d cs y s t e m ，i n c l u d i n gh i g hf r e q u e n c ya n dl o wf r e q u e n c y m a t h e m a t i c a lm o d e l sa r ee s t a b l i s h e d s e c o n d l y , t h eb a s i cp r i n c i p l ea n dh i e r a c h i c a ls t r u c t u r e o ft h ec o n t r o l l e rd e s i g na r ed i s s e r t a t e d , d e p e n d i n go nt h e s e ，t h em a s t e rc o n t r o l ( t h eu p p e r p a r t ) a n dt h eb a s i cc o n t r o l ( t h el o w e rp a r t ) o f v s c - h v d cs y s t e mb a s e do nt h ed i r e c tc u r r u n t c o n t r o la l ed e s i g n e d d e t a i l e dc o n s t a n td i r e c tv o k a g ec o n t r o l l e ra n dd e t a i l e dc o n s t a n t a l t e m a t i n gv o k a g ec o n t r o l l e rw h i c hc a nr e f l e c tt h er e l a t i o no fd i r e c tv o r a g ea n da c t i v ep o w e r & t h er e l a t i o no fa l t e r n a t i n gv o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e ra r ed e s i g n e d c o n s t a n ta c t i v ep o w e r c o n t r o l l e ra n dc o n s t a n tr e a c t i v ep o w e rb a s e do na n t i m o d e li sd e s i g n e d d e a d b e a tc o n t r ol w h i c hi sa p p l i e di nv s c h v d cs y s t e mi sd e t a i l e da n df u l ld e r i v e d a cc u r r e n tc o n t r o l l e r b a s e dd e a d b e a tc o n t r o lp r i n c i p l ei s d e s i g n e d o n c em o r e ，d e p e n d i n go nt h ed e s i g n e d c o n t r o l l e r sa n dt h ep s c a d e m t d cs i m u l a t i o nt o o l s ，ad e t a i l e dv s c h v d ce l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n tm o d e li sb u i l t o nb a s i so fd i f f e r e n tc o n t r o lm o d e ( s t r a t e g y ) c o m b i n a t i o n ，t h es t e a d y a n dd y n a m i cp e r f o r m a n c eo fv s c - h v d cs y s t e mi ss t u d i e d o nb a s i so fd i f f e r e n tc o n t r o l m o