高压直流输电系统的MATLAB仿真

1、. . 山东农业大学毕 业 论 文高压直流输电系统的MATLAB仿真 院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化3班 届 次 2015届 学生姓名 李根 学 号 20113553 指导教师 刘平 二一五年五月二十七日装订线. . . i目 录摘要IAbstractII1绪论11.1选题背景及意义11.1.1国外的研究现状11.1.2国内的发展现状11.2课题设计目标11.2.1经济性11.2.2互联性11.2.3控制性21.3高压直流输电的缺点22高压直流输电控制基本原理32.1高压直流输电控制系统分层结构32.2高压直流输电控制原理42.3高压直流输电控制方式52.3.1换流器

2、触发控制52.3.2换流变压器控制52.4高压直流输电控制系统基本组成52.4.1换流器触发控制基本组成52.4.2换流变压器分接头控制基本组成63高压直流输电基本构成和工作原理73.1直流输电系统的构成方式73.1.1单极系统73.1.2双极系统83.1.3背靠背直流系统93.2高压直流输电的基本结构与工作原理93.2.1高压直流输电的基本结构与工作原理93.2.2基于晶闸管的12脉动换流单元104高压直流输电仿真模型的建立与结果分析124.1高压直流输电仿真模型的建立124.1.1线路的参数124.1.2整流环节简介134.1.3逆变环节简介134.1.4滤波器子系统简介134.2仿真结果

3、分析144.2.1稳态系统波形144.2.2 HDVC系统直流线路故障154.2.3 HDVC系统交流侧故障175结论19参考文献20致 谢21IIContentsAbstractII1 Introduction11.1 Background and significance11.1.1 Foreign research11.1.2 Domestic research11.2 Advantages of HDVC11.2.1 Economy11.2.2 Connection11.2.3 Control11.3 Short of HDVC22 Basic principle of HDVC co

4、ntrol system32.1 Hierarchical structure32.2 Principle of HDVC control system42.3 Methods of HDVC control52.3.1 Converter trigger52.3.2 Converter transformer52.4 Constitute of HDVC control system52.4.1 Consititute of converter trigger52.4.2 Consititute of converter transformer63 Operational principle

5、 of HDVC system73.1 Consititute of HDVC system73.1.1 System of single-pole73.1.2 System of double-pole83.1.3 System of back-to-back93.2 Operational principle of HDVC system93.2.1 Operational principle of HDVC system93.2.2 12 pulsation commutation units based on thyristor104 Foundation and analysis o

6、f simulation model124.1 Foundation of simulation model124.1.1 Parameter in lines124.1.2 Rectifier134.1.3 Inverter134.1.4 Filter134.2 Analysis of simulation model144.2.1 Waveform of steady state system144.2.2 Waveform of DC line fault154.2.3 Waveform of AC line fault175 Conclusion19Reference document

7、ation20Appreciation21高压直流输电系统的MATLAB仿真作者：李根 指导老师：刘平 （山东农业大学 机械与电子工程学院 讲师）摘要：HVDC就是高压直流输电的缩写，不同于传统的交流输电，采用高压直流输电具有许多交流输电不具备的特性。比如说，高压输电带来的线路损耗更小、线路允许输送的容量更大。加之其系统没有交流输电那样复杂，所以相比之下造价更低，经济性较直流输电也有很大优势。因此。HDVC更适用于远距离大容量送电。并且由于高压直流输电具有经济性好、造价低的特点，远距离大功率输电更有优势。综上所述，高压直流输电的发展虽然么有交流输电那样顺利，但后来者居上，在未来的输电系统中高压

8、直流输电必将发挥着不可替代的作用。西电东送呈现继续发展的趋势，各个区域之间的电网联通也是一种趋势，直流输电工程在这一系列趋势中占据主导地位。所以，在这篇文章中，首先对高压直流输电的背景和近些年来国内外的发展讲解一番，然后大致了解HDVC的特性，包括对结构、原理和控制方法进行了解，再者使用Matlab中的Simulink功能对HDVC系统建模，模拟系统的运行状态，对可能发生的故障进行仿真，然后从仿真波形再研究高压输电特性。关键词：高压直流输电 Matlab Simulink 仿真Simulation of HVDC transmission system based on MATLABAutho

