HVDC控制系统建模仿真分析

合集下载

VSC-HVDC整流站相关仿真分析

VSC——HVDC整流站系统仿真与分析作者：杨乃杰4.1结构图为了验证以上讨论的控制策略的可行性和有效性，利用MATLAB软件建立的仿真模型如下：交流系统参数为230kV/2000MVA/50Hz；整流器逆变器都为使用IGBT的三电平NPC电压源换流器，电压源换流器参数为200MVA，+/-100kVDC；调制方式为正弦脉宽调制SPWM，载波频率为基波频率的27倍，1350Hz；直流线路为75km，如图4-1所示。

4-1VSC-HVDC仿真模型图整流侧控制器的仿真模型图整流侧换流器功率外环控制器的仿真模型图整流侧换流器电流内环的仿真模型图4.2仿真结果与分析VSC-HVDC有功、无功和直流电压的阶跃响应情况仿真系统首先进入稳态。

然后整流器的有功功率和无功功率、逆变器的直流电压相继发生阶跃变化。

在t=1.5秒时，第一个阶跃变化为有功功率1p.u.降到0.9p.u.；功率在大概0.3秒的时间内保持稳定。

在t=2.0秒时，整流器的无功功率由0变为-0.1p.u.；总仿真时间为3秒。

图4-2标幺值为1时的整流侧仿真波形从上到下波形图分别为直流电压波形、有功功率波形、无功功率波形、三相电压波形和三相电流波形。

其中整流侧标幺值为1，定无功功率为0MW，由上图可知有功功率与无功功率迅速到达给定值，直流母线侧电压恒定，故电压能够快速的地达到整定值200KV。

图4-3标幺值为1时的整流侧三相电压波形（上）和三相电流波形（下）图4-3可知标幺值为1的情况下，三相电流和三相电压同向。

分析：实现了阶跃P和阶跃Q 指令的及时响应，从而快速调节潮流4.2.2潮流反向时整流侧仿真波形图4-4潮流反向时的仿真波形图4-4为潮流反向时的仿真波形，由上到下分别为直流电压波形、有功功率波形、无功功率波形、三相电压波形和三相电流波形。

标幺值为-1，定无功功率Q为0MW，由上图可知有功功率与无功功率迅速到达给定值，直流母线侧电压恒定，故电压能够快速的地达到整定值200KV。

向无源网络供电的VSC_HVDC系统仿真研究

向无源网络供电的VSC_HVDC系统仿真研究无源电网是指没有独立的发电设备，而是通过连接到其他电网中的发电机来获取电力的电网系统。

VSC（Voltage-Source Converter） HVDC （High Voltage Direct Current）系统是一种特殊的HVDC系统，它通过使用可控的开关设备，将交流电转换为直流电，并将其输送到远距离的电网。

VSC_HVDC系统是无源电网供电的一种重要方式，对VSC_HVDC系统的仿真研究可以有效地评估系统的性能和稳定性。

本文将对VSC_HVDC系统的仿真研究进行探讨，并分析其在无源电网供电方面的应用。

首先，在进行VSC_HVDC系统仿真研究时，需要确定仿真模型的准确性。

仿真模型应包含所有与系统相关的元件和参数，如电力电子器件、控制系统和传输线路等。

同时，仿真应考虑不同负载条件下的电力输送情况，以评估系统的稳定性和性能。

其次，在进行VSC_HVDC系统仿真研究时，需要考虑到电力电子器件的特性和控制策略的选择。

电力电子器件是实现交流到直流转换的关键部件，选择合适的器件可以提高系统的效率和稳定性。

控制策略将影响系统的响应和稳定性，在仿真研究中需要对不同的控制策略进行比较和评估。

此外，无源网络供电的VSC_HVDC系统需要考虑到电力平衡和频率控制的问题。

在无源电网中，电力平衡和频率控制是引入外部电网的重要问题。

通过仿真研究，可以对系统的平衡和控制方法进行优化，以提高系统的稳定性和性能。

最后，进行VSC_HVDC系统仿真研究时，还需考虑到系统的故障处理和保护机制。

在发生故障时，VSC_HVDC系统需要能够迅速稳定，并采取相应的保护措施以防止进一步损坏。

在仿真研究中，可以模拟不同类型的故障情况，并对系统的稳定性和保护机制进行评估。

综上所述，对无源电网供电的VSC_HVDC系统进行仿真研究可以为系统的优化和改进提供重要的参考。

通过准确的仿真模型、合适的电力电子器件和控制策略的选择、电力平衡和频率控制以及故障处理和保护机制的考虑，可以提高系统的性能和稳定性，以满足无源电网供电的需求。

基于RTDS的MMC-HVDC系统建模与仿真的开题报告

基于RTDS的MMC-HVDC系统建模与仿真的开题报告一、研究背景随着电力系统的发展，交流输电和直流输电技术扮演着不同重要的角色。

高压直流输电（HVDC）已经被广泛应用于长距离电力输送和跨越海洋的越大电力输送。

多级换流器（MMC）作为一种最新的HVDC技术，已经越来越受到关注。

MMC拥有多级微电网结构、短路能力强和高可靠性等特点，可以有效地解决传统HVDC技术中的问题，如换流器失效、并接和逆变器过载等问题。

为了深入了解MMC-HVDC系统的运行机理和优越性能，需要进行系统级建模和仿真。

由于MMC形式的多级结构和大量的开关器件，MMC-HVDC系统的建模和仿真非常复杂。

因此，需要选择合适的建模工具和仿真平台，以实现对MMC-HVDC系统的快速建模和仿真分析。

基于RTDS（Real-Time Digital Simulator）的MMC-HVDC系统建模和仿真是目前应用最广泛的方法之一，该方法可以快速准确地模拟系统电气特性和故障情况。

