基于Matlab系统的HVDC系统设计毕业设计说明书

1、湘潭大学 毕业设计说明书 题 目： 基于 Matlab 系统的 HVDC系统设计 院 系： 信息工程学院 专 业： 建筑设施智能技术 学 号： 2011550223 姓 名 : 李 伟 指导教师 : 罗 培 完成日期 : 基于 Matlab 系统的 HVDC系统设计 摘要 高压直流输电( HVDC)技术在过去的几十年中取得了巨大的成就。直流输电技术的广泛应用和 飞速发展得益于其具有高技术含量以及适应性。该技术的出现和发展使得电力技术领域得以更进一 步。直流输电技术随着新材料的开发，可再生能源以及新能源的广泛利用，电子科技，计算机技术 的进步，电力工业也会在将来有进一步的发展。 矚慫润厲钐瘗睞枥

2、庑赖。 本文中介绍了高压直流输电( HVDC)技术，然后对该技术系统的基本元件和结构进行了分析， 对系统的运行特性进行了总结和分析，并介绍了其历史背景，发展过程，以及国内和国外的应用现 状。在本文中，重点讨论了以电压源换流器为基础的高压直流输电(VSC-HVDC)技术，也就是柔性 直流输电，并主要从其结构、特性、现状，以及其工作原理和现状进行分析。本文着重对 VSC-HVDC 系统的原理以及基本架构进行分析，并利用 Matlab 仿真建立该系统的模型，最后，分析仿真结果， 以验证 VSC-HVDC系统的合理性和通用性，。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 关键字： 高压直流输电 柔性直流输电 电压源换流

3、器 Matlab 仿真 The design of HVDC system based on Matlab system Abstract HVDC technology has made great achievements in the past few decades. Since 1882, the use of the HVDC power transmission, especially in twentieth Century, the rapid development of high power switching devices, to promote the rapid

4、development of the new HVDC transmission, the HVDC is extended to the distribution network and the development of new energy sources such as wider areas. DC transmission technology is wide, high technology content, strong comprehensive technology, it not only promoted the development of power electr

5、onic technology, and with the development of computer technology, power electronic devices, the emergence of new materials, new energy development and utilization of renewable energy, will play a more important role for the development of electric power industry.残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。 This paper first introduc

6、es the HVDC technology development history and current situation at home and abroad, analyzes the basic structure and components of HVDC system, and summarizes the operation characteristics of the HVDC system. Discusses the HVDC, HVDC is based on voltage source converter (VSC-HVDC). This paper analy

7、zes the basic structure and its working principle, and establishes the simulation model of VSC-HVDC system using Matlab software, through the analysis of simulation results, verify the HVDC system applicability and rationality.酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 Keyword ：HVDC ； flexible HVDC ； voltage source converter； Mat

8、lab simulation 彈贸摄 尔霁毙攬砖卤庑。 目录 一章 绪论 错误！未定义书签。 謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 1.1 高压直流输电的课题背景 错误！未定义书签。 厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 1.2 本课题研究的主要内容及选题的意义 错误！未定义书签。 茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 1.3 高压直流输电系统的结构及元件 错误！未定义书签。 鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 1.4 高压直流输电系统的运行特性 错误！未定义书签。 籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 1.5 高压直流输电的历史及其国内外现状 错误！未定义书签。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 二章 VSC-HVDC系统的基本结构和工作原理 错误！未定义书签。 渗釤

9、呛俨匀谔鱉调硯錦。 2.1 VSC-HVDC系统的基本结构 错误！未定义书签。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 2.2 VSC-HVDC系统的工作原理 错误！未定义书签。 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 2.3 VSC-HVDC系统的控制 错误！未定义书签。 贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 2.4 VSC-HVDC系统的特点及应用场合 错误！未定义书签。 坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 第 第 第三章 VSC-HVDC系统的仿真及仿真结果分析 错误！未定义书签。 蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 3.1 VSC-HVDC系统的稳态情况仿真 . 错误！未定义书签。 買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 3.2 VSC-HVDC系统的三相接地故障情况仿