d es w i t c h o v e r ，t h es t e a d ya n dd y n a m i cp e r f o r m a n c eo f v s c - h v d ci ss t u d i e d o nb a s i so f a c t i v ep o w e rr e f e r e n c ea d o p t i n gs t e pa n t i - d e l i v e r ya n dp r e s e ts p e e dr a t e a n t i d e l i v e r y , c o m p a r i t i o ns t u d yi si m p l e m e n t e d o nb a s i so ft h eo p e n - d i r e c tc i r c u i tl i n e ，t h es t e a d ya n d d y n a m i cp e r f o r m a n c eo ft w o - t e r m i n a lc o n v e r t e ra c t i n g a ss t a t c o mi ss t u d i e d t h e p e r f o r m a n c ev e r i f i e st h a tt h ed e s i g n e dc o n t r o ls y s t e mo fv s c - h v d ch a v ep e r f e c ts t e a d ya n d d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c s ，h a v er a p i d i t ya n ds t r o n gr o b u s t n e s s t h ep e r f o r m a n c ev e r i f i e st h a t t h er e a c t i v e & a c t i v ep o w e rd e c o u p l e da n dt w o t e r m i n a ls y s t e mi n d e p e n d e n tc o n t r o la le i 国网电力科学研究院硕士学位论文 r e a l i z e d f i n a l l y , f i o ms t u d yt h ei n t e r f a c et e c h n o l o g yb e t w e e nt h ep s c a d e m t d ca n dt h e r e a l i t yc o n t r o lh i d r a wp r o g r a mo fv s ca sc u t i np o i n t ，t h em e t h o dm a k i n gr s co ft h e p s c a d e m t d cs i m u l a t i o nt o o la n da c t u a lc o n t r o lh i d r a wp r o g r a mo fv s ct ob u i l di n a c c o r dw i t ht h ea c t u a lc o n t r o ls y s t e mo fv s c - h v d ci sp r e s e n t e d o nb a s i so ft h en o n - r e a l s i m u l a t i o nm o d e l ，t h es t e a d yp e r f o r m a n c eo fv s c - h v d ci ss t u d i e d t h es i m u l a t i o nr c s u r s p r o v et h a tt h i sm e t h o di sf e a s i b l ea n da c c u r a t e , a sw e l la sh a v et h es a m ee f f e c to ft h ea c t u a l c o n t r o ls y s