RTDS是一种真实的数字仿真器，它模拟实际电力系统中的电源、传输线、输电系统和负载等运行状态，可以实现快速仿真和快速故障切除处理。

因此，通过使用RTDS构建MMC-HVDC系统模型，可以对系统进行准确的电气和动态性能分析。

二、研究目的本研究的主要目的是基于RTDS平台构建MMC-HVDC系统模型，包括MMC模型、直流线模型和升压变压器模型，以实现MMC的电气和动态性能仿真分析，并分析MMC的运行机理和优越性能。

三、研究内容本研究的主要内容包括：1. MMC-HVDC系统的基本理论和技术知识的学习和了解2. RTDS平台的学习和使用3. MMC-HVDC系统模型的建立，包括MMC模型、直流线模型和升压变压器模型4. 系统静态和动态性能的仿真分析，包括直流侧电压/电流波形分析、直流电压/电流调节和传输功率分析等5. MMC运行机理和性能优越性分析四、研究意义本研究的意义在于：1. 加深对MMC-HVDC系统的理解和认识，为电力系统运行和控制提供技术支持2. 探索MMC-HVDC技术在大规模电力输送中的应用，为能源高效传输打下基础3. 为电力系统建模和仿真提供参考和借鉴，促进电力系统技术的发展。

基于Simulink的高压直流输电系统建模与仿真

基于Simulink的高压直流输电系统建模与仿真1. 简介本文档旨在介绍基于Simulink的高压直流（HVDC）输电系统的建模与仿真方法。

高压直流输电系统是一种通过将电能转换为直流电并通过特殊的高压直流电缆进行传输的电力传输方式。

通过建立准确的模型，并进行仿真分析，可以帮助我们更好地理解和优化HVDC输电系统的性能。

2. 模型建立为了建立HVDC输电系统的模型，我们可以利用Simulink软件进行仿真建模。

Simulink是一种功能强大的矩阵模拟工具，它可以帮助我们建立各种物理和电气系统的模型。

在建立HVDC输电系统模型时，需要考虑以下几个关键要素：2.1 直流电源模型首先，我们需要建立直流电源的模型。

直流电源通常由一个直流发生器和一个滤波电容组成。

我们可以利用Simulink内置的电源模块来建立直流电源的模型，并设置合适的参数和电压限制。

2.2 变流器模型接下来，我们需要建立HVDC输电系统中的变流器模型。

变流器负责将交流电转换为直流电，并通过高压直流电缆进行输送。

Simulink提供了多种变流器模型，可以根据实际情况选择合适的模型。

我们需要设置变流器的输入电压、输出电压和功率等参数。

2.3 直流电缆模型HVDC输电系统中的直流电缆是电能传输的关键组成部分。

为了准确建模，我们需要考虑直流电缆的电阻、电感和电容等参数。

Simulink提供了多种电线模型，可以用于建立直流电缆的模型。

我们需要根据实际情况设置直流电缆的参数。

2.4 稳定器模型为了确保HVDC输电系统的稳定运行，需要在系统中添加稳定器模型。

稳定器可以监测并控制系统的电压和功率等参数，以保证电能的稳定传输。

Simulink提供了各种控制器模型，可以用于建立稳定器的模型。

3. 仿真分析利用建立的模型，在Simulink中进行仿真分析可以帮助我们评估HVDC输电系统的性能。

通过仿真，我们可以观察并分析各个组件的工作状态和系统的稳定性。

在进行仿真分析时，可以考虑以下几个方面：3.1 电压和电流波形分析通过仿真，我们可以获得HVDC输电系统中各个组件的电压和电流波形。

基于PSCAD的高压直流输电系统建模和仿真

基于PSCAD的高压直流输电系统建模与仿真摘要：为了配合高压直流输电系统在我国的发展，介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，运用PSCAD仿真软件分别建立、分析了HVDC系统的简化模型和CIGRE的HVDC 标准测试系统模型，对四种故障下的暂态响应进行仿真计算，仿真结果表明交直流系统中的任何故障都会使直流输电控制系统的控制模式发生快速切换，且其响应速度很快，即使在交流系统故障未切除的很短时间内，直流控制系统也已能达到一种稳定的控制模式。

关键词：高压直流输电(HVDC)；电流源型换流器；PSCAD；PWM；标准测试系统0 引言高压直流输电今年来发展很快，是我国重要的区域联网方式。

文献[1]指出，我国已建成了世界上第一个±800kV的最高直流电压等级的特高压直流输电工程，且计划在2020年前投运的直流输电工程将超过30个，学习和掌握直流输电技术成为电力电子技术领域及电力工程领域工作人员不可缺少的知识构成。