10、真 错误！未定义书签。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 第四章 总结 错误！未定义书签。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦 第 1 章 绪论 1.1 高压直流输电的课题背景 随着经济和电力技术的发展，现代电力系统已经发展的非常庞大和复杂。电力系统 的进步要求电能调节要有更高的灵活性， 而高效的电能调节方式又会给很多方面产生很 多积极的影响，如电能的产生、传输和利用。高压直流输电技术就是产生于这种背景之 下。猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 相对于交流输电来说，高压直流输电的优点是输送成本低，容量大，输送距离远， 线上损耗小，输送容量大，总体来说就是输送效率高。除此之外，高压交流输电中的稳 定性的问题并没有出现在高压直流输电

11、中，所以，高压直流输电的低损耗和高稳定性更 有利于长距离的大容量输电。而且因为高压直流输电的经济性，适合两个不同频率的系 统互联，能够远距离大功率送电等优点。这些都使高压直流输电技术在未来的输电系统 中占据一席之地。对于新常态下的中国来说，高压直流输电在我国西电东送以及全国电 力系统联网中起到十分重要的作用。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。 所以，对高压直流输电系统的原理、构成和控制技术的研究，以及对该系统的建模 与仿真，对高压直流输电系统的动态和稳态特性的分析有非常重要的作用，并对该系统 将来的发展有重要的影响。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。 1.2 本课题研究的主要内容及选题意义 本课题主要研究 VSC

12、-HVDC 系统的结构、原理以及控制方法。广泛应用的电流源 型换流器（ CSC）型 HVDC 系统采用的是晶闸管阀和直流平波电抗器，这种系统存在固 有的缺点。相对于应用较为广泛的电流源换流器型的高压直流输电系统，电压源换流器 型的高压直流输电系统的特点和优势如下： 輒峄陽檉簖疖網儂號泶。 （1）由于开关频率高， 低次谐波大大减小， 因而所需要的滤波器的容量相对较小。 （2）对无功功率和有功功率能够实现独立的控制，调节的灵活性更高。 （ 3）由于采用 PWM 控制，开关频率高，因而响应速度快。 VSC-HVDC 系统是 20 世纪 90 年代中期才开始出现的技术，研究它有助于我国电力事业发发展。

13、 尧侧閆繭絳闕绚勵 蜆贅。 1.3 高压直流输电系统的结构 HVDC 系统的总体结构如下图所示，其基本元件将在下面描述 图 1.1 高压直流输电系统结构图 1）换流器 它们完成交 -直流和直 -交流的转换，由阀桥和有抽头切换器的变压器构成。阀桥包 含 6 脉波或 12 脉波安排的高压阀。 换流变压器向阀桥提供适当等级不接地三相电压源。 大多数情况下，换流阀的正或负极接地，由于变压器的阀侧不接地，对地参考点可以由 直流系统自身来建立，使得电流转换更为便利。 识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。 （2）平波电抗器 平波电抗器是指在直流回路中与换流器串接的电抗器。 平波电抗器的设置和接线方 式有多种。平波电抗器的

14、主要功能包括： 1）因为整流电路的脉波数总是优先的，在整 流后输出的直流电压波形中一定存在脉动成分， 需要由平波电抗器平抑直流电压中的谐 波分量，从而减少对邻近高频通道的干扰，改善电磁环境。 2）电抗器可以在直流电流 较小的情况下保证电流不会出现中断， 防止因低负荷直流电流引起的电流间断造成的过 电压现象 3）在直流回路中出现短路或者逆变器换相未成功的情况下，对故障电流减小 其增长速率和抑制其幅度，降低连续换相未成功造成的一极停运的可能性4）减小换流 阀由于受到过电压而造成损坏的可能性， 因为电抗器可以减小线路电容和流过换流阀的 放电电流，还可以避免由直流开关或者直流线路中产生的陡坡电流冲击阀

15、厅。5）调整 直流侧电路串联谐振频率，使之避开基波和二次谐波频率。 凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。 3） 谐波滤波器 换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐波电流。 这些谐波可能导致电容器和 附近的电机过热，并干扰远动通信系统。因此在交流侧和直流侧都装有滤波装置。 恥諤銪 灭萦欢煬鞏鹜錦。 （4） 无功功率补偿 直流换流器内部要吸收无功功率。 在稳态条件下， 所消耗的无功功率是传输功率的 50%左右。在暂态情况下，无功功率的消耗更大。因此，必须在换流器附近提供无功电 源。在强交流系统中，一般会利用并联电容去补偿无功功率。按照直流联络线和交流系 统的要求， 部分无功电源可以使用同步调相机或者静止无功补