t e m a c c o r d i n g l y , an e wm e t h o do f s t u d yv s c - h v d cs y s t e mi sp u tf o r w a r d k e yw o r d s ：v s c h v d c ；d i r e e tc u r r e n tc o n t r o l ；t h em a s t e rc o n t r o l l e r ；t h eb a s i c c o n t r o l l e r ；d e a d b e a tc o n t r o l ；p s c a d e m t d c ；t h en o n t e a ls i m u l a t i o nm o d e l ；h i d r a w i v 论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得国网电力科学研究院或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名： 日 期： 学位论文使用授权声明 国网电力科学研究院有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期 内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。 论文的公布( 包括刊登) 授权国刚电力科学研究院科教中心办理。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 传统高压直流输电( h v d c ) 技术的发展 直流输电是电力发展初期使用的输电方式，由于当时的技术还不能对直流进行电压 转换，直流只能进行短距离输电，如1 8 8 2 年在德国建成的2 k v ，1 5 k w ，5 7 k m 向慕尼 黑国际博览会送电驱动水泵电动机。它的进一步应用受到限制，逐渐被交流输电取代。 但直流输电没有停止前进的脚步，随着技术的进步，2 0 世纪3 0 年代人们开始认识到直 流输电是进行高压大容量远距离输电的有效工具，汞弧阀换流器问世，人们的视线又回 到直流输电上来。1 9 5 4 年，瑞典在本土和哥特兰( g o t l a n d ) 之间建成的一条海底电缆 直流输电，是世界上第一条工业性的传统高压直流输电( h v d c ) 系统。此后随着晶闸管 问世以及其技术的进步，传统高压直流输电技术在远距离大功率输电、海底电缆送电、 不同额定频率或相同额定频率交流系统之间的联结等场合得到了广泛的应用。 虽然传统高压直流输电( h v d c ) 相对交流输电具有显著的技术优势i l l ，但传统直流 输电的核心设备一换流器采用的是半控型晶闸管器件，由于晶闸管只能控制开通不能控 制其关断，这就决定了传统高压直流输电存在固有缺陷。其主要包括： 1 ) 直流输电换流站比交流变电站的设备多、结构复杂、造价高、损耗大、运行费用高、 过载能力和可靠性差，运行和维护复杂，对运行人员的要求也比较高。 2 ) 直流输电受端系统必须是有源网络，无法向无源系统输送功率；当所连接的交流系 统比较弱时，还需装设同步调相机或静止无功补偿装置。 3 ) 换流器对于交流侧来说是一个谐波电流源，必须装设大容量的交流滤波器；对于直 流侧来说则是一个谐波电压源，必须装设平波电抗器和直流滤波器。 4 ) 晶闸管换流器在进行换流时需消耗大量的无功功率( 约占工程输送功率的 4 0 - 6 0 ) ，每个换流站均需装设无功补偿设备。 5 ) 直流输电利用大地或海水作为回路时带来一系列技术问题。例如：直流电流腐蚀附 近的管道、电缆等金属埋设物；通过中性点接地变压器使变压器饱和；对通信和导 航系统构成干扰等。 因此，基于晶闸管的电流源型直流输电技术主要用于远距离和大容量输电、海底 电缆输电以及交流电网互联等领域。 国网电力科学研究院硕士学位论文 针对以上缺点，近年来传统的直流输电技术通过串联电容接入交流系统i z ，采用固 定串联电容和可控串联电容的换流器分别如图1 - 1 ( a ) 和1 - 1 ( b ) 所示，其中可控串联电 容的换流器是可控串联补偿器( t c s c ) 和传统h v d c 的结合，可较好的解决可能发生的 铁磁谐振问题。 