本文利用PSCAD仿真软件对HVDC系统进行了由简单到复杂的建模和仿真，对其运行特性进行观测和研究，是在高压直流输电课程的学习之后的总结与提升，为以后的深入学习奠定基础。

在简化模型中，直流输电系统简化为以不可控整流器、平波电抗器和逆变器相连接的交流电源，逆变器的触发脉冲由PWM调制生成，观测整流输出电流和逆变输出电压。

在较复杂的CIGRE的直流输电标准测试系统模型中，采用可控的双桥12脉动换流器作为整流器和逆变器，观测交直流侧电压、电流。

1 HVDC系统简介4图1 长距离式HVDC系统主接线1—交流系统2—换流变压器3—脉动换流器4—平波电抗器5—交流滤波器6—直流滤波器高压直流输电由将交流电变换为直流电的整流器、高压直流输电线路和将直流电变换为交流电的逆变器三部分构成，因此从结构上看，高压直流输电是交流-直流-交流形式的电力电子换流电路。

到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器(又称换流阀，包含整流器和逆变器)由半控型晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。

轻型高压直流输电HVDC—VSC动态建模与仿真

维普资讯
第３卷第５２期
昆明理工大学学报（理工版）
Ｖ１２ｏ５ｏ３Ｎ・．
２０年１月０７０
ＪｒｌｆｕｍｎＵｉｒｔｏＳｉｃａｄｅＩｏｎｎｉｎｅｉｅｅｎｅ０ｕａｏＫｇｖｓｙｆｃｎＴｈ
态相量模型．通过截取相关变量对应的时变傅立叶级数的重要项对系统模型进行简化，而达到从提高仿真速度的目的．过对一个简单的ＨＤ通ＶＣ—ＶＣ电压源换流）Ｓ（系统建模，绍了时变动态介相量法的建模过程，最后给出了具体的算例．明了时变动态相量法在电力系统建模中是精确而证
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｅｙｄｖｌｐｄｍｅｈｄｄｎｍｉｈｓｔｏｓｐｅｅｔｄＤｎｍｉｈｓｄｌｃｎｂｂｎｗｌｅｅｏｅｔｏ — ｙａｃｐａｅｍｅｄｉｒｓｎｅ．ｙａｃｐａｅｍｏｅｓａｅｏ — ｈ
ｐｏｅｓｏｙａｃｐａｅｍｏｅｓｉｎｒｄｃｄａｈｆｃｉｅｅｓａｃｕａｙｏｉｄｌａｅｖｒｆｅｒｃｓｆｄｎｍｉｈｓｄｌｓｉｔｏｕｅｎｄｔｅｅｅｔｖｎｓｎｄａｃｒｃｆｔｓｍｏｅｒｅｉｄ．ｈｉＫｅｒｓ：ｄｎｍｉｈｓｍ；Ｆｏｉｅｒｎｆｒ；ｈｇｖｌａｅｄｒｃｕｒｎｒｎｍｉｓｏｙｗｏｄｙａｃｐａｏｕｒｒｔａｓｏｍｉｈ— ｏｔｇｉｅｔｃｒｅｔｔａｓｓｉｎ

基于LCC-HVDC和VSC-HVDC的混合双极直流输电系统的建模及仿真分析

第26卷第2期河南机电高等专科学校学报Vol.26 No.2 2018年3月 Journal of Henan Mechanical and Electrical Engineering College Mar. 2018收稿日期：2018-01-20基金项目：国家自然科学基金(NSFC)资助项目(51777166)作者简介：高淑萍（1970―），女，河南新乡人，工程师，博士，主要从事高压直流输电线路保护与新能源关键技术研究。

1基于LCC-HVDC 和VSC-HVDC 的混合双极直流输电系统的建模及仿真分析高淑萍1，朱航舰1，张保会2，宋国兵2（1. 西安科技大学电气与控制工程学院，陕西西安 710054；2.西安交通大学电气工程学院，陕西西安 710049）摘要：近年来，我国传统换相型高压直流输电（LCC-HVDC ）技术在电力系统中已经发展成熟；由于电力电子器件在实际工程应用中越来越成熟甚至达到完美状态，电压源换流器型高压直流输电（VSC-HVDC ）也应用到了现代电网中。

由于LCC-HVDC 和VSC-HVDC 有各自的优点与不足，为了发挥两者的优势，对由LCC-HVDC 和VSC-HVDC 两个子系统分别位于上下两极所组成的混合双极直流输电系统（Hybrid Bipolar-HVDC ）进行了进一步的分析。

文章介绍了Hybrid Bipolar-HVDC 系统内部包含的一些基本结构，对LCC 和VSC 的主电路和其控制电路、在PSCAD 环境下正极LCC-HVDC 和负极VSC-HVDC 的主电路和控制电路分别进行了具体分析，最后用PSCAD 对Hybrid Bipolar-HVDC 进行了仿真，并分析了其稳定运行的状态。

关键词：换相型高压直流输电；电压源换流器型高压直流输电；混合双极直流输电；PSCAD 软件；仿真模型建立中图分类号：TM721.1 文献标识码：A 文章编号：1008–2093(2018)02–0001–06我国资源分布的特点决定了西电东输的模式，而西电东输要求传输的容量很大，传输距离很远，所以比较依赖直流输电[1,2]。

