【《某特高压直流输电系统建模仿真分析案例》2900字】

在电力系统稳定性分析中，电磁暂态仿真是一种常用的时域仿真，由于其具有微秒级的仿真步长，所以会得到更加符合实际的仿真波形。PSCAD/EMTDC是一种可基于微分方程进行微秒级步长仿真的仿真软件，该软件在时域和频域均可进行仿真计算。其中EMTDC为PSCAD提供代码，实际的操作页面和计算结果均在PSCAD中显示。CIGRE模型采用的是单极运行方式，换流器为12脉波换流方式运行，系统结构模型如图3-1所示，系统的主要参数如表3-1所示。20°15°34523010005002345/211.46230/209.23CIGRE标准测试模型采用的控制器属于分层控制中的极控制级。控制框图如图3-2所示，①表示设置在送端整流侧的控制，②表示设置在受端逆变侧的控制。送端换流器侧采用两种控制方式：定电流控制和定触发角控制，如图3-2中②所示，①表示设置在整流侧，但电流参考值需从逆变侧受端换流器中传输过来。在PSCAD中搭建整流侧控制系统如图3-3所示，IR为整流侧未经电感输出的实际电流，经过传递函数G/1+sT，主要作用有两个：一是滤波作用，滤掉直流电流中的高频分量；二是将实际值转化成标幺值，额定直流电流为2kA，所以比例增益设置为0.5。然后与逆变侧控制器计算得到的直流电流整定值Iorder作差，经过PI环节（设置最大输出为1.05来限制最小为）比例环节快速响应误差，用积分环节来消除静态误差。PI控制器的输出为，由公式可知，触发角逆变侧主要采用的是定电流控制（如图3-2中④所示）和定熄弧角控制（如图3-3中⑤所示）。在PSCAD中搭建整流侧控制系统如图3-4所示，受端换流站测量得到的直流电压Vactual经传递函数，额定直流电压为500kV，所以比例增益设置为0.002。为了限制系统中电流过大，受端换流站的控制系统中还包括有低压限流环节,因为逆变侧的直流电压比直流线路中点的电压小，所以VDCI在经过低压限流环节前需补偿一部分。在电流指令值CO与VDCOL输出电流取最小值后，得到整流侧定电流指令值Iorder。Iorder发送到送端换流站中。逆变侧定电流控制：受端换流站测量得到的实际直流电流值Iactual首先经过传递函数，与送端换流站的电流指令值Iorder作差，因定电流控制用于逆变侧时，电流整定值比整流侧整定值小0.1pu的电流裕度。故需再经过一减法环节，BETAIC为经过PI环节逆变侧定电流控制输出的值。逆变侧定角控制：将上一周期检测的逆变侧换流器晶闸管的6个的最小值作为关断角的测量值，在第一个加减环节输入定值0.2618（即），保证角大于，不会发生换向失败，第二个加减环节输入定值-0.544（即），使得角上限不超过。通过PI环节，输出青海~河南±800千伏特高压直流工程于2020年投入运行，有力地促进了我国的能源转型发展。该工程送端于青海省海南自治州，该地区富含丰富的新能源，交流母线电压为750kV，受端在河南省驻马店地区，交流母线电压为500kV，两地分别建设一座8000MW的换流站（海南换流站和驻马店换流站），并建设了其他配套的交、直流设施。本工程是双极直流系统。系统包括2个完整单极，每个完整单极由2个12脉动换流单元串联组成。工程接线图如图3-5所示。1.1.2青豫直流输电系统建模仿真对于青豫直流输电工程的建模分为主电路的搭建与控制电路的搭建：主电路中青海等值电网由带内阻的电压源与交流滤波器组构成，电压源母线电压为775kV，交流滤波器配置如下图所示：河南等值电网里由带内阻的电压源与交流滤波器组构成，电压源母线电压为525kV，交流滤波器配置如下图所示：换流变参数如表3-3所示：775.093/172.91245+25/-50.86530.008/166.31245+24/-61.25直流滤波系统：平波电抗器0.75H；每站每极一组6/12直流滤波器；每站每极一个15μF中性母线电容。在PSCAD仿真软件中搭建工程实际参数设备的青豫直流系统模型，控制部分采用CIGRE控制，仿真时长设置为3s，仿真图如图3-8所示。仿真波形表明直流电压为800kV，直流电流为5kA，整流侧触发角为15°，逆变侧关断角为19.5°，与工程实际数据相一致，表明搭建模型的正确性。为了验证所搭建模型控制系统的正确性，本文在所搭建的青豫直流模型中设置故障并观察系统的暂态响应特性。当系统仿真时间为1.5s时，在送端的交流母线处设置三相短路接地故障故障，在1.6s时将故障解除；系统仿真时间为2s时，在受端交流母线处设置单相短路接地故障故障，2.1s时故障解除，总仿真时间为3s。故障仿真模型如图3-9所示。0-1.5s，整流侧为定电流控制，在1.5s时，设置送端三相短路接地故障，整流侧直流电压立即下降，同时触发低压限流环节，由图（b）可以看出整流侧直流电流指令值（RectifierCurrentOrderP1）也将下降，实际电流（ReafierActualcurrent）跟随整定值也将减小。整流侧将立即由定电流控制变为定最小角（）控制，减小当故障切除后（1.6s），整流侧交流电压恢复，整流侧直流电流整定值也随之提高，实际直流电流值增大，由图（b）、（c）可知，大概1.61s时直流电流短暂的达到当时的电流指令值，整流侧进入定电流控制。由公式2-1可知角减小直流电流得以提高，所以当直流电流指令值的慢慢提高时，整流侧又转变为定最小角（由图（c）、（d）可知，在故障发生（1.5s）前，实际电流总是大于逆变侧电流指令，因此逆变侧采用定角控制。在故障期间，受端侧的直流电流一直是小于电流指令值，逆变侧采用定电流控制。1.61s后，受端换流站的实际电流又大于电流指令值，恢复定角控制。在2s时，逆变侧设置A相接地故障后，交流电压有效值下降，从而导致逆变侧直流电压数值下降，直流电流迅速上升，低压限流环节动作，由图3-11（b）可以看出直流电流整定值开始下降。由VDCOL控制特性可知，在2.02-2.05s内，电流整定值不变，此时直流电流值是大于整定值的，整流侧将不断增大触发角来减小直流电流。在整个过程中整流侧一直处于定电流控制。当故障切除后（2.1s），逆变侧交流电压恢复，直流电压上升，低压限流环节使得在2.15s时直流电流整定值开始增大，整流侧触发角将不断下降。由公式3-1、3-2可得，逆变侧电压减小时，换向重叠角会