l 卜嘀 滤波器： 数受数 - ： 。： 受受受 滤波器 受受受 !i ； ( a ) 固定串联电容换流器( b ) - - i 控串联电容换流器 图1 - 1 串联电容器换相技术 采用电容换相方法虽然能够减少换流器对无功功率的消耗，但仍然要求交流网络为 其提供换相电流，即要求交流网络为有源网络。所有这些阀题的根本原因在于晶闸管是 半控性器件，无法实现自关断。随着全控型器件容量和性能的提高，基于i g b t 器件的 柔性直流输电已经开始在输电领域得到应用，并有可能在未来取代相控换流技术。 1 2 柔性直流输电( v s c h v d c ) 的基本原理和技术特点 1 2 1 柔性直流输电的基本原理 所谓柔性直流输电( v s c h v d c ) ，就是基于电压源换流器( v s c ) ，可关断器件和脉 宽调制技术( p v o d ) 的新型直流输电技术。与常规的高压直流相控换流技术不同， v s c h v d c 在对输送的有功功率进行快速、灵活控制的同时还能够动态补偿交流母线 的无功功率，稳定交流母线的电压，起到s t a t c o m 的作用。因此，v s c h v d c 既可 以向故障系统紧急支援有功功率，又可以紧急支援无功功率，提高了系统稳定性【3 羽。 柔性直流输电的基本原理如图1 - 2 ，其送端、受端换流器均采用v s c ，两个换流器具有 相同的结构。换流器采用两电平六脉动型，每个桥臂都由多个i g b t 串联而成。直流侧 电容器的作用是为逆变器提供电压支撑、缓冲桥臂关断时的冲击电流、减小直流侧谐波： 换流电抗器是v s c 与交流侧交换能量的纽带，同时也起到滤波的作用；交流滤波器的 作用是滤去交流侧谐波1 7 1 。 2 第一章绪论 直流输电线路 图l _ 2 柔性直流输电基本原理图 柔性直流输电的另一个核心技术是脉宽调制技术。以正弦脉宽i , 聃j ( s p w m lp 1 0 1 为 例，其控制原理图如图1 3 。 图l - 3 正弦脉宽控制原理图 图中a 相s p w m 的调制参考波u a r e f 与三角载波u r i 进行数值比较，当参考波数值 大于三角载波，触发a 相的换流桥臂上开关导通并关断下开关，反之则触发桥臂的下开 关导通并关断上开关。在上下桥臂开关的交替导通与关断下，v s c 交流出口电压u a o 将 产生幅值为正负u d 2 的脉冲序列，u d 为v s c 的直流侧电压。该脉冲序列中的基频电 压分量u a o l 与调制参考波相位一致，幅值为u d 2 。由于调制参考波的幅值与相位可通 过p w m 的脉宽调制比m ( v s c 交流输出基频相电压幅值与直流电压的比值) 以及移相 角度万实现调节，因此v s c 交流输出电压基频分量的幅值与相位亦可通过这两个变量 进行调节。 设图卜2 交流母线电压基波分量为以、换流器输出电压基波分量为吼，吼滞后于 矽。的角度为万，换流电抗器电抗为x ，如图1 - 2 所示。则忽略谐波分量时换流器所吸 收的有功功率为： 3 国网电力科学研究院硕士学位论文 尸：u s l ，u cs i n 万 ( 1 1 ) 吸收的无功功率为： q ：型车竽业 ( 1 锄 由式( 1 - 1 ) 可见，有功功率的传输主要取决于万，当5 0 时v s c 吸收有功功率， 相当于传统h v d c 中的整流器运行；当万 0 时， v s c 吸收无功功率：虬一c o s s o 时，v s c 发出无功功率。所以，通过控制的大 小就可以控制v s c 发出或吸收的无功功率及其大小，起到s t a t c o m 的作用，动态补 偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压。 通过以上论述可知，采用p w m 技术的v s c 可以同时独立地控制调制比m 和移相 角万两个物理量。v s c h v d c 正常运行时，每个换流站可以各自独立地控制有功功率类 物理量和无功功率类物理量：但直流网络的功率必须保持平衡，即注入直流网络的有功 功率必须等于直流网络输出的功率和换流阀( v s c 阀) 、直流线路等损耗之和。 