柔性直流输电系统建模与仿真
柔性直流输电
V ' Vs Rc I c js Lc I c
向无源网络供电时，无PLL，θs可由控制器决定
-33电力工程系
3.2 VSC-HVDC的控制策略
VSC-HVDC 功率外环控制
• 定直流电压控制
– 基于电压源换流器的高压直流输电技术（ VSC-HVDC）
-11电力工程系
1.2 不同输电方式的对比
-12-
电力工程系
1.2 不同输电方式的对比
LCC-HVDC VSC-HVDC
采用晶闸管，相当于电流源，直流电流单向流 采用 IGBT （反并联二极管），相当于电压源，直 通。 流电流可双向流通。 电网换相，需要较强交流系统支撑，否则存在 自换相，可以给无源网络供电。 换相失败的危险。 控制有功时，无功也随之变化，吸收 40%-60% 可以同时相互独立的控制有功和无功，可以吸收/ 的无功，不能独立控制有功和无功。 发出无功，可四象限运行。 含有大量低次谐波，需大量滤波器及无功补偿 不需无功补偿装置，只需少量高次谐波滤波器， 装置，占地面积大。 占地面积小，约为相同容量传统直流的20%。 使用架空线路、电缆或二者结合。 目前商用化工程使用电缆（有利于降低直流线路 故障率，减小高次谐波对通信影响）。
2.2 VSC-HVDC的基本原理
• VSC的有功与无功：
P U s U c sin Xc
Q U s U s U c cos Xc
• 通过调节δ角可以控制VSC传输有功的大小和方向：
– 当δ＜0时，运行于整流状态，从交流电网吸收有功； – 当δ＞0时，运行于逆变状态，向交流电网发出有功。
柔性直流输电系统仿真的开题报告
柔性直流输电系统仿真的开题报告一、选题背景随着电力系统的快速发展，以及新能源装机规模的逐年增加，传统交流输电系统的输电能力存在着局限性，加之电力系统的安全性和稳定性需求的增加，直流输电系统成为了一个备受关注的话题。
在直流输电系统中，柔性直流输电系统因其众多的控制策略和具备灵活性的逆变器拓扑结构，成为了当前研究的热点。
本论文选择模拟柔性直流输电系统，并通过仿真模型的方式研究柔性直流输电系统的动态特性，分析控制策略的参数对系统运行的影响，为实际应用中的柔性直流输电系统提供参考和支持。
二、研究目的本论文的研究目的是建立柔性直流输电系统的仿真模型，通过对仿真模型的优化和验证，探讨控制策略参数对柔性直流输电系统稳定性和输电能力的影响。
具体研究内容包括：1. 柔性直流输电系统的建模与仿真，包括逆变器控制策略的建模等；2. 优化柔性直流输电系统的控制策略，使其具备较好的动态响应和稳定性；3. 验证柔性直流输电系统的仿真结果，并分析控制策略参数对系统性能的影响。
三、研究内容本论文将从以下方面展开研究：1. 建立柔性直流输电系统的仿真模型。
考虑到柔性直流输电系统的特点，使用MATLAB/Simulink工具对柔性直流输电系统进行建模，包括直流侧的逆变器、交流侧的PWM调制、控制策略等。
最终建立起能够真实反映柔性直流输电系统的模型。
2. 对柔性直流输电系统的控制策略进行研究。
研究柔性直流输电系统的具体控制策略，探讨不同的控制策略对系统的稳定性和动态响应的影响。
3. 仿真验证柔性直流输电系统的性能。
利用仿真模型对柔性直流输电进行仿真验证，采用不同的控制策略和参数设置，分析其对系统性能的影响。
通过仿真数据的分析和对比，得到最佳控制策略和参数，为实际柔性直流输电系统的应用提供理论基础。
四、预期成果1. 建立柔性直流输电系统仿真模型，能够真实反映柔性直流输电系统的动态特性和控制策略。
2. 研究柔性直流输电系统的不同控制策略，给出各个方案的优缺点。
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究
MMC型柔性直流输电系统建模、安全稳定分析与故障穿越策略研究1. 本文概述随着全球能源需求的不断增长和电网规模的扩大，柔性直流输电技术（MMCHVDC）因其高效率、高可控性和良好的故障穿越能力而成为现代电网的重要组成部分。
本文旨在深入探讨MMC型柔性直流输电系统的建模方法、安全稳定特性分析以及故障穿越策略，以期为实际工程应用提供理论支持和策略指导。
本文将详细阐述MMCHVDC系统的基本原理和结构特点，为后续建模和分析奠定基础。
本文将重点探讨MMCHVDC系统的数学建模方法，包括其交流侧和直流侧的动态模型，以及控制器的设计。
这部分内容将采用现代控制理论，结合仿真软件进行模型验证，确保模型的准确性和实用性。
在安全稳定分析部分，本文将基于所建立的模型，分析MMCHVDC 系统在各种运行条件下的稳定性，包括正常运行、负载变化和故障情况。
特别地，本文将重点研究系统在直流侧和交流侧故障时的响应特性，以及这些故障对系统稳定性的影响。
本文将提出一套完整的故障穿越策略，以增强MMCHVDC系统在电网故障时的鲁棒性和稳定性。
这些策略将涵盖故障检测、故障隔离、系统恢复等多个方面，旨在确保系统能够在各种故障情况下保持稳定运行，最大限度地减少故障对电网的影响。
总体而言，本文的研究成果将为MMC型柔性直流输电系统的设计、运行和控制提供重要的理论参考和实践指导，有助于推动该技术在智能电网和可再生能源领域的广泛应用。
2. 型柔性直流输电系统概述MMC（Modular Multilevel Converter）型柔性直流输电系统，作为一种新型的电力电子输电技术，以其独特的模块化设计和优越的电力调节能力，近年来在高压直流输电（HVDC）领域受到了广泛关注。
该系统主要由多个子模块组成，每个子模块包含一个绝缘栅双极晶体管（IGBT）和反并二极管，以及相应的电容器。