16、偿器 （ SVC）。作为交流滤 波的电容也能够提供部分无功功率。 鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。 （ 5） 电极 当前，在大部分的直流联络线设计中，大地被用作中性导线。为使表面电压的梯度 和电流密度最低，导体需要较大的表面积以与大地相连，该导体即是电极。因此，可以 在直流电路中利用金属性回路的导体减小经过大地的电流来对电流进行分流。 硕癘鄴颃诌攆 檸攜驤蔹。 （ 6） 直流输电线 它们可以是架空线，也可以是电缆。除了导体的数量和间距的要求之外，直流线路 和交流线路的构成材料较为接近，并没有本质上的区别。 阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。 （ 7） 交流断路器 为了排除变压器故障和使直流联络线停运，在交流侧装有断

17、路器。它们不是用来排 除直流故障的，因为直流故障可以通过换流器的控制更快的清除。 氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。 1.4 高压直流输电运行特性 高压直流输电系统具有下列运行特性： （1）功率传输特性 输送的稳定性随着输送容量的增长变成了制约交流输电进一步发展的因素之一。为了 解决稳定问题，一般采用串补、静补、调相机、开关站等措施，有时还必须提高输出电 压。但是这些措施增加了很多电气设备，代价是十分昂贵的。直流输电就没有相位和攻 角，因此就不存在稳定问题。只需网损、电压降等技术指标符合要求，就能够达到传输 目的，不需要考虑稳定问题，这不仅直流输电的一个重要特点，也是它的一大优势。 釷 鹆資贏車贖孙滅獅赘

18、。 （ 2）线路故障时的自我保护能力 交流线路单相接地后，它的消除过程一般需要 0.4s0.8s，再加上重新合闸的时间， 0.6s1s 恢复。而在直流线路中，逆变、整流两侧的晶闸管在单极接地的情况下会马上 闭锁，线路中电压降为 0，同时使得直流电流也归零。电流无法过 0 的问题不存在于故 障电弧熄灭中。由于单极接地问题造成的故障通常需要 0.2s到 0.35 秒来恢复。从自我 恢复能力来看，交流线路采用单相重合闸，要满足单相瞬时未定才能够恢复供电，直流 就不存在这种限制条件。在线路故障在重合（交流） /再次启动（直流）中再次出现的情 况下，交流线路会发生三相跳闸。直流线路就可以通过降压方式来进

19、行第二、第三次再 启动，消除线路故障、恢复正常运行。如果在单片绝缘子发生损坏的情况下，必须要将 交流三项切除，并将直流侧降压运行，这种方式可以在很大程度上解决问题。因此，对 于单极或单相瞬间接地经常会造成线路故障（大约 80%90%的故障是因为这个原因出 现），直流线路具有很多优点，如从故障恢复时间短，可以利用降低电压运行和再启动 来解决故障，对错误的响应速度快，不受稳定性的制约。 怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。 （3）过负荷能力 在大多数情况下，交流输电线路的持续运作能力较强，可以长时间稳定工作。因为 相对于正常输送的功率，发热条件下限制的最大的连续运行电流要大得多，稳定极限往 往控制着它的最大输送

20、容量。直流线路也具有一定的过负荷能力，受到制约的通常是换 流站。一般分 2h过负荷能力、 10s过负荷能力跟固有过负荷能力等。前两者葛上的直流 工程分别为 10%和 25%，后者因环境温度不同而不同。总而言之，就过负荷能力来说， 交流具有更大的灵活性。直流线路如果需要更大的过负荷能力，就一定要在设备选型时 预先考虑。 谚辞調担鈧谄动禪泻類。 （4）利用直流输电的调节作用能够提高交流系统的稳定性 由于直流输电系统的响应速度快，因此利用其调节功能可以十分有效地提升交流系 统的稳定性，从而可以解决交流系统中可能出现的问题。一个有名的美国交流直流并列 运行线路（BPA500kV）项目中， II 回，总