从系统角度来看，v s c 可以看成是一个无转动惯量的电动机或发电机，几乎瞬时的 分别单独控制有功功率和无功功率，实现四象限运行。其稳态运行的相量图如图1 4 所 示： p o 伞 p o ：以尸 oo 0 时，作为整流站运行 一i i d 一口一e e 扩b 钝尊一r - 矗de 雾1 笈 o 8 0 3 。3 0 6 0 - 8 h 鏊0 4 0 一 耘 鬟0 2 0 一 彰0 0 0 鬏 一一0 整漉测有功功率浏量值。- ，口逆变侧膏功功率测量量( 反相) 一馁。易z | 7 焉 囊， i u u 篓0 8 0 - 爹蝴 一丫一一| | ： 萝7 o a o 。 3 国； o 2 0 h t0 叩 鏊? 器。| 0 2 0 彭 70 4 d - 錾 番“1 0 0 一 箩0 9 0 厂一一。 一 一 。 一一一一一一一一一一 一一一萋凑 襄 o 嬲- 歉0 7 0 一 兹0 6 0 - 、o 5 0 3 0 4 0 i h 0 3 0 襄。0 2 0 一 象：0 1 0 - 篓寸 o 0 0 - ； 。0 v 黝髑住极直流电压。，。7 ，。 a v s c 2 侧正极直流电压矗纛。艇施羔，鼋 二w 毵80一 厂一 一一一嗍一一一u 一，霉 07 0 ! ，6 0 5 0 。 壹 4 0 h 3 0 毵2 0 一 | j ，0 - 荔 0 一 v+* l 雾 s 0 01 o 2 03 04 05 06 0i 髫， j ，一 j ? j j 一j 沁lji ：? ，j 。 ij 。：j i l 。，i 。| j 。二 。，哟 图4 - 6v s c 2 系统直流电压，有功功率，交流电压动态特性 ( 2 ) 无功功率参考值阶跃变化时，v s c h v d c 系统的性能 测试条件：在t = 3 0 s 时，将无功功率参考值从0 1 5 4 p u ( 1 0 m w ) 阶跃变化到 o 1 5 4 p u ( 1 0 m 、聊；t = 4 o s 时，将无功功率参考值从0 1 5 4 p u ( 一1 0 m 、功阶跃变化到 。o 1 5 4 p u ( ! o m 、n ；而整流侧有功功率参考值，逆变侧直流电压和交流电压参考值不变。 以此来研究v s c h v d c 在无功功率阶跃变化时的稳态和动态特性。 4 2 笙婴童茎三! 兰竺竺箜兰：坚至竺笪壅堕壅 图4 7 所示为v s c i 系统的仿真结果：在无功功率阶跃变化时，有功功率传输由 于交流电压变化而受到微弱影响。阀侧无功功率测量值能够迅速的跟踪无功功率参考 值的变化，从而导致交流侧无功功率( 无功功率交流侧测量值) 也快速变化。交流侧无 功功率的变化导致交流电压发生明显波动，当换流阀向交流侧提供l o m v a r 无功功率 时，交流电压为0 9 6 p u ，而当交流系统向换流阀提供l o m v a r 无功功率时，交流电压降 为0 8 1 p u 。交流电压跟随无功功率变化而急剧变化的仿真结果证明了通过调节无功功 率可以控制交流电压。仿真结果说明：v s c 系统既可以吸收系统的无功功率也可以向 系统发出无功功率，通过定无功功率控制可以为系统提供电压支撑作用；定有功功率 控制和定无功功率控制实现了解耦。 黟弼彬缫黼缎；? 嘲w 弘。叠二缈w 劳整流铡v 1 j 瑗= w 鞘”粥f 。7 嘲聊琴缀驴琴够碍4 张溺 荔0 8 0 口整流僦有功j办率参考值 a 整流侧有功功率测量值 j 络，0 7 0 ，。 i 一 石3 峨日冉 自 一掌四 窜石拿 鬟 象0 ： 霉 錾o 5 0 ， 移 二囊 3 o 4 0 厂 ； 囊 正 。翻 蓉0 3 0 z甏 氛0 2 0 a 巨 磬0 1 0 - l 芦 rj 黔0 4 彭 一o 整流壤| l 无功功率参考值 口v s c l 闽侧无功功率测量疽l v s c l 交流侧无功功率测 ， 筝誊u u uj l 、j 爹 0 1 5 0 一 一：“：? 髟o 0 0 y ： 移0 0 5 0 陋 一 6 ” 奄 驴 o 0 ( 3 0 k i盛 兮o 0 s 0 一 j h l 麓 e 0 - 1 0 0 6 、 簪磺 ：h 0 1 5 0 - ，f 、l l 直酋 器： - 0 2 0 0 k 荔70 2 5 0 、 扩 0 3 0 0 - _ 一 一一 j + 。