通过控制IGBT的开关状态，可以实现对电压的精确控制，从而实现有功和无功的独立控制。
柔性直流输电系统仿真研究
密级：公开柔性直流输电系统仿真研究The Simulatian and Study of HVDC Light System学院：电气工程学院专业班级：***学号：***学生姓名：***指导教师：***2010 年 6 月摘要直流输电已经是一项成熟的技术。
造价较高是其与交流送电竞争的不利因素。
新一代的直流输电是指能进一步改善性能、大幅度简化设备、减少换流站的占地、降低造价的技术——直流输电性能创新的典型例子便是柔性直流输电系统（HVDC Light），它采用GTO、IGBT等可关断的器件组成换流器，省去了换流变压器，整个换流站可以搬迁，可以使中型的直流输电工程在较短的输送距离也具有竞争力；与传统直流输电技术不同的是，这种新型直流输电系统由于采用PWM控制技术，能够对换流站输出交流电压幅值和相角在一定范围内连续可调，而且这种调节能够迅速完成，从而也能对系统潮流方便进行调节。
本文详细分析了柔性直流输电的工作原理、系统结构和技术特点，并在此基础上建立了两端有源系统的HVDC Light稳态模型，结合该模型确定了柔性直流输电技术在控制量与被控量上的合理对应关系。
基于PID控制原理设计了适用于HVDC Light系统的PID控制器，通过对采用PID控制器和PWM控制技术，应用电力系统暂态仿真软件PSCAD/EMTDC对HVDC Light系统进行仿真分析，分别在改变其有功和无功功率两种情况下观察结果，系统功率可调性的结论得到了确认，验证了PID控制器应用于HVDC Light系统的可行性；HVDC Light凭借其自身的特点，在应用方面充分显示出了它的优越性能，其模块化结构、标准化设计、紧凑的结构、良好的可控性必将在我国得到越来越广泛的重视、研究和应用。
关键词：柔性直流输电；PID控制；PWM控制；系统仿真I / 45AbstractHVDC is a mature technology. With the high cost of transmission is unfavorable factors of competition with AC transmission. The new generation of HVDC refers to further improve the performance, greatly simplifying equipment, reduce the cost and covers an area of converter technology. HVDC performance innovation is a typical example of flexible HVDC system, it adopts HVDC, GTO, IGBT etc which can shut off the flow of parts in, save the converter transformer, the station can move, can make the medium-sized HVDC project in the short distance transportation is competitive. The different With traditional HVDC technology is that the new HVDC system using PWM control technology, can convert to output voltage amplitude and phase Angle in a certain range, and the continuous adjustable adjust to quickly finish, which also can be adjusted to tide convenient system.This paper makes a detailed analysis of the HVDC Light system structure and working principle, technical characteristics, and based on the ends of the active system steady-state model, with the model of HVDC Light technology make in control and accused the reasonable amount. Based on the principle of PID control, PID controller is designed for HVDC system, by using PWM control technology and the PID controller, the application of the power system transient simulation software for one PSCAD/EMTDC HVDC system simulation analysis, the changing its active and reactive power two cases observation system, power adjustability be