21、长度为 1521km 的交流输电线路的总输送功率 为 2860MW，平均下来，每 I 回的输送功率为 1430MW 。由此可见，直流输电系统的调 节作用对于系统的稳定性有着非常重要的作用。 嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。 （5）潮流和功率控制 交流输电中需要对负荷以及发电机的运作方式进行调度，对网络参数进行调整，这些 都需要值班人员参与，但是人为的控制无法实现精确的控制结果，不过直流输电可以避 免这种问题，因为所有的控制都可以自动完成。 熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。 6） 短路容量 交流互联的情况下，互联两端系统的短路容量都将增加，此时原有的断路器的性能 可能不足以满足系统的要求， 其结果可能是需要更新设备

22、以满足遮断容量的需求。 但是， 直流互联时，无论在哪里发生了故障，在直流线路上增加的电流都不是很大，所以不增 加交流系统的短路容量。 鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。 （7）调度管理 因为通过直流线路互联的两端交流系统可以拥有各不相同的频率，输送的功率亦可保 持恒定。对送端来说，整流站就相当于交流系统的一个负荷。对于受端而言，逆变站就 类似于交流系统的一个电源。互相之间的干扰和影响都不大，运行和管理简单方便，受 到了电力管理和运行部门的欢迎。对我国目前发展的跨区域互联、合同售电、合资发电 等形成的联合电力系统非常合适。 纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。 （8）线路走廊 以 500kV 为标准电压来考虑，直流输电线

23、路长度为 40 米左右，而交流线路的长度则 为 50 米左右。但是，从输送容量的角度来看，直流线路大于是交流线路的两倍。线路 走廊的长度略短，而且输送容量是两倍，所以直流输电的传输效率要比交流传输高出两 倍还多。 颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。 1.5 高压直流输电的历史及国内外现状 换流技术对直流输电技术的发展有着非常重要的作用，尤其是大功率、高电压的换 流设备的发展对其有着更为重要的影响。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 第一阶段：汞弧阀换流时期 1901 年发明的汞弧整流管只能用于整流。 1928 年具有栅极控制能力的汞弧阀研制 成功，它不仅可以用于整流，而且也解决了逆变问题。由此大功率汞弧阀使直流输电

24、成 为现实。不过汞弧阀制造技术有着诸多缺点，比如维护困难、成本较高、稳定性差、技 术复杂、逆弧故障率高等，这些缺点制约了直流输电技术的进一步发展和广泛的应用。 銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。 第二阶段：晶闸管阀换流时期 上世纪七十年代后，在微电子领域中各项技术的出现和进步，对换流设备的改进有 了重要的影响。高压大功率晶闸管的出现就是其中重要的一环， 代表了一个时期的出现。 晶闸管换流阀配合计算机控制在很大程度上提升了整个系统的性能和稳定性， 让整体的 换流效率有了更大的提升，使得直流输电技术有了进一步的发展。 挤貼綬电麥结鈺贖哓类。 第三阶段：新型半导体换流设备的应用 90 年代以后，绝缘栅双极型晶体

25、管（ IGBT ）开始被广泛运用于换流设备当中并取 得很大的成功。在 1997 年的瑞典，世界上第一个在电压源换流器中采用 IGBT 的直流 输电项目投入使用并取得成功。北欧地区的 Estlink（海底电缆工程）是当前世界上最大 的轻型高压直流输电系统，该系统的出现也是得益于 IGBT 的应用。 Estlink 标称的运行 电压为，传输容量 350MW ，电缆全长 105km 该工程的额定向分别为：电压： 150kV， 容量 350MW ，电缆长度 105km。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。 我国直流输电的发展 1989年，我国自行研制的舟山直流输电工程 （士 l00kV ，100MW ，54km）投

26、入运行； 葛洲坝上海 （葛上线 ）是我国的第一个高压直流输电工程（500kV， 1200MW ， 1064km） 1990年投运。90 年代下叶，开始建设三峡常州直流工程、三广直流工程和 贵广直流工程。向家坝 -上海 800 千伏特高压直流输电示范工程起于四川复龙换流站， 止于上海奉贤换流站。额定输送功率 640 万千瓦，最大输送功率 700 万千瓦；直流输电 线路途经八省市，全长约 2000公里。 塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。 近期即将开工的直流输电工程： （1）呼盟辽宁直流工程，此工程计划近期开工。这是我国第八个长距离、大容量高 压直流输电工程。该工程的各直流项的额定值分别为：电压：500kV