“ l 一 一一o v s c l 交流电压有效疽 ， ，。| i lt i w ，一 1 0 0 l k r 一 蠡0 8 0 兮0 1 5 0 盈 h 1 3 4 0 雾0 2 0 - 、 j 彩0 0 0 ，e r， 。 i ，s 00口2 , 03 , 04 05 06 0 “。 “ “ 矗、7：-、7|?jt一二i。 ， ? 二 i ，。? 渤 图4 - 7v s c i 的有功功率、无功功率、交流电压动态特性 图4 8 为v s c 2 侧电压特性和两端换流站有功功率传输特性。直流电压控制几乎不 受v s c l 无功功率变化影响，直流电压测量值能在稳态时无差的跟踪了直流电压参考 值，逆变侧的交流电压一直稳定在其参考值。两侧传输的有功功率接近相等。仿真结果 4 3 国网电力科学研究院硕士学位论文 说明所设计的控制器实现了两换流站的独立控制。 图4 - 8v s c 2 系统电压特性，两端换流站的功率特性 在以上仿真结果中，有功功率或者无功功率在初始过程中都不能很好的跟踪各自参 考值，这是由启动过程造成的。在启动前，闭锁换流阀的触发脉冲，使两端换流站分别 处于二极管整流状态，此时整流侧和逆变侧测量的有功功率测量值为滤波器和换流器等 设备的损耗。阀侧无功功率测量值为换流阀的无功功率，交流侧无功功率测量值主要为 滤波器和换相电抗器产生的无功功率，而此时参考值处于0 或者初始状态，这是造成启 动初始阶段功率测量值不能跟踪其参考值的原冈。随着运行时间的推移，系统满足解锁 条件，将换流阀解锁，至此各种控制器开始起作用，换流阀恢复到正常工作状态：v s c l 侧为整流站，v s c 2 侧为逆变站。功率测量值也经过一个过程后开始跟踪功率参考值。 4 4 第四章基于p s c a d 的v s c - h v d c 系统仿真研究 4 4 2 整流侧( v s c i ) 定交流电压控制；逆变侧( v s c 2 ) 定交流电压控制 有功功率控制的选择：v s c l ：定有功功率控制；v s c 2 - 定直流电压控制；无功功 率控制选择：v s c l 和v s c 2 都选择定交流电压控制。 图4 - 9 仿真结果显示：解锁前，v s c i 和v s c 2 都处于二极管整流状态，所以两侧 有功功率测量值为滤波器和换流阀的损耗。解锁后，v s c i 侧传输的有功功率和v s c 2 接收的有功功率都能迅速跟踪有功功率参考值，其差值为直流线路和换流阀等设备的损 耗。v s c l 侧和v s c 2 侧的正极直流电压有名值在8 0 k v 附近，能够跟踪直流电压参考 值变化，两者的差值即直流线路的电压降。两侧的交流电压基本都维持在其定电压参考 值0 9 6 p u 。仿真结果知：两侧换流站实现了有功功率的协调控制和定交流电压控制。 彩z 黔移嘶j ：钐移鼢谢z 巧”二。铲_ z 砰。黟黝”v s c i , v s c 2 g r 珲出s ? 。 舒j 。j 鼍y 掣麓。7 母i 譬w ? “。臻 静 or 0j ! 垄融功率参考澶一一担擎逐倒橐孵i 熙堡，l 垒謦掣孽塑捌曩i ! 受。 势 4 。一。4 。 j ； 爹 3 也 。 j 、 辫 、i i ，-移 ：j 襄 0 3 0 器 o v s c 伸蝴正极直流电压? ，一一 a v s c 2 删正校直流电压：，。? ，： 彰，州“ 董 ：厂。一一。簦 ：h 0 0 - -vscl交流电压有效值黟譬”秽。搿燃磁”c 鼍”。一“”? ”。j 7 ：i 。y ：。矽雒。7 ， 1 0 0 一 兮 - 厂 一 盐 ，h i 0 o 一 ；10 0 一! 鉴c 2 交通电蓬鸳量( 掭么值) 厂荽j| 3 e ，+ ：j 。 鏊0 0 i s o b 1 白2 白3 b4 05 白6 1 0 f j 。ji ?f 。l ：? j 一。，。：?7，翔j ， 点jj 。 一。 。二甚 图4 - 9 稳态时v s c h v d c 系统性能 4 5 国网电力科掌研究院硕士学位论文 ( 1 ) 有功功率参考值阶跃变化时，v s c h v d c 系统特性研究 测试条件：首先功率参考值以一定速率上升，达到设定值后。