9、r： Gen Li Supervisor：Ping Liu(College of Mechanical & Electrical Engineering of Shandong Agricultural University, Lecturer)Abstract HVDC is short for direct-voltage transmission. Compared with normal transmission, stabilization in HVDC will never be a problem. With lower loss in lines, larger capaci

10、ties in transmission, and better asynchronous networking ability between electrical systems, HDVC has advantages at interconnection of two systems with different fluency. Above all, with peoples agreement, HDVC systems will make a difference in the future. Thus, as the net connection during areas ar

11、e built and transmission of electrician from the west to the east are enhanced, HVDC transmission plays a more important role. So, it is very necessary for us to have some views about the features of HDVC, including the structure, theory, and method of controlling, then build a model and simulate th

12、e HDVC system. In this paper, I will talk about something about the background and development of HDVC in these years, and build a model by using the Simulink in Matlab, simulating the operation condition and testing the progress of the simulation.Keywords: HVDC; Matlab; Simulink; Simulation1绪论1.1选题

13、背景及意义随着时代的进步，人们对于电力的需求日益加深，电力工业的发展也愈来愈快，这就使得人们需要更高质量，更大量的电能，于是在输电的过程中，线路可承载的输电容量以及输电效率也愈加重要。在此基础上，安全可靠的电能，价格低廉且质量高的电能，偏僻地方的稳定电能则更是难能可贵。因此，高压直流输电在现今电力发展中是十分重要的一环。1.1.1国外的研究现状最早出现直流输电大概要追溯到1882年,法国物理学家DUPPLER使用位于MIESBACH的矿井，以1.52.0 kV的电压向远在57 kM外的国际展览供电，这也成为了历史上直流输电的首次尝试。在1912年，直流输电得到了再一次尝试的机会，虽然输电电压,

14、功率和直流发电机距离分别增加到125 kV、20 MV和225 kM，可是这一次先比之前操作模式复杂，且输电稳定性不高，所以直流输电并没有发展起来。紧接着，三相交流发电机的出现逐渐取代了直流输电的地位。再下一次直流输电被应用到工程中是在50年代的汞弧阀的出现，然而汞弧阀的稀少仍然是直流输电的发展道路上一块巨大的绊脚石。时间来到上世纪末期，虽然信息时代的到来，在电力电子和微电子日新月异的发展下，直流输电技术也逐渐走上了正轨。高新技术的存在也慢慢为直流输电的进步扫清障碍。纵观1954年到2000年这50年，高压直流输电经历了历史性的飞跃，世界上直流输电总容量持续增长。在21世纪之时，直流输电得到普

15、及，总容量增长率也会越来越大。1.1.2国内的发展现状其实早在60年代起，我国就紧随步伐对直流输电的应用进行试验。比如1974年在西安高压电器研究所建立6脉冲转换器的背靠背转换器试验站，再比如1977年在上海建立的6脉冲转换器实验工程。这些试验都为HVDC在中国的发展奠定了技术基础。1.2课题设计目标1.2.1经济性高压直流输电线路的成本和消耗较交流线路来说都是很低的,然而换流站的建造成本却比交流变电站高。这就意味着，同样的传输容量，输电线路越长，建造成本也就越少。1.2.2互联性交流输电能力的同步发电机稳定性问题一直是诟病，其原因一方面是由不稳定的功率角导致,另一方面则是同步电机的电抗会伴随