27、，电流 3kA，功率 3000MW 。直流线路西起内蒙呼盟、东至辽宁沈阳，全长约 908km。通过此工程，内蒙 地区的富裕能源将源源不断地送往东北工业基地。 裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。 （2）宁东山东直流工程，这将是是我国第九个长距离、大容量高压直流输电工程。 也是第九个西电东送的高压直流输电工程。该工程的各直流项的额定值分别为：电压： 500kV，电流 3kA ，功率 3000MW。直流线路西起宁夏银川、东至山东潍坊，全长约 1043km。目前正处于规范书编制阶段。 通过此工程， 西北地区的富裕能源将源源不断地 送往东部工业基地。 仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。 第 2章 VSC-HVDC系统的基本结构

28、和工作原理 2.1 VSC-HVDC 系统的基本结构 VSC-HVDC 系统的基本结构如下路所示，其基本元件将在下面介绍 图 2.1 VSC-HVDC 系统结构图 VSC-HVDC 的基本结构主要是由这几个部分设备组成： a 直流电容器的部分、 b 六脉动换流桥的部分、 c 交流侧滤波器的部分和 d 用来保护环流器的部分的设施。换 流阀由 IGBT 元件串联组成，每一个元件都有一个反并联二极管。为了让串联元件在导 通和关断的时候能够得到均匀的动态电压分布，配有专门的触发设施，每个元件上海并 联有均压回路。低电位的控制系统产生控制信号，通过光电转换，使用光导纤维传输到 高电位的 IBGT 上去，

29、完成对换流阀的控制。换流阀使用去离子水进行冷却。直流电容 器能够给关断电路提供一个路径，这个路径是低电感的，于此同时又能为潮流控制存储 能量，不仅如此，还可以减少直流侧的谐波分量。换流电感器两端的电压大小确定换流 器转换的功率大小，通过改变换流桥交流侧输出电压的相位幅值，可以对有功和无功进 行控制。换流站还可以省去换流变压器很直流滤波器，在交流侧只需要安装小容量的高 通滤波器就可以满足滤波的要求。 绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。 2.2 VSC-HVDC 系统的基本原理 VSC-HVDC 系统的原理图如下图所示 图 2.2 柔性直流输电单线原理图 (1) 为了能够给逆变器提供一定的电压支持， 我们给直

30、流一侧并联了大电容， 除此之外这 一设置还有缓冲桥臂的关断冲击电流和减小直流一侧的谐波等作用； 骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。 （2）换流电抗器是 VSC 与交流侧能量交换的纽带同时也有滤波的作用 （3）交流滤波器的作用是滤去交流侧谐波 （4）由并联了反向二极管的 IGBT 组成的电压源换流器有两个主要的作用： 充当主回路的 作用以及续流和保护的作用。 瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。 换流器和电网之间传输电量的有功功率 P，及无功功率 Q，在忽略谐波分量的情况下分 别为（设换流电抗器是无损耗的） :鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。 USUC X1 sin US US UCcos X1 式中，为换流器输出电压的基波分量；

31、为交流母线电压基波分量；为和之间的相角 差；为换流电抗器的电抗。 和 UC 分别用来决定有功和无功功率的传输，换流器通常采用脉宽调制（PWM） 控制技术。 UC 由换流器输出的 PWM 电压脉冲宽度控制， 就是 PWM 的调制波相角。 栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。 决定了有功功率的传输，控制 就可以控制输送功率的大小和直流电流的方向， m 决 定了无功功率的传输， 控制 m 就可以控制 VSC 吸收或发出无功功率及其大小。 辔烨棟剛殓 攬瑤丽阄应。 尤其当 0时 VSC 只发出无功功率，当 arcos USU 时VSC 以单位功率因数运行。 2.3 VSC-HVDC 系统的控制 VSC-HVDC 系

32、统换流器的基本控制方式 （1）定直流电压控制方式，用来控制输送到交流侧的无功功率和直流母线电压； （2）定直流电流（功率）控制方式，用以控制输送到交流侧无功功率和直流电流（功 率）； （3）定交流电压控制方式（适用于向无源网络供电），只控制交流侧母线电压； （4）变频率控制方式（适用于与风力发电厂连接或黑启动），用来控制交流侧频率。 通常对于一个两端 VSCHVDC 系统，必须有一端采用定直流电压控制方式。 2.4 VSC-HVDC系统的特点 由 IGBT 组成的电压源换流器的高压直流输电具有的特点是： （ 1）可以减少换流站的设备、优化换流站的结构。使用由IGBT 组成的换流器的 高压直流输