保持v s c l 侧交流电 压参考值0 9 6 p u ( 7 5 k v ) 不变，v s c 2 侧直流电压参考值1 2 1 5 p u ( 1 5 5 2 k v ) 和交流电压 参考值7 5 k v 不变，在t = 3 0 s 时，将有功功率参考值从0 7 7 p u ( 5 0 m w ) - * o 6 15 4 p u ( 4 0 m w ) ， 经过l s 钟后，将有功功率参考值恢复到0 7 7 p u 。 如图4 1 0 所示，在整个过程中，整流侧传输的有功功率不但在稳态时能够良好的 跟踪有功功率参考值，而且能够迅速的跟踪其参考值的阶跃变化，响应时间约为5 0 m s 。 v s c i 侧交流电压仅在暂态过程时受到较小的影响，说明定有功功率控制和定交流电压 控制实现了解耦。d 轴电流能很好的跟踪d 轴参考电流，随有功功率的阶跃变化发生 相应的阶跃变化，符合p = 甜耐幸0 之间的线性关系，说明所设计的无差拍内环电流控制 器在稳态和动态情况下都具有良好的性能。v s c l 直流侧正极直流电压和负极直流电压 为8 0 k v ，在有功功率暂态过程产生波动，波动的原因是有功功率的变化导致直流电 容的充放电。仿真结果证明：有功功率发生阶跃变化时，传输的有功功率能够迅速跟踪 其参考值；直流侧电压在暂态过程中发生波动，但能很快回到其参考值。 图4 1 l 为v s c h v d c 系统有功功率传输特性。仿真结果说明v s c 2 吸收的有功功 率接近v s c l 传输的有功功率，其差值为换流器和直流线路等设备的损耗。但v s c 2 接 收的有功功率在v s c l 参考值发生阶跃变化时会有超调量的产生，其超调量的产生原因 是有功功率变化导致直流电容的充放电，电容充放电导致直流电压的波动，从而造成逆 变侧有功功率发生波动。 图4 1 2 仿真结果为v s c 2 站系统特性。 由于v s c 2 接收的有功功率的变化，造成直流电容的充电( 放电) ，导致直流电压 会在参考值附近波动，但随着传输的有功功率的稳定，直流电压也开始稳定在参考值。 仿真结果说明：在整流站和逆变站实现了自动的有功功率平衡，因为直流电压值比较恒 定，所以直流电流会随着有功功率发生阶跃变化。逆变侧交流电压能够保持在其参考值 附近，只在暂态过程中有微弱波动。仿真结果说明：v s c 2 侧实现了定直流电压控制和 定交流电压控制的解耦控制，两端换流站实现了有功功率的协调控制。 第四章基于p s c a d 的v s c - h v d c 系统仿真研究 饕黟黟鄹嬲嬲孩焉臻黟黝罗”“黝黝鼎聊弼“整骖毫锚、凇黝黝8 黝嘲弼”嘲矽譬霉缈强 搴。一o 整流瓣黝率参考值i d 整漉侧有功功率坚值 一 | i 鏊 揣 一。k 鼻1 - r 。一擎孪 鬓6 0 囊7 弩 ：号 o i ho 2 0 毳 缓 0 0 一 爹 no n 。整淹援蛐塞亟参考值 ， 一j ， 口整流侧d 轴电流 ， ， 。一 、 嚆 飘：葛u 一 一一- 一一一一一一0 爹 o 一镬 雾 一 一i 一 毪 一 嚣， 一 攀i 鬟5 0 一 。兮4 0 一 e h2 0 荔 - 爹 0 0 貉 荔 1 0 01 笏 厂 一 萋，囊 荔 笏 一 雾，6 0 ，兮5 0 3 - f肇 耄 i h3 0 雾， 羧 0 1 0 _ 劳0 婺， ! ! 兰v s c 侧垂垫塞鎏皇压。 l o v s c 俊极直流电压。氇； ! 勘 。i u u 澎 8 0 - l 一_ 置口_ 曾、一。一扣- 蒡 缓 6 0 一 彩40- 2 0 7 孑 ；h4 0 一 蠡 一6 0 一 爹： 8 0 一 男1 一 爹7g 1 白 3 b 5 白6 1 0 4 巍。： j j ? | ，i 一 ；一 、j。i、 ，?，：鸯 图有功功率参考值阶跃变化时站的特性 图 有功功率参考值阶跃变化时 系统传输的有功功率特性 国网电力科学研究院硕士学位论文 图4 - 1 2v s c i 有功功率参考值阶跃变换时v s c 2 的特性 ( 2 ) 直流电压参考值阶跃变化时，v s c h v d c 系统特性 测试条件：v s cl 侧有功功率参考值和交流电压参考值不变：v s c2 侧交流电压参 考值不变，在t = 3 0 s 时，直流电压参考值从! 2 1 5 p u ( 1 5 5 2 k v ) 一1 o l p u ( 1 2 9 k v ) ，经过l s 钟后，电压参考值恢复到1 2 15 p u 。 