VSC-HVDC.PSCAD建模

测量模块需要注意的是，P、Q、V显示的全部是标幺值，只有瞬时电压和电流才是实际值。
PSCAD建模实例
3. VSC-HVDC控制器建模
3.1. dq分量的求解
如下图所示，交流测电压经过锁相环得到a相基波相角，输入 abc_dq0变换器中做为transformation angle。
图13 dq0变换单元电路
采用插值算法后，计算结果无电压和电流尖峰，如图9（b）所示。
PSCAD建模实例
2.3. 电源和变压器的添加
图10 电源和变压器部分
上图中的电阻和电感可以是电源、变压器和线路的总电阻和电感，此时电源和变压器均采用ideal理想模型，也可以在电源和变压器内单独设置各自的电阻、电感，此时上图中的电阻、电感为线路本身的电阻和电感值。
PSCAD建模实例
1.2. VSC-HVDC系统结构图
图1
PSCAD建模实例
图中：
1. Ps1、Qs1为整流侧交流系统向VSC系统输送的电功率， Ps2、 Qs2为逆变侧交流系统向VSC系统输送的电功率， Pc1、Qc1为整流侧VSC系统向交流系统输送的电功率， Pc2、Qc2为逆变侧VSC系统向交流系统输送的电功率。
PSCAD建模实例
2.2. 开关器件的插值应用
插值的兼容性已经加入到控制系统模型函数（CSMF）中。这个兼容性确保了可以由一些基本的功能模块组成所有的插值控制系统。通过插值的使用，控制系统可以做到与时长无关（内部原因），这样项目可以以最大步长运行，而不会影响精度。
插值时间通常在两个或多个控制信号相交的时候。一个信号做参考（通常为恒定值），另一个信号作为被检测量，观察其值大于或小于参考。考虑到EMTDC定点步长的特性，任何信号的交点都容易发生在步长之间。虽然有一些不同类型的插值理论（EMTDC参考6,8,34,35），EMTDC使用线性插值，该方法在电子暂态仿真中最有效，最实用。线性插值显著的改善了仿真精度，并尽可能降低了技术的复杂性。（EMTDC 参考6,8）。

LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析

LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析一、本文概述随着可再生能源的快速发展和电网互联需求的增加，高压直流输电（HVDC）技术，特别是基于线换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）的HVDC系统，已成为远距离大功率电力传输和电网互联的重要选择。

这两种输电系统在结构和控制策略上存在显著差异，给电网建模和运行特性分析带来了挑战。

本文旨在提出一种通用的建模方法，用于分析LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性，以期为电网规划、设计和运行提供理论支持。

本文首先介绍了LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的基本原理和关键技术，包括换流器的拓扑结构、控制策略以及相应的数学模型。

在此基础上，提出了一种通用的建模方法，该方法结合了两种输电系统的共同特点和差异，通过调整模型参数和控制策略，可实现对LCCHVDC 和VSCHVDC输电系统的统一建模。

本文利用所建立的通用模型，对LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性进行了详细分析。

这包括稳态运行特性、动态响应特性以及故障穿越能力等方面。

通过对比分析，揭示了两种输电系统在运行特性上的共性和差异，为电网规划和运行提供了有益参考。

本文总结了LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的通用建模方法和运行特性分析结果，并指出了未来研究的方向。

通过本文的研究，可以为电力系统工程师和研究人员提供一个全面、系统的视角，以深入了解和分析LCCHVDC和VSCHVDC输电系统的运行特性，推动高压直流输电技术的发展和应用。

二、和输电系统概述输电系统是电力系统中至关重要的组成部分，它负责将电力从发电站高效、安全地传输到各个用电区域。

在现代电力系统中，随着电力需求的不断增长和可再生能源的广泛接入，传统的输电技术面临着越来越多的挑战。

为了满足这些挑战，LCCHVDC（低损耗串联补偿高压直流输电）和VSCHVDC（电压源型高压直流输电）技术应运而生，它们在提高输电效率、增强系统稳定性和优化电网结构方面发挥着重要作用。

华电电气-高压直流输电-结课作业-基于MATLAB的HVDC仿真

基于MATLAB的HVDC仿真一、引言高压直流输电（HVDC）近年来在世界各地迅速发展，在我国也因“西电东送、南北互供、全国联网”而成为电力建设的热点。

目前除葛上、天广两个500 kV 直流工程已投运外，还有三峡—广东、贵州—广东、三峡—常州等多个直流工程已开工。

作为电力系统研究、规划、设计和运行分析的重要手段，本文利用MATLAB PSB（以Simuiink 为运行环境）对HVDC 系统的暂态过程进行建模和仿真。

PSB 涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电工学科中常用的基本元件和系统的仿真模型，它由以下6 个子模块库组成：①电源模块库：包括交、直流电压源，交流电流源，可控电压、电流源等。