33、电可以替换流站节省直流滤波器、 换流变压器、无功补偿设施、 平波电抗器、 及简化的交流滤波器，即使换流站有直流电容器和换流电抗器。总而言之，换流站设施 减少了，结构得到了优化。对小容量低电压的换流站来说，方便采购模块式结构，减少 工程造价，提高可靠性，减少施工周期，经济上具有非常好的竞争性。 峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。 （2）由于使用了新的换流器，使得输电工程具备了良好的运行性能，例如两端换流 站可以快速独立地进行有功和无功的调节来达到交流系统的要求；减少系统的短路功 率；可以向无源负荷点输电，谐波性能好等。 詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。 （3）VSC-HVDC 可以使用传统的架空路线，但是采用地下线缆

34、更能使效益充分发 挥出来。在很多环境下电缆的成本远远低于架空线路的成本，而且使用电缆更能满足环 境的要求 则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 （4）跟传统的交流和就地发电相比来说，除了有成本优势以外，VSC-HVDC 还能 够提供高质量的电能。 （5）使用可控关断型的电力电子器件和 PWM 技术，能够实现有功功率和无功功 率的独立控制。 （6）可以向无源网络系统供电。 （7）在海边，退潮涨潮（即潮流反转）时，虽然直流电流变的与原来相反，但是电 压的极性并不变，而且环流器不需要辅助设施或者通信，这样的特性使它适于组建并联 的多端直流输电系统。 胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。 （8）柔性直流输电系统之所以能够提高系统

35、的电压稳定性和攻角稳定性， 是因为它能 够输送有功功率，不仅如此还能实现无功功率的紧急支援。 鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。 （9）模块化设计大大缩短了柔性直流输电的设计、生产、安装和调试周期。 2.5 VSC-HVDC 系统的应用场合 VSC-HVDC 系统的应用场合如下： （1）向城市送电。随着工业化的快速发展， 城市的用电量急剧增加， 线路走廊发生了 较大的困难，使用 VSC-HVDC 系统输电和新型地下电缆是一种可行的方法。 稟虛嬪赈维哜 妝扩踴粜。 （2）向远方的孤立负荷点输电。例如：可以代替海岛上柴油发电机的不便，用 VSC-HVDC 系统与海底电缆向沿海远方的孤立小岛的输电。 陽簍埡鲑罷

36、規呜旧岿錟。 (3) 新型环保再生能源的开发(比如低水头小型水电站、风力发电站) (4) 应用于相同额定频率的交流系统或者不同额定频率系统之间的非同步运行； (5) 直流环网供电 (6) 提高电网电能质量。 第 3章 VSC-HVDC系统仿真及仿真结果分析 3.1 VSC-HVDC系统的稳态情况仿真 利用 Matlab 软件在 Simulink 环境下进行仿真。模型参数如下：交流系统参数为 230kV， 2000MVA，50Hz；整流器逆变器全部都使用 IGBT 的三电平 NPC 电压源换流 器，电压源换流器参数为 200MVA，+/-100kVDC ；调制方式是正弦脉宽调制 SPWM， 载波

37、频率是基波频率的 27 倍， 1350Hz；直流线路长度是 75km，如下图所示。 沩氣嘮戇苌 鑿鑿槠谔應。 图 3.1 VSC-HVDC 系统仿真模型 在稳态情况下，也就是没有任何扰动的情况下，电压源换流器交流侧的电压电流都应该 是标准的正弦曲线，同时直流侧电压应该类似呈一条直线。各波形图如下。 钡嵐縣緱虜荣产 涛團蔺。 图 3.2 VSC1 交流侧电压电流 图 3.3 直流侧电压 图 3.4 VSC2 的交流电压电流 3.2VSC-HVDC系统的三相接地故障情况仿真 在 t=1.5秒的时候，交流系统 1发生了-0.1p.u.的阶跃变化。在t=2.1 秒的时后，换流 站 2 的地方发生了三相