图4 1 3 为v s c 2 侧的仿真结果：在直流电压参考值阶跃变化时，由于电容的充放 电需要一定的时间，实际直流电压值( 直流电压测量值) 需要经过一段时间才能跟踪参 考值，其跟踪过程存在超调现象。由于有功功率参考值保持不变，所以直流电压阶跃减 少时导致直流电流( v s c 2 正极直流电流) 阶跃增大，以维持功率的恒定。v s c 2 的d 、q 轴电流能够很好的跟踪其d 、q 轴电流参考值，证明所设计内环电流控制器能够很 好的实现无差拍跟踪功能。 图4 一1 4 为两端换流站的有功功率和交流电压的仿真结果。有功功率只在暂态过程 4 8 笙婴童兰三! ! 竺竺箜兰兰羔! ! 堕墨竺堕墨塑塞 时受到影响，逆变侧的有功功率由于直流电压的充电和放电会有较大的波动；而整流侧 的有功功率相对逆变侧有功功率波动较小，说明两端换流站实现了独立控制。两端的交 流电压除了暂态过程有微弱波动外，其余时间稳定在其电压参考值。 仿真结果说明：v s c i 站实现了定有功功率控制和定无功功率控制的解耦。v s c 2 站实现定直流电压和定交流电压控制的解耦，两端换流站实现了自动的有功功率平衡。 豁群2 t 移甲秽。? 蕊? 攀霉i 二一j 磷? p 。毽毁礁? 秒”? 乏? ! i ? 二锄獬鼍81 哆弼憎灞 爹o 逆变僦直流电压参考值。_ 凸i 差变侧直瀛电压测量值逆变捌) 。| i u 参1 2 0 - 一一一一f k 一一一一： 孙 d 舻d 垆r 一j ，一一一7 ：、，2 爹1 0 0 厂 一 萋羹 k 0 8 0 - ： 荡0 6 0 一 h 舅0 。4 0 - 参0 2 0 爹0 0 0 、nl 、鞭两强赎毯氛警蘸j 。，。j 。，? j 。 。一玩意。蠛一一藏。j 惫 箍， u 耳u 。 一一 毵 爹0 3 0 貉； 缸 0 ，2 0 荸 。：，0 1 0 、 参 0 d o 一 嚣 - 0 ，1 0 一 静+ 栅 ? ”? “黝”铭4 螂| 。4 謦4 掰。魄够搿j ? 鬻呻毋吵”j ”嘲。一移餮萼髀糍嚆静。豫够珊孳搿。产 j 乌 鬟0 6 0 -9 燃叁莺鬯斑。一、 ，? 。， i n v s c 2 啻啪轴电流勘v ，锄。一。i l，鬟 惹0 4 0 一 = ：! ，? _ ：? 垒竺： 萝0 2 0 ，0 0 0 兮- 0 2 0 - 立 0 4 0 - ：o 6 0 i 7 0 8 0 一 ；1 0 0 一 墓 一一一ov s c2 懊! l c i 轴参考电流0 、曙；c 2 蒯c i 轴电流 一一。，? - ， i 7 ，u z u 毵，0 1 0 一 誊0 0 0 。 l 一一一誊 3 8 - 0 1 0 h 羹一0 2 0 一 二- 0 3 0 一 季”so b1 1 02 白3 b4 白5 _ 08 b： 萝 编l z，?。 ? ? 。， ，? j ? 二t ?：i 图4 - 1 3 直流电压参考值阶跃变化，v s c - h v d c 系统特性l 4 9 国网电力科学研究院硕士学位论文 - 一“+ 理 魄，_ 逆赍侧有功功率测量量f 反概。施锄如。么。锄捌龋搋搿貔麓g i 自锄i i 黝荔褫凇勰；， 荔 + 1 0 0 。 黧0 8 0 一一一骚 錾 。铷 ；争二。o 觚- e 0 2 0 ： 汐0 1 3 0 爹 j 2 0 錾 - 0 4 0 一 爹：f ，q 整邋功功率参考值 。 口整流锄有功功率泓量值 _ _ 曼 鍪端 - 一 缓0 6 0 。 磬，”0 5 0 - 3 07 4 0 - 零0 3 0 po 加 蓼+ 。0 1 0 荔，0 0 0 一 绺，7 j 羹， 2 0 一 爹一j 1 0 0 - 厂一一 一一 鳗 瑟，0 8 0 写一0 6 0 3 ；h0 4 0 ， 氛0 2 0 萝：0 0 0 一 魏? 。0 v s c 2 交流电压参考值 nv s c 2 交流电压浏量量( 标么值) 瓷 1 ，u u 一 磐0 9 0 一 厂一一”一一一。一”一”一一一一一一一。一”一一| 耋 囊： 0 8 0 一 錾0 7 0 i 10 脚 兮0 5 0 马0 4 0 j h0 3 0 - 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