16、传输距离的增加而增加,线路消耗大，于是交流输电能力较弱。而直流输电的造价与消耗较低，适合大量、远距离输送电力。通信网络系统扩张将导致短路容量增加，解决方案就是更换合适的断路器，而这一举措并不总是顺利的，寻找合适的断路器不是一件简单的事情。所以，使用高压直流互联可以避免短路容量增加，避免出现交流系统中的故障扩张，同时也是降低短路容量,提高系统稳定性的有效方式。1.2.3控制性直流输电的控制性是其另一个特征。直流输电系统拥有直流输电控制系统，输电线路两端的换流器可以做出迅速而精确的反应。1.3高压直流输电的缺点（1）虽然高压输电线路的造价较为节省，可是换流站需投入大量资金，这体现在换流站设备繁多、

17、造价相对较高等方面。换流站的设备除换流变压器外，可控硅换流器和其他相关设备的造价也非常之高。（2）换流器需要安装滤波器，由于换流器的畸变交流电流产生的高次谐波电流会导致交流电压也发生畸变，所以很有必要安装滤波器使得畸变率可以发生在可控范围之内。此外，换流器也是谐波电压源，所以直流线路上也会产生谐波电压。为了使得谐波电流、电压在可控范围内，应安装滤波器。（3）换流站的造价高的原因还有一点就是需要安装无功功率补偿设备，因为换流站的换流器在运行工作时会消耗无功功率。（4）在特定工作方式下，会对周边产生电磁干扰和电化学腐蚀。（5）由于性能与制造工艺会对高压直流输电的效果产生很大影响，比如容量和输电形式

18、，所以往往需要良好的直流断路器。而直流断路器的技术相当繁杂，造价又很高。再者直流断路器不易开断，相比交流系统的介质可恢复以及电弧可熄灭要逊色很多。所以，在经济性和可靠性直流断路器都不如交流断路器。2高压直流输电控制基本原理2.1高压直流输电控制系统分层结构系统能够正常运行主要依靠着高压直流输电控制系统，高压直流输电控制系统会按照优先级以及一些功能性的原则把控制链接到不同的层次。这种分等级的结构更加便于对HDVC控制系统的分析以及使得系统操作维护更加灵活，将单一故障的影响降至最低，不会牵连至其他环节。图2-1高压直流输电控制系统按照等级分层高压直流输电控制系统等级分层如图2-1所示。高压直流输电

19、控制系统作为上级可以调控换流站的工作，对正负换流极加以控制使其能够高效运行。严格遵守分层结构，由高层次控制低层次，不可逆。极控制分为两种，一种是换流器控制，还有一种是单独控制，换流器控制可以改变换流阀的状态，而单独控制则可直接控制控制对象。在分层结构中，系统控制级是HDVC控制系统的最高控制系统。主要负责在通信系统上传直流输电系统中的各项参数，接收中心调度指令，根据命令调整、分配各个系统运行时回路中的功率并控制在范围之内，实现多种包括潮流反转、功率调制等多种控制，这样就可以再下一次故障出现时第一时间将进行应急控制。双极控制级，接收来自换流器的指令，依据系统控制级的调度指令，根据正负极的功率定值

20、决定运行过程中功率的传输方向，平衡正负极电流并控制交直流系统的无功功率、交流系统母线电压等，以达到HDVC系统正负极运行的协调控制。极控制级，接收来自双极控制极的指令，再作用于换流器控制级从而对电流加以控制，负责控制正负极的运行方式和故障处理。换流器控制级，负责触发换流器。可进行定电流控制、定电压控制。换流器实现控制的过程是对换流器触发角的调节以改变HDVC交直流转换过程，从而为HDVC输出正常的功率、直流电压提供保证。单独控制级可以直接作用于控制对象，它主要负责调节换流变压器分接头的位置，从而调节换流变压器的输出电压。在这个过程中，单独控制级还起到监测的作用。对换流单元冷却系统、辅助系统等加