38、接地故障。 换流站 2 直流侧功率及电压变化和换流站 1 的有功无 功变化如下图所示。 懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。 图 3.5 有功无功功率变化 图 3.6 直流侧电压以及直流线路有功传输变化 图形显示在 t=1.5 秒发生阶跃变化的时候，换流站 1 的有功和无功分别同时发生了 大致为 0.09p.u.和 0.2p.u.的下降，但是在小于 0.3秒的时间内恢复到了稳态。在 t=2.1 秒 的时候换流站 2 发生三相接地故障的时后，直流功率直接中断了，直流电压也增加到 1.2p.u.，最后在 0.5 秒以内系统又恢复正常。 謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。 3.3 VSC-HVDC 系统的有功、无功跟直流电压

39、的阶跃响应的情况仿真 图 3.7 有功无功功率变化 图 3.8 直流侧电压 系统先进入稳态。之后整流器的有功功率以及无功功率和逆变器的直流电压相继发生 了阶跃变化。在 t=1.5 秒的时后，第一个阶跃变化是有功功率从 1p.u.降到了 0.9p.u.；功 率在约 0.3秒的时间内保持稳定。在 t=2.0秒的时候，整流器的无功功率从 0变为-0.1p.u.； 在 t=2.5 秒的时候，逆变器的直流电压由 1p.u.下降到 0.95p.u.。总仿真时间为 3 秒。 呙铉 們欤谦鸪饺竞荡赚。 3.4 VSC-HVDC系统的仿真结果分析 分析以上仿真结果，有下面三个结论： （1）所使用的换流器双闭环解

40、耦控制方法不仅结构简单而且具有非常优异的性能，通 过控制内环指令电流，能够实现有功、无功功率的解耦，能够非常方便的实现对 VSC-HVDC 系统的控制。 莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。 （2）建立的三种控制器模型分别满足了 VSC-HVDC 系统对不同控制方式的要求； 而且仿 真结果也表明了：这种控制方法在不同的 VSC-HVDC 系统中都可以迅速地控制系统的 潮流与稳定，并且暂态过程中系统的振荡小，就算是有如三相接地之类的严重故障，系 统还是可以十分迅速的恢复正常。 麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。 （3）仿真也从理论上验证了 VSC-HVDC 系统拥有的传统 HVDC 乜有的优点：比如：可 以独立地控制有功

41、与无功功率，稳定交流母线电压等。 納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。 第 4 章 总结与展望 4.2 总结 2015 年 3 月，我开始进行毕业设计，到目前为止，论文基本完成。这是一次宝贵的 学术经历，从无从下手到初尝胜果，以至于到最后的了然于胸，这个过程极大的锻炼了 我自身学术能力。经过几个月的奋战，毕业设计终于迎来了检查。回头看看，这段时间 又艰辛和汗水，也有成功的喜悦，我的内心有万千的感慨，这次毕业设计的成果饱含着 我无数的珍贵回忆和满载的收获。 風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。 3 月初，在与罗培老师的交流讨论中我的题目定了下来， 是基于 Matlab 系统的 HVDC 系统设计。一开始选题，开题报告敲定的

42、时候，我仍是满心茫然，面对海量的资料也是 无从下手。我将这一困难告诉了罗老师，在罗老师细心的指导下，查阅了高压直流输 电系统、柔性直流输电系统、高压直流输电工程技术之后，基本决定了是研 究高压直流输电系统中的柔性直流输电，也就是本文的主要研究方向。 灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。 三月底四月初的时候，准备好相关参考资料和书籍的我开始尝试写作论文，在这一 阶段，同学的交流、老师的指点都对我有很大的帮助。在大家的帮助下，问题一个一个 解决掉，论文也慢慢有了雏形。 铹鸝饷飾镡閌赀诨癱骝。 4 月底，论文的文字叙述已经完成。 5 月开始进行系统的仿真。为了构建出自己满 意的仿真模型，我仔细学习了 Simlink 。在建造仿真模型初期，因为没有接触过 Matlab 软件，觉得无从下手，虽然已经了解系统的基本原理，却不知道如何通过软件建立仿真 模型，经过导师的指导和跟同学的交流，渐渐熟悉了软件，通过查阅资料，逐渐确立仿 真模型。 攙閿频嵘陣澇諗谴隴泸。 专注时，时间总是过得很快，不知不觉到了六月，当我拖着疲惫的身心看着最终排 版出来的时候，我为我写出的文字、绘出的图像而感到自豪，为了这些宝贵成果，我的 一切努力和汗水都是值得的。这次