②基本元件模块库：包括串（并）联RLC 负载/ 支路、线性变压器、饱和变压器/ 互感器、断路器、N 相分布参数线路、单相π形集中参数传输线路和浪涌放电器等。

③电力电子模块库：包括二极管、晶闸管、GTO、MOSFET 和理想开关等。

④电机模块库：包括励磁装置、水轮发电机及其调节器、异、同步电动机及其简化模型和永磁同步电动机等。

⑤连接模块库：包括地、中性点和母线（公共点）。

⑥测量模块库：包括电流与电压测量。

在6 个子库的基础上，可根据需要组合封装出更为复杂的常用模块比如附加模块库（Poweriib EXtras）中的三相电气系统。

附加库中还包括均方根测算、有功与无功功率测算、傅里叶分析、可编程定时器和同步触发脉冲发生器等。

二、HVDC模型介绍（一）HVDC系统的基本结构与工作原理HVDC 系统由换流站（亦可用作整流站、逆变站）和HVDC 线路组成，它有多种接线方式。

单极（双桥）大地回流换流站（见图1）的主要设备有：图 1单级（双桥）大地回流换流站（1）换流变压器，变交流电压为桥阀所需电压。

（2）换流器，由晶闸管组成，用作整流和逆变。

换流器一般采用三相桥式（有单、双桥两类）线路，每桥有6 个桥臂（即6 脉冲换流器），如天生桥—广州1 500 kV HVDC 系统晶闸管块的额定电压为8kV ，用78 个块串联组成阀体。

vsc-hvdc建模与仿真

毕业设计（论文）院系电气与电子工程学院专业班级电气1405班生姓名葛青宇指导教师文俊二○一七年四月题目高压直流输电系统的建模与仿真 ——以VSC-HVDC 为例摘要得益于大功率全控型电力电子器件的发展，基于电压源换流器(VSC)和脉宽调制(PWM)技术的柔性高压直流输电(VSC-HVDC)技术已经有了许多成果。

由于该技术较于传统的高压直流输电明显的技术和经济优势，它得到了多方面的关注，并在一定程度上得到了应用。

而VSC-HVDC控制策略有许多，本文在分析各种控制策略的原理及特点之后提出有效的控制策略，随后设计出各环节控制器实现对VSC-HVDC系统的控制。

本文首先介绍了基于电压源换流器的高压直流输电技术的基本原理，讨论并比较了多种控制策略，得到适用于本文中讨论的VSC-HVDC系统的控制策略——整流器直流侧采用定有功功率控制交流侧采用定无功功率控制，逆变器直流侧采用定直流电电压控制模式交流侧也采用定无功功率控制。

随后分析了电压源换流器的控制方法及其控制器结构，分别介绍了PLL环节、外环控制回路和内环控制回路的功能及原理，并完成了各环节控制器设计。

根据选择的控制策略，利用MATLAB软件建立了相应的VSC-HVDC的稳态、含扰动的暂态以及三相接地故障的仿真模型。

通过对仿真结果的分析，验证了VSC-HVDC的优良特性。

关键词：VSC-HVDC；PWM；电压源换流器；MATLAB仿真目录第1章.前言 (3)第2章.VSC-HVDC的基本原理 (3)第3章.VSC-HVDC系统控制 (6)3.1.PWM基本原理介绍 (6)3.2.VSC-HVDC系统控制策略 (7)3.3.电压源换流器各控制器设计 (8)3.3.1.电压源换流器控制结构 (8)3.3.2.锁相环（PLL） (8)3.3.3.外环控制（Outer Active-Reactive Power and Voltage Loop） (9)3.3.4.内环电流控制器（Inner Current Loop） (11)第4章.VSC-HVDC的MATLAB仿真及结果分析 (12)4.1.VSC-HVDC稳态情况仿真 (12)4.2.VSC-HVDC有功、无功和直流电压的阶跃响应情况仿真 (14)4.3.VSC-HVDC交流测电压跌落与三相接地故障情况仿真 (15)4.4.VSC-HVDC仿真结果分析 (17)第5章.总结 (17)第1章.前言传统的高压直流输电系统普遍采用晶闸管和自然换相技术,而晶闸管是一种只具有控制接通而无自关断能力的半控型器件,在换相过程中,需要外部电网提供换相电压,当受端电网比较弱时,容易发生换相失败。

基于晶闸管的高压直流输电(HVDC)仿真系统研究

THE WORLD OF INVERTERS《变频器世界》November,2020基于晶闸管的高压直流输电(HVDC)仿真系统研究Model and Simulation of HVDC Power Transmission System Based on Thyristor湖北师范大学机电与控制工程学院涂建(Tu Jian)李良光(Li Liangguang)朱必江(Zhu Bijiang)卢文幸(Lu Wenxing)张盟(Zhang Meng)摘要：本文在介绍高压直流输电(HVDC)的结构和工作原理基础上，利用Simulink模块对基于晶闸管HVDC系统进行实验仿真与建模，并分析其稳态特性，对稳态和直流线路故障建模分别进行实验仿真，并得出相应的仿真波形，以此来验证模型的准确性。