21、以控制，以及对交直流开关场断路器、滤波器的调节可以使换流器触发角保持稳定，以达到输出平稳的电压电流的作用，提高HDVC系统的运行效率。此外，换流变压器还可以在HDVC系统中起到隔离交直流系统的作用。换流阀控制级从属于换流控制级，它将来自换流器控制级的触发角信号转换为脉冲，选择导通还是关断换流器中的晶闸管，并起到监视的作用，保障晶闸管等元件的运行正常。2.2高压直流输电控制原理高压直流输电的等效电路如图2-2，可以分为三部分，两边是换流器，两个换流器由中间的输电线路相连。在正常工作时，左换流器是整流器，右换流器是逆变器。可以以N点为界将N点左侧划为整流侧，右侧为逆变侧。由基尔霍夫定律得出：图2-

22、2高压直流输电系统等效电路图直流电流Id: （2-1）整流侧伏安特性： （2-2）逆变侧伏安特性： （2-3）其中，Udor和Udoi与交流系统电势相关： （2-4）式中，Udor-整流侧换流变压器阀侧空载电压；Udoi-逆变侧换流变压器阀侧空载电压；Udr-整流器直流电压；Udi-逆变器直流电压；-整流侧触发角；-逆变侧超前触发角；dxr-整流器换相电抗；dxi-逆变器换相电抗；R1-直流输电线路等值电阻；Er-整流侧交流系统电势；Ei-逆变侧交流系统电势。在公式2-1中，dxr、dxi和R1为恒定值，因此直流电压、直流电流的大小仅与换流器触发角、整流侧系统电势Er和逆变侧系统Ei有关。2.

23、3高压直流输电控制方式整个高压直流输电的控制都是在HDVC控制系统等级分层的基础上完成的，其控制方式之一是换流器控制级对换流器触发的控制，另一个是单独控制级对于换流变压器分接头的控制。前者主要以调节触发角的方式用于换流器的运行控制，后者以调整接头位置来交流系统电势。2.3.1换流器触发控制换流器触发角对HDVC系统中的运行至关重要。这种控制方式往往响应速度快，调节时间很短，并且调节范围较大。当特殊情况发生时，比如HDVC系统因某些原因而电压电流变化过快，换流器触发控制可以做出调整以保证系统平稳。2.3.2换流变压器控制HDVC控制系统可对换流器触发角或直流电压进行控制，通过改变换流变压器分接头

24、位置来改变换流器的电势。然而这种控制方式响应速度比较缓慢，需要310s能对分接头的位置进行一次调整。并且相比换流器触发控制，这种控制方式由于诸多限制，比如分接头位置和变压器本身的原因，导致控制调节范围相对小一些，所以只能不是主要控制方式。只有在系统电压变化较为缓慢的时候，换流变压器分接头才会发挥作用，调节系统并使系统回到正常工作。然而对于迅速发生的暂态变化，分接头往往不发生作用。这种控制的差异性也就意味着需要两个控制方式一同发生作用，在暂态变化和缓慢变化时都能确保HDVC系统稳定运行，发生故障时可迅速恢复，使系统能够高效运转。 2.4高压直流输电控制系统基本组成2.4.1换流器触发控制基本组成

25、（1）整流侧最小触发角控制系统运作时，换流器触发角不能低于某一特定值，这是因为晶闸管上的电压过低会导致晶闸管导通的性能变差，对换流过程产生不利影响。所以设定最小触发角的必要性就是能够使得换流阀工作正常。另外一个作用是，在系统意外发生故障时，触发角降低至最小值可以将故障影响降至最低，然而过小的触发角在故障清除一切恢复正常以后又会产生过电流，造成系统不稳定。（2）逆变侧最大触发角控制最大触发角的限制值也是必需的，因为在某些情况下，控制器超调将导致触发角超出范围，同样会使得换相失败。（3）电流限制控制设置最大电流限制可以避免系统过负荷运行，设置最小电流限制可以避免由于非正常干扰引起的系统输送功率中断