make sure, the conclusion validated PID controller in one application feasibility of HVDC system, Relying on its own one HVDC characteristics, application in fully showed its superior performance, the modular design, compact structure, standardization of structure, good control in China will more and more extensive attention, research and application.Keywords: HVDC Light;PID control;PWM control;System SimulationII / 45目录摘要 (I)Abstract ......................................................................................................................... I I 第1章绪论 .. (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.2 课题国内外研究现状及趋势 (3)1.3 毕业设计研究内容及任务 (4)第2章 HVDC Light的基本原理 (6)2.1 引言 (6)2.2 脉宽调制电压源换流器 (6)2.3 电压源换流器的PWM控制原理 (8)2.4 HVDC Light的结构和原理 (10)2.5 HVDC Light的控制系统 (11)2.6 本章小结 (13)第3章 HVDC Light的控制方式和数学模型 (14)3.1 引言 (14)3.2 HVDC Light系统的控制方式 (14)3.3 HVDC Light系统稳态建模 (15)3.4 VSC控制量与被控制量之间对应关系的确定 (19)3.5 PID控制器基本原理及应用 (21)3.6 本章小结 (22)第4章 HVDC Light系统运行与控制仿真研究 (24)4.1 引言 (24)4.2 PSCAD/EMTDC介绍 (24)4.3 HVDC Light仿真模型的建立 (26)4.4 HVDC Light控制器的设计 (27)4.4.1 整流端控制器的设计 (27)4.4.2 逆变端控制器的设计 (28)4.5 仿真模型的研究与参数调整 (29)4.5.1 交流发送端内部结构与控制原理 (29)4.5.2 接受端的内部结构与控制原理 (31)4.6 仿真结果展示与分析 (31)I / 454.6.1 在改变无功功率过程中系统动态过程的仿真与分析 (31)4.6.2 在改变有功功率过程中系统动态过程的仿真与分析 (33)4.6 本章小结 (34)第5章结论 (35)参考文献 (37)致谢 (40)II / 45第1章绪论随着科学技术的发展，到目前为止，电力传输经历了直流、交流和交直流混合输电三个阶段。
柔性直流输电系统的MATLAB仿真研究
柔性直流输电系统的MATLAB仿真研究作者：吴杰徐钦来源：《硅谷》2011年第18期摘要：基于MATLAB搭建柔性直流输电（VSC-HVDC）仿真模型，研究VSC-HVDC的控制算法，仿真中采用双闭环矢量控制方式，使有功功率、无功功率分别独立控制，基于所搭建的仿真平台验证柔性直流输电的基本控制算法，同时该仿真中各模块具有一定的通用性，可作为各种控制算法研究的基础，也可作为基本试验平台的理论依据，为试验系统的设计提供理论基础，具有一定的实用价值。
关键词：直流；输电系统；MATLAB仿真中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0920082－010 引言随着电力电子技术及全控器件的不断发展，大功率电力电子变换器的应用也越来越广泛。
近年来，基于IGBT等全控型器件的VSC-HVDC系统得到了快速发展，VSC-HVDC通过控制正弦脉宽调制给定正弦信号的相位和调制度就可控制有功功率和无功功率的大小及传输方向，从而可实现有功功率、无功功率同时且相互独立、快速的调节[1]。
与HVDC系统相比，VSC-HVDC不仅不需要交流侧提供无功功率，而且能够根据需要动态补偿交流系统的无功功率，稳定所连交流系统母线的电压，从而提高系统的稳定性。
VSC-HVDC系统的控制策略通常有三种[1][2]定直流电压控制或定有功功率控制、定无功功率或交流电压控制、定频率控制和定交流电压幅值控制。
向无源网络供电一般采用最后一种方法。
另外两种通常用于两端都为有源网络的情况。
1 系统结构及控制原理柔性直流输电系统结构如图1所示[3]，两端变流器分别为VSC1，VSC2，均与有源系统US1，US2连接，并等效为理想电压源，忽略其等效电抗，L1，L2分别为两侧变流器的输入电抗，其等效电阻分别为R1，R2。
直流侧经电容C1，C2互连。
图1柔性直流输电系统结构图由于两端变流器VSC1与VSC2相互对称，因此以一端为例，设变流器输出电压为，电网输出为，T1-T6为IGBT器件，忽略谐波分量，可得变流器在两相同步旋转坐标系下的数学模型如式1所示：式中，分别为电网电压矢量在d，q轴分量，为变流器交流侧电压、电流在d，q分量，为电网电压角频率，L为变流器输入电抗，R为其等效电阻。