关键词：晶闸管；高压直流输电；仿真Abstract:This paper briefly introduces the structure and principle of HVDC.In this paper,will use Simulink modular in Matlab software for simulation and modeli ng of thyristor system based on HVDC,a n d to an a lyze the steady state characteristics of several common faults,such as DC line fault modeling,and obtains the corresponding simulation wave Shape is used to verify the accuracy of the model.Key words:Thyristor;HVDC;Simulation【中图分类号】TM464【文献标识码】B【文章编号］1561-0330(2020)11-0095-031引言早期的直流输电系统的输送端的发电机和接受端的电动机使用的是高压大容量的直流电机，它直接串联工作，对于换相来说相对较难，稳定性也不好。

VSC-HVDC并网稳态建模及仿真研究

Ｐ１Ｕ１１ｎ６＋１一ｌ１ｎｌｃ１Ｙｓ（ｌ）Ｙｓａ＝ｉｉ（）１式中：为交流母线线电压基波分量；为整流侧
换流器输电压的线电压基波分量：ｙ为整流侧换流电抗器的等效导纳；为整流侧换流器输出基波６
一
７９（０）３００ — ４５８２１０ — ０１０１
这里如图ｌ示，所建立基于ＶＣ的直流输电系统Ｓ
０引言
电压源换流器型直流输电是１以可控关断器种
的稳态数学模型，中左端采用定直流电压控制方图１
－盘２ｃｉ
图１电压源换流器型直流输电单线原理圈
收稿日期：０１０ — ０２１－２２
、／２
（）３
蘩式中：为所选用ＰＭＫｗ触发方式的直流电譬压利用率，一般取１：；ｗ的调制为ＰＭ
度。当采用正弦脉宽调制（ＰＳＷＭ）时为正
件（ＨＧＴ）脉宽调制技术为基础的新型直流￣ＩＢ等和输电技术。基于电压源换流器的高压直流输电（Ｓ — ＶＤ）电力系统中具有广阔的应用前景ｆＶＣＨＣ在ｌ＿。与基于电网换相技术的电流源换流器型直流输电不同，电压源换流器型直流输电技术能够瞬时实现有功和无功的独立解耦控制，向无源网络供能电，换流站间无需通信且易于构成多端直流系统。另外。输电技术能同时向系统提供有功功率和无该功功率的紧急支援，提高系统的稳定性和输电能在力等方面具有优势口１

HVDC控制系统建模及仿真分析

HVDC控制系统建模及仿真分析【摘要】高压直流输电（HVDC）具有送电距离远、经济性好等优点，成为我国重要的区域联网方式。

本文介绍了高压直流输电系统的基本结构和工作原理，重点探讨了高压直流输电极控制系统的主要功能，运用仿真软件PSCAD/EMTDC对高压直流输电系统中极控系统的最主要功能进行了数学建模，并给出了仿真波形和结论分析。

【关键词】高压直流输电极控系统PSCAD/EMTDC 控制特性仿真分析1 绪论直流输电（HVDC）的发展历史到现在已有百余年了，其在输电技术发展初期曾发挥作用，但存在直流电机串接运行复杂，高电压大容量直流电机存在换相困难等技术问题，发展进展缓慢[1]。

近年，随着电力电子技术、计算机技术和控制理论的迅速发展，晶闸管逐渐淘汰汞弧阀，使高压直流输电技术日趋完善，建设费用不断下降，可靠性提高，直流输电越来越显示出它的重要性，目前在大功率远距离输电、交流系统间异步联接等方面都得到了广泛的应用[2，3]。

2 高压直流输电系统原理2.1 换流器的基本原理换流器的功能是实现交流-直流或者直流-交流的变换。

交流发电机发出的交流电力，送到换流站，经过换流变压器变压和实现电隔离之后，接到换流器，将交流转换成直流，通过直流平波电抗器和输电线路送到线路另一端的换流站，再变换成交流电供给受端系统中的负荷[4，5]。

2.2 换相失败的原理在直流输电系统中，由于整流器阀在电流关断后的较长时间内处于反向电压下，所以仅当触发电路发生故障时，整流器才发生换相失败。

直流输电系统中大部分换相失败都发生在逆变器，换相失败是逆变器最常见的故障[6]，一旦发生换相失败，外接的直流电源就会通过晶闸管电路形成短路，或使变流器的输出平均电压和直流电动势变成顺向串联，由于逆变电路的内阻很小，形成很大的短路电流，这种情况称为逆变失败，或称为逆变颠覆[7]。

3 高压直流输电系统建模由于本文在CIGRE模型的基础上加设定电压控制，所建直流系统为双桥12脉动单极大地返回式直流输电系统。

高压直流输电系统稳定性分析与建模

高压直流输电系统稳定性分析与建模随着电力需求的增加和远距离跨地区输电的需求，高压直流输电（High Voltage Direct Current Transmission，简称HVDC）系统作为一种可靠的高效率输电方式受到了越来越广泛的关注。

然而，HVDC系统的输电稳定性问题一直是研究的热点和难点。

本文从 HVDC 系统的稳定性入手，对 HVDC 系统的建模和稳定性分析进行探讨。

一、HVDC系统的基本结构HVDC系统由直流输电电源、两端换流阀、电缆或架空线路和两端的交流系统组成。

其中，直流输电电源可以是直流发电机组、直流电压源逆变器或者电压源换流器；两端换流阀则由大量的晶体管或者IGBT模块组成；电缆或架空线路则是用来进行高压输电的主要组成部分；交流系统主要是为了改变水平或垂直的交流电压，以符合整个直流系统的运行规格要求。