26、。（4）定电流控制定电流控制可以对运行电流、直流输送功率、直流功率进行调节，能迅速对故障电流进行限制，从而起到保护换流阀等设备的作用，提高整体的安全性。（5）定电压控制定电压控制顾名思义就是对直流电压的控制，使其能够平稳，保持直流电流恒定。逆变侧也可以减小整流侧因故障引起的过电压对HDVC系统的影响。（6）裕度控制将整流侧电流整定值设定比你逆变侧电流整定值高出一个电流裕度可以避免由定电流控制和定电压控制同时发生导致的系统异常。通常来讲，电流裕额为额定电流值的10。另一方面，将逆变侧电压整定值设定比整流侧低一个电压裕度（HDVC电压降）可以防止整流侧和逆变侧的定电压控制同时作用。2.4.2换流变

27、压器分接头控制基本组成换流变压器分接头控制使HDVC系统高效运行，保障设备的安全。主要途径是调整接头位置来影响交流侧电势并使触发角以及直流电压不偏于正常值。（1）定角度控制过大的整流侧触发角会使得系统功率因数变低，从而增大无功功率，然而触发角太小导致的过电流也会导致HDVC系统的不可靠。过大的逆变侧触发角会引起换向失败，然而触发角太小的状态又无法保持HDVC系统的平稳运行。因此定角度控制的必要性就是能够将触发角保持在合理的控制范围内，使其与参考值的误差不至于太大，并且在误差超出太多时能够调整分解头位置。（2）定电压控制定电压控制同样也是能够修正直流电压与标准电压之间的误差，当这种误差大过了合理

28、的范围，通过改变分接头位置来调整电压值，使其能够一直保持在额定值附近。然而相比较于定角度控制，这种控制方式的动作次数不够多，这就会使得调节幅度过大，每一次变换时变化较大，对系统的稳定性有不利的影响。在整流侧分接头控制使用定角度控制，在逆变侧分接头控制处使用定电压控制，这样能使控制效果达到最佳。3高压直流输电基本构成和工作原理3.1直流输电系统的构成方式直流系统大抵包括二端和多端，其中在这篇文章中主要研究的是二端直流系统，构成方式可以三种，分别是单极系统、双极系统以及背靠背直流系统。3.1.1单极系统单极直流输电系统，在接地端如果对地电位为正则是正极，反之为负则是负极。因此单极直流输电系统的运行

29、方式由出线端的极性决定，正极或负极运行方式。然而，由于在正极导线处可能产生的电晕和电磁干扰相比较于负极性导线更大一些，并且雷电基本上属于负极性，正极导线遇到雷电闪络的可能性会比负极导线要高，所以在铺设架空线路时，采用负极性相比较来说更安全一点。单极系统接线方式可分为两种：图3-1单极大地回线方式图3-2单极金属回线方式（1）单极大地回线方式，如图3-1。单极大地回线方式即为接地方式，是直接使用导线与大地(或海水)构成单极回路的接地方式。直流输电工程的运行电流即为接地处通过导线连接大地(或海水)的电流。这种回线方式显而易见的有点就是十分简单，而且造价相对较低，但相应的对接地极要求会高一些，这就导

30、致了其不够灵活，可靠性也不高。再者，经常有较大直流电流流经地下也容易导致腐蚀地下设备元件。（2）单极金属回线方式，如图3-2。与大地回线方式不同，单极金属回线方式是通过两根导线直接形成单极回路。但是金属返回线也是要接地的，这样可提高系统运行的安全性。这种方式的应用一般来讲是针对无法使用大地或海水为回线的系统中使用，以及在接地极不容易选择和输电距离过短的单极直流输电工程中使用。相比于单极大地回线方式，由于地中无电流，所以不会产生电化学腐蚀。3.1.2双极系统双极系统接线方式，这种方式在直流输电工程中较为常见，它有三种接地方式： 图3-3双极两端中性点接地方式图3-4双极一端中性点接地方式图3-5