二、HVDC系统的稳定性问题HVDC系统的稳定性一直是研究的热点。

主要体现在两个方面：1、稳态稳定性HVDC系统在长期稳定性方面是非常重要的。

稳定状态是指系统在一定运行电压和功率条件下的稳定运行能力，例如等效电阻和容性等，长时间的稳定运行需要良好的控制环节和维护措施。

2、动态稳定性HVDC系统在正常运行及外部故障条件下的动态稳定性也是非常关键的。

其中，动态稳定性指系统在内部或外部干扰下的稳定运行能力，如电源波动、故障断电等情况下，整个系统是否能够保持稳定的运行状态。

三、HVDC系统的稳定性分析方法基于上述稳定问题，针对 HVDC 系统的两种稳定性问题，我们需要采用一种可靠的方法来进行稳定性分析。

以下是常见的两个方法：1、线性化模型法线性化模型法是一种较为常用的 HVDC 系统稳定性分析方法。

该方法通过对系统相应模型的特征进行线性化，从而使系统在应变的同时能够稳定运行。

线性化模型一般可以在不同的电压和功率下运行，并且可适应各种干扰，如负载变化、故障关闭等。

2、非线性模型法非线性模型法作为另一种常用的 HVDC 系统稳定性分析方法，其所使用的模型具有更高的精度和逼真性。

基于电池储能的MMC-HVDC系统的建模与仿真

老力工歿技术2020 年 7 月Electric Power EngineeringTechnology第 39 卷第 4 期 48 D01：10.12158/j.^096-3203.2020.04.008基于电池储能的MMC-HVDC系统的建模与仿真刘耀\吴佳玮\赵小令\肖晋宇\侯金鸣\余敬秋2!徐雨哲2!徐政2(1.全球能源互联网集团有限公司，北京100031;2.浙江大学电气工程学院，浙江杭州310027)摘要：由于交直流混联电网中的交流系统和直流系统之间存在有功功率耦合，因此基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电（HVDC)系统无法完全隔离故障时交直流侧之间的相互影响。

文中提出将基于电池储能系统（BESS)的MMC应用于HVDC系统以实现交直流侧功率解耦控制的方法。

首先分析了基于BESS的MMC-HVDC系统的基本结构和工作原理。

然后，基于数值积分和嵌套的快速仿真方法，推导了基于BESS的子模块和基于BESS的MMC换流器的戴维南等效电路。

最后，搭建了 ±400 k V的两端MMC-HVDC系统对所提建模方法和系统的解耦效果进行了验证。

结果表明，基于BESS的MMC-HVDC系统交流侧有功功率和直流侧功率可以彼此解耦，在交流或直流故障期间可以保持功率的正常输送。

关键词：模块化多电平换流器（MMC);高压直流输电（HVDC)系统；电池能量储存系统（BESS);故障特性；有功解耦中图分类号:TM72 文献标志码：A文章编号:2096-3203 (2020) 04-0048-07〇引言近年来，随着电力电子技术的发展，模块化多电平转换器（modular multilevel converter!M M C)凭借其低功耗和输出谐波少而成为高压大功率输电的首选拓扑[1—5]。

作为一种新型的电压源换流器 (voltage source converter,VSC),MMC-高压直流输电 (high voltage direct current!HVDC)系统没有换相失败问题，这是与传统的基于晶闸管的电网换相换流器（line commutated converter，LCC)相比最重要的优势之一[6—9]。

HVDC系统仿真模型

MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真题目：单极12脉冲的HVDC仿真模型专业：电气工程及自动化班级：电气201303姓名：白辉学号：201309611单极12脉冲的HVDC仿真模型仿真题目：通过1000MW(500kv，2kA)的直流输电线路从一个500KV、5000MV·A、50Hz 的电力系统EM向另一个345KV、10000MV·A、50Hz的电力系统EN输送电力，整流桥和逆变桥由两个通用6脉冲桥搭建而成，交流滤波器直接接在交流母线上，它包括11次、13次和更高次谐波等单调支路，总共提供600Mvar的容量。

线路的参数：直流输电线路的参数如下：线路电阻R=0.015Ω/km；线路电感L=0.792MH/km；线路电容C=14.4NF/km；线路长度300km；电力系统EM侧交流输电线的参数如下：线路电阻R=26.07Ω；线路电感L=48.86MH；电力系统EN交流输电线的参数如下：线路电阻R=6.205Ω；线路电感L=13.96MH；平波电抗器的电感L=0.5H；单极12脉冲的HVDC仿真模型系统图整流环节整流环节子系统结构整流器子系统结构逆变环节逆变环节子系统结构逆变器子系统结构滤波器子系统滤波器子系统结构系统主控模块模型主控模块整流器控制模块逆变器控制模块逆变器控制模块数据测量模块数据测量模块系统控制参数随时间变化表整流侧得到的相关波形逆变侧得到的波形仿真结果分析1)晶体管在0.02s是导通，电流开始增大，在0.3s时达到最小稳定参考值0.1p.u，同时直流线路开始充电，使得直流电压为1.0p.u，整流器和逆变器均为电流控制状态。