31、双极金属中线方式（1）双极两端中性点接地方式，如图3-3。双极两端中性点接地方式，其实可以看成是由两个单极大地回线系统组成，它们独立运行，并且它们接地正负两级在大地回线中是相反的，于是差值就形成了大地间的电流。这种接地方式在直流输电工程采用较多。两极间电压和电流未必是相等的，当两极间电压和电流相等时，这种方式就叫做双极对称运行方式；同理，两极间电压和电流不相等时，这种方式就叫做不对称运行方式。由于这种接地方式是由两个独立的单极系统组成，所以当其中一个极因故不能工作时，它就变成了单极方式。（2）双极一端中性点接地方式，如图3-4。这种接地方式不能用于大地接线，是由于只有一端换流站的中性点接地。这

32、样的好处是这种接地方式在运行时，大地中没有电流流过。不同于两端中性点接地方式更加可靠、灵活，这种接地方式在一极发生不能工作的时候不能依靠单极继续工作，必须将整个双极系统停止。（3）双极金属中线方式，如图3-5。双极金属中线方式与两端中性点接地方式有点类似，不同的是它可以看做是由两个单极金属回线系统组成，可独立运行。这种方式与两端中性点接地方式相同的是，在一极发生故障不能工作时，单极依然可以以金属回线方式工作，甚至在换流站中一个极发生不能工作时，还可以转为单极双导线并联金属回线方式，灵活性较高。缺点也是显而易见，构造复杂，制造成本较高。3.1.3背靠背直流系统背靠背直流系统，如图3-6，是无直流

33、线路的直流系统，也经常被称作非同步联络站，这是因为无论频率是否相同，它会对交流系统进行非同步练习。在这种直流系统中，整流器和逆变器的直流侧的闭环回路是由平波电抗器相连而形成的。图3-6背靠背直流输电系统3.2高压直流输电的基本结构与工作原理3.2.1高压直流输电的基本结构与工作原理图3-7为HDVC的基本结构，其中包括三部分，分别是整流侧、直流输电线路和逆变侧。组成的设备分别是换流变压器、滤波器、换流器、平波电抗器。图3-7高压直流输电系统基本结构整流器和逆变器均为换流器，在整个过程中，整流器首先将交流系统I输出的交流电在转化为直流电再输出到直流输电线路中，紧接着逆变侧再将由直流输电线路中输出

34、的电流转化为交流电，于是交流系统II中接收的电流是由逆变侧转化完的交流电。两个换流器可控制着整个过程中的交直流转换，原理是改变触发角对换流器中晶闸管的运行状态进行调整。决定换流器是处于交流转直流的整流状态，还是处于直流转交流的逆变状态。图3-7中分别表明的1、2、3代表着换流变压器、换流器、平波电抗器。其中，在交直流电网互联及直流输电的过程换流变压器起着十分重要的作用，它能使整个系统的运行状态更加稳定，换流器的换相电压便是由换流变压器提供。以及，换流变压器还可限制故障电流，使交直流系统之间隔离，在应对雷电冲击的过电压还会有缓冲的用处。换流器控制系统在整个系统的运行中起着十分重要的作用，保障HD

35、VC的安全性、稳定性。当系统由于故障等一系列原因无法达到正常预期的效果时，控制系统可以调节换流器触发角和换流变压器的输出电压，这样不仅可以改善对HDVC的运行情况，在故障后也可以使系统尽可能迅速恢复。因此，换流器的控制系统是整个HDVC系统中的核心成分，在这次仿真建模中，HDVC的控制系统是主要的研究内容之一。 3.2.2基于晶闸管的12脉动换流单元图3-8即为基于晶闸管阀的12脉动换流单元：图3-8基于晶闸管的12脉动换流单元它由以下几部分组成：（1）换流变压器：作为中转站将左边交流电压转化为整流电压，而后再将电压用逆变器转化，得到右边交流系统应接收的电压。（2）换流器：换流器的组成结构为晶

36、闸管，整个过程的整流和逆变都是在换流器完成的。通常来讲，换流器每桥有6脉冲换流器，成三相桥式电路的形式，可分为单桥、双桥。（3）平波电抗器：通过控制系统受到干扰时直流电流的变化来将直流电压电流的波动降至最低。（4）滤波器：可分为直流侧滤波器和交流侧滤波器。直流侧滤波器是控制流入直流线路的谐波电流，位于直流线上。而交流侧滤波器除了可以用来控制流入交流线路中的谐波电流外，还可对换流器上的无功功率进行补偿，所以通常位于换流变压器的交流侧母线。如上工作原理所示，12脉动换流单元其实可以看做是由两个6脉动换流单元所组成，它们之间存在电压相位差，为了得到这个电压相位差，12脉动换流单元的阀侧绕组必须采用不

37、同的接线方式，即一变是三角形接线而另外一边是星形接线。12脉动换流器安装滤波器主要是因为可以因此来简化滤波器件，从而对设备占地要求不再那么严格，将成本降至最低。安装滤波器的原因是特征谐波会在交流侧和直流侧产生，比如11次和13次的特征谐波，这就需要安装11次和13次的滤波器在交流侧和直流侧。4高压直流输电仿真模型的建立与结果分析4.1高压直流输电仿真模型的建立可以使用Matlab中的Simulink功能建立HDVC的仿真模型，选取PSB（power system block）中的仿真模块拖动至相应位置并连接即可完成对高压直流输电系统跟控制器模型创建。以下模型就是使用12脉冲晶闸管变换器建立的。

38、如图4-1所示：图4-1高压直流输电仿真模型图4-1中，EM、EN分别为交流系统，EM是500 kV、5 000 MVA、50 Hz的交流系统，EN是345 kV、10 000 MVA、50 Hz的交流系统，这两个交流系统的频率是50 Hz，伴随有3次谐波，且均保持80的相角，它们之间通过1 000 MW的直流输电线路相连。其中还有两个变换器以及两个断路器模块，两个变换器间有300 kM的线路以及0.5 H的平波电抗器组成，而两个断路器模块的作用是对整流器直流侧和逆变器交流侧故障进行模拟。4.1.1线路的参数直流输电线路的参数：线路电阻：R = 0.015/km；线路电感：L = 0.792m

39、H/km；线路电容：C = 14.4nF/km；线路长度：300 km。交流系统EM侧参数如下：线路电阻：R = 26.07；线路电感：L = 48.86mH。交流系统EN侧参数如下：线路电阻：R = 6.205；线路电感：L = 13.96mH；平波电抗器的电感：L = 0.5H。 4.1.2整流环节简介在4-2中，使用的是三相三绕组变压器模块，使用Y0-Y-形接线方式联接，变换器变压器中整流器电压倍数为0.90，而逆变器的电压倍数选择0.96。图4-2整流环节子系统结构接着对“整流环节（Rectifier）”子系统进行设置，得到图4-3展示的结构。在这个结构中，12脉冲变换器是由两个通用桥

40、模块串联成，形成整流器。图4-3整流器子系统结构 4.1.3逆变环节简介“逆变环节（Inverter）”子系统结构，比如变压器模块，接线方式，12脉冲变换器均可以参考“整流环节”子系统结构。整流器通过整流器控制和保护子系统来保护，相应的逆变器是由逆变器控制和保护子系统来保护。 4.1.4滤波器子系统简介上面提到的滤波器可以降低谐波对系统运行的影响，同时还可以补偿无功功率。可以打开图4-1中的滤波器子系统进行设置。从图4-4中可以发现交流滤波器电路的系统结构，以下4个器件分别是150 Mvar的无功补偿设备，Q=100的11次和Q=100的13次单调谐滤波器，以及Q=3的24次谐波滤波器。图4-