2)在0.4s时，参考电流从0.1p.u斜线上升到1.0p.u，0.58s时直流电流到达稳定值，整流器为电流控制状态，逆变器为电压控制状态，直流侧维持在1.0p.u。

在稳态状态下，整流器的触发延迟角在16.5°附近，逆变器的触发延迟角在143°附近，逆变器子系统还对两个6脉冲桥的各个晶体管的熄弧角进行测量，熄弧角参考值为12°，稳态时，最小熄弧角在22°附近。

基于PSCAD的宜华HVDC系统建模及仿真

基于PSCAD的宜华HVDC系统建模及仿真曾健;顾丹珍;崔勇;戴海锋【摘要】运用成熟的电磁仿真工具PSCAD,深入研究宜都-华新高压直流输电(HVDC)工程.参考该工程的实际数据,搭建的一次侧输电系统包含了交流系统、换流变压器、滤波器等其他组件的详细模型.搭建的二次侧控制系统模型是在CIGRE 测试模型控制端的基础上修改的,并且详细介绍了控制系统的逻辑和原理.基于一次和二次侧系统模型建立宜华HVDC工程的仿真模型,并对其进行正常和故障状态下的模拟实验,验证了本模型的稳定性以及本模型可准确模拟宜华高压直流输电系统,可以作为对宜华高压直流输电进一步研究的有效平台.【期刊名称】《电测与仪表》【年(卷),期】2018(055)012【总页数】6页(P125-130)【关键词】高压直流;宜华工程;PSCAD;建模仿真;故障验证【作者】曾健;顾丹珍;崔勇;戴海锋【作者单位】上海电力学院,上海200090;上海电力学院,上海200090;上海市电力公司电力科学研究院,上海200437;上海电力学院,上海200090【正文语种】中文【中图分类】TM930 引言中国能源的分布与生产区域是逆向的，为了使能源得到优化配置，更好地供应生产地区，主要通过高压直流输电来实现，高压直流输电优势体现在可实现两大电力系统非同频联网运行，输送功率大，抑制低频振荡提高稳定性，节约土地资源以及电能损耗大大降低等方面[1]。

“十三五”时期，HVDC在快速发展中。

“四交五直”、“五交八直”直流输电项目会陆续建成并投入运行。

华东电网已经形成跨区域直流输电、交直流混联的结构[2-3]。

到2016年末，中国中部电网与东部电网通过7回直流线路连接，宜华、复奉、葛南、和林枫4回直流注入上海电网，锦苏和龙政直流注入江苏电网，宾金直流注入浙江电网，华东电网已成为我国规模最大的多直流输电系统馈入的电网[4]。

目前，电力系统普遍采用机电暂态仿真程序建模，然而机电暂态仿真只适用于基波对称交流系统这种理想条件，这种仿真是不严格的[5]。

向有源网络供电的HVDC系统仿真研究(DOC)

向有源网络供电的HVDC系统仿真研究肖述强深圳大学机电与控制工程学院摘要：通过分析在dq0坐标系下引入PI控制的高压直流输电（HVDC）系统，获知HVDC中有功和无功功率可以分别由解耦控制后的d轴电流分量和q轴电流分量独立控制，并基于此设计了定直流电压、定交流电压控制器。

建立HVDC向有源网络输电的Matlab仿真模型，仿真结果表明，建立的HVDC系统能较好地向无源网络供电，且控制方式灵活、简便。

关键词：高压直流输电（HVDC）；解耦；有源网络；Matlab仿真0引言城市工商业的发展和人们生活水平的提高，对城市电网的供电能力和供电质量提出了更高的要求。

人口密集地区的大型城市电网受到了前所未有的挑战，如输电走廊不足、供电电压不稳等问题亟待解决。

高压直流输电（HVDC）与交流输电相比，在输电走廊宽度相同情况下其输送能力是交流的1.5倍[1]，HVDC是缓解输电走廊不足的有力措施。

但由于环境因素的制约，许多城市电网是无源网络，而传统的基于线换相电流源换流器的HVDC无法向无源网络供电[2]，从而限制了HVDC的应用。

鉴于HVDC的诸多优势，近年来许多学者对这一技术进行了深入研究。

文献[3]提出了一种优化控制策略，研究了该控制策略下HVDC 在系统发生故障时的阻尼特性，并考察了该系统在该控制方式下的稳定性；文献[4]建立了 HVDC的稳态模型，并设计了该模型与比例积分（PI）控制相结合的非线性控制方案；文献[5]提出了基于dq0坐标的HVDC稳态模型，并设计了相应的PI控制器；文献[6]提出了混合仿真技术，还以HVDC的暂态数学模型为基础建立了等效仿真模型。

虽然这些文献都针对HVDC技术给出了一种或几种控制方案并进行了相应的仿真研究，但对于应用 HVDC技术向有源网络供电却没有进行过详尽的分析和研究。

本文首先通过分析在dq0坐标系下引入PI控制的换流器数学模型，得到了由d轴电流分量i d和q轴电流分量i q独立控制有功功率和无功功率的关系式，然后设计了向有源网络供电的定直流电压和定交流电压控制器，并利用Matlab/Simulink仿真软件建立的向有源网络供电的HVDC仿真系统的输电情况进行了仿真分析。