41、4交流滤波器子系统结构4.2仿真结果分析按照图4-1的模型连接好并且设置好一系列的参数，接下来就可以进行仿真了。仿真内容是观察稳态波形，对常见故障进行模拟。4.2.1稳态系统波形图4-5、图4-6是电压、电流波形的稳态仿真结果：图4-5稳态仿真整流侧波形图4-6稳态仿真逆变侧波形其中，Vdl表示直流侧线路电压，Id表示直流侧线路电流，Idrel表示实际参考电流，均为标幺值，为整流器的触发延迟角。当系统达到稳态后，直流电压为1.0 p.u.，直流电流为1.0 p.u.。 4.2.2 HDVC系统直流线路故障对直流侧断路器模块进行设置，控制它在0.7 s时导通，0.8s时断开，接地时间为0.1s。

42、图4-7、图4-8为仿真波形：图4-7直流线路故障时整流侧波形图4-8直流线路故障时逆变侧波形由图4-7可见，当t=0.6s系统发生接地故障时直流侧电流会突然增长到2.2 p.u.，直流侧电压也突然降为0。使用VDCOL子系统加以调节后，参考电流可下降到0.3 p.u.。t=0.77s时，触发延迟会被锁定为166，整流器转变为逆变状态。接着故障电流会下降，过零点时故障电流熄灭，这是因为由于直流侧线路电压在故障发生时变为负值，导致了线路的方向颠倒，本应送入直流系统的能量向相反方向流通，回到交流系统。t=0.82s时，解除锁定触发延迟角，0.5s后整个系统恢复正常。 4.2.3 HDVC系统交流侧

43、故障用a相接地故障来研究交流侧故障，在直流侧断路器导通动作取消的前提之下，使逆变器断路器在0.7s时导通，0.8s时断开，0.1 s的接地时间：图4-9接地故障整流侧波形图4-10接地故障逆变侧波形由图4-9、图4-10可以发现，故障会引起导致换向失败（当逆变器两个阀进行换相时，因换相过程未能进行完毕，或者预计关断的阀关断后，在反向电压期间未能恢复阻断能力，当加在该阀上的电压为正时，立即重新导通，则发生了倒换相，使预计开通的阀重新关断，这种现象称之为换相失败），而且可以看到直流电压电流发生振荡。发生换向失败的原因是在故障刚刚发生时，因为在反向电压期间系统丧失阻断能力，如若在阀上施加正向电压，系

44、统将再次导通。此时，直流电流迅速增长到2 p.u.。在t=0.8s时开始恢复，接着参考电流调节为0.3 p.u.，再经0.35s后系统恢复正常。5结论这次设计的题目是高压直流输电系统的MATLAB仿真，所以主要针对的是高压直流输电系统的介绍以及各个故障波形的研究，是使用MATLAB中的Simulink功能对HDVC系统建模以及仿真的一个过程。高压直流输电的历史也很悠久，尤其是在现在技术较为成熟的前提下，逐渐体现出了优于交流输电的特点。而且HDVC的成本较低，可控性良好，在远距离大功率输电的选择上几乎已经优于交流输电。在未来我国的西电东送以及其他输电项目中，高压直流输电变的愈来愈重要。高压直流输

45、电系统中主要是由四部分组成：换流变压器、换流器等换流装置，以及滤波器和平波电抗器等用以调节保持运行稳定的装置。高压直流输电系统中大多采用6脉动换流单元和12脉动换流单元，各个换流单元可独立运行，多单元连接在其中一个单元发生故障时仍可以继续工作。高压直流输电系统的技术日趋完善，结构不再像以往那样复杂，而且造价也日趋变低，但仍然需要许多设备支持。换流阀、换流变压器等是交直流电间互相转换的前提。交流无功补偿装置用以补偿无功功率，平波电抗器和交直流滤波器用以消除谐波，此外，还有远程通信系统，交直流开关设备等辅助设备。HDVC系统由三部分组成，两端分别是换流站，两个换流站由中间的直流线路连接。换流站中的设备均对系统的正常运行发挥着作用，不同的设备发生故障对于波形的影响也是不同的。于是在本文中挑选了几个较为常见的故障在Simulink的模型中仿真。参考文献1 周乐荣高压直流输电的现状与发展M广东电力，19972 刘振亚特高压