基于RT-LAB的柔性直流配电网建模与仿真分析
第43卷第19期电力系统保护与控制V ol.43 No.19 2015年10月1日Power System Protection and Control Oct. 1, 2015 基于RT-LAB的柔性直流配电网建模与仿真分析于亚男，金阳忻，江全元，徐习东(浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027)摘要：基于实时数字仿真系统RT-LAB建立典型“手拉手”拓扑，含分布式能源光伏、锂电池以及交直流负载的直流配电网实时仿真数学模型。
利用该模型对柔性直流配电系统的启停控制、指令控制等运行方式进行暂态响应特性仿真分析。
RT-LAB实时仿真技术显著增强柔性直流配电网系统仿真的时效性和实用性。
配网启动逻辑设计及软开关技术、逐级功率提升法的应用，有效减小了直流配电系统启动电流冲击及接入操作过电压。
系统建模满足直流配电系统运行要求，对其启动控制及运行工况的仿真分析，为柔性直流配电工程建设进一步研究提供参考。
关键词：柔性直流配电系统；RT-LAB；实时数字仿真；运行工况；启停控制RT-LAB based modeling and simulation analysis of flexible DC distribution networkYU Yanan, JIN Yangxin, JIANG Quanyuan, XU Xidong(College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Based on the real-time digital simulation system RT-LAB, this paper establishes a typical mathematical simulation model of loop flexible DC distribution. The model includes photovoltaic, lithium batteries and AC/DC load.Simulation analysis of different running conditions transient response tests, such as start-stop control, command control, is made. RT-LAB significantly enhances flexible DC distribution simulation timeliness and practicability. Start-up logic design, soft-switching and progressive power upgrade method effectively reduce starting current and access operation over-voltage. It is proved that the model works well to meet the operational requirements, and the study about start-stop control and operation conditions can provide reference for further engineering construction.This work is supported by National High-tech R & D Program of China (No. 2013AA050104).Key words: flexible DC distribution network; RT-LAB; real-time digital simulation; running condition; start-stop control 中图分类号：TM743 文章编号：1674-3415(2015)19-0125-060 引言随着城市发展，用电负荷快速增加，分布式能源及储能大量并入配网，传统交流配电网在电能供应稳定性、高效性、经济性、扩展性等方面面临巨大挑战。
多端柔性交直流混合配电网建模及仿真分析
电器与能效管理技术（２０２０Ｎｏ．１）
·直流技术·
多端柔性交直流混合配电网 建模及仿真分析
涂小涛１， 高仕龙２，３， 陈 锐１， 户永杰２，３， 何青连２，３ （１．广东电科院能源技术有限责任公司，广东 广州 ５１００６０；
法实现负荷的连续转供及后期扩展性差的问题。 此外，越来越多的光伏发电、风力发电以及电动汽 车等分布式能源及负荷接入电网，传统交流配电 网缺乏灵活控制功率潮流和网络拓扑的手段，导 致大量分布式能源接入时无法保证电压质量，降 低供电可靠性。
基于目前成熟的柔性直流输电技术，在节能
高仕龙（１９８７—），男，硕士，高级工程师，主要从事柔性直流输配电换流阀研制及工程化应用。 陈 锐（１９７８—），男，硕士，高级工程师，主要从事直流输电及微电网技术研究。 基金项目：国家能源局国能发科技［２０１７］２０号文，支持能源消费革命的城市 园区双极“互联网 ＋智慧能源”示范项目
ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｕｌｔｉＴｅｒｍｉｎａｌＦｌｅｘｉｂｌｅ ＡＣ／ＤＣ ＨｙｂｒｉｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ
ＴＵＸｉａｏｔａｏ１， ＧＡＯＳｈｉｌｏｎｇ２，３， ＣＨＥＮＲｕｉ１， ＨＵＹｏｎｇｊｉｅ２，３， ＨＥＱｉｎｇｌｉａｎ２，３ （１．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＤｉａｎｋｅｙｕａｎＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００６０，Ｃｈｉｎａ；
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤＣ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ；ｐｏｗｅｒｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ＤＣ ｃｉｒｃｕｉｔｂｒｅａｋｅｒ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ
MMC柔性直流输电系统电磁暂态仿真建模
2021.13科学技术创新MMC 柔性直流输电系统电磁暂态仿真建模黄贤睿（华北电力大学，北京102206）1概述随着传统化石能源的日益枯竭及其带来环境问题的日益加剧，世界各国逐渐将关注点转移到风能、太阳能等新型可再生能源的开发利用上[1]。
在全球大力开发新能源的大背景下，柔性直流输电技术凭借其独特的技术优势，逐渐进入人们的视野。
柔性直流输电不存在换相失败问题，可靠性与稳定性相较于传统的直流输电技术有大幅提升[2]。
同时，柔性直流输电技术可以四象限运行，运行方式灵活多变。
柔性直流输电可以方便地构成直流电网，使其非常适用于新能源的大规模接入和并网。
与交流输电和传统直流输电技术相比，柔性直流输电技术在跨区域大容量输电、可再生能源并网、孤岛供电、城市负荷中心供电等领域具有显著优势，逐渐成为构建新一代智能电网的关键技术，引起了世界各国学者的广泛关注[3]。
针对柔性直流输电技术的研究中，搭建柔直系统的电磁暂态仿真模型是非常重要的一步。
在仿真模型的基础上，可以进一步对柔直系统的接线方式、控制策略、运行特性等展开深入研究。
目前，matlab/simulink 、PSCAD/EMTDC 等软件中均包含有柔性直流输电相关的模块组件，能够支持针对柔性直流输电系统的大规模快速仿真工作。
柔直系统中，MMC 作为换流站的重要主设备，结构复杂，含有大量子模块，且每时每刻均处于开关动作中。
目前针对MMC 搭建的电磁暂态模型主要可以分为详细模型和等效模型两类[4]。
详细模型是在软件中以IGBT 、二极管、电容等元件根据MMC 实际物理结构搭建而成，可以准确地反映MMC 中每个元件的工作过程，准确性高，但由于结构复杂，元件数量多，仿真速度很慢，不适用于进行大规模柔直系统的仿真。
等效模型中，加拿大曼尼托巴大学GOLE 教授1992年提出的基于戴维南等效原理的MMC 模型[5]，既可以准确反映子模块充放电过程，又具有仿真速度快的优点，是目前柔直系统仿真建模中广泛使用的模型。
基于电压源换流器的柔性高压直流输电系统仿真研究
基于电压源换流器的柔性高压直流输电系统仿真研究摘要基于电压源换流器的高压直流输电技术是一种新型化的直流输电技术。
本文首先阐述了换流站级的控制方法，并选取直接电流控制进行研究，给出了外环电压控制器和内环电流控制器的框图结构；在PSCAD平台中搭建了两端柔性直流输电系统。
仿真结果表明直接电流控制能够实现对柔性直流系统的稳定控制，并且在参考值改变时能够实现快速追踪。
关键词柔性直流输电；电压源换流器；直接电流控制前言GTO、IGBT、IGCT等全控型器件技术的飞跃促使了电压源型高压直流输电（VSC-HVDC）技术的产生。
由于柔性直流输电是采用全控型器件、脉宽调制和电压源换流器，因此可以分别对有功功率和无功功率进行独立有效的调节、向无源网络提供电能、潮流也可以自由反转。
因此，VSC-HVDC技术被广泛应用于孤岛或小负荷供电、城市电网增容、可再生能源并网等领域。
电压源型换流器是整个VSC-HVDC的关键模块，具有不同的拓扑结构。
低电平换流模块在工程上应用较为普遍，但是功耗较大，供电质量较差；相对于低电平换流模块，模块化多电平换流器（MMC）性能优异，具体表现在：它可以将电压最大提升到上百倍，电压等级的快速提高使波形更加逼近正弦波从而减少了谐波含量[1]。
1 VSC-HVDC的换流站级控制不同于LCC-HVDC，VSC-HVDC采用电压源换流器，这对换流站的具体拓扑控制、系统的追踪特性都有新的要求。
为了满足这些新的要求并达到长期稳定的工作状态，有必要在柔性直流输电系统中采用换流站级控制。
VSC-HVDC系统主要包括内，外环电流调节部分等环节。
在上述模块里，外环调节模块依据一定的原理，目标为确定电压功率不变。
要使得模块两侧的有功功率得以相等，则其中的一端可以选用使得直流电压不变的调节策略，与此同时，对侧可以选用使得频率不变的调节策略。
内环电流控制器根据系统的测量值来改变电流的向量。
锁相环部分输出的相位角用于提供直接电流控制和触发脉冲调制所需的角度。
SG-OSS DTS中柔性直流输电系统仿真模型与算法的研究与实现
SG-OSS DTS中柔性直流输电系统仿真模型与算法的研究与实现魏文辉;周书进;陈郑平;赵云军;李国栋;金一丁;夏继红【摘要】在智能电网调度控制系统调度员培训仿真应用基础上,提出了柔性直流输电(VSC-HVDC)仿真的总体设计.研究了多端VSC-HVDC稳态模型及交直流电网交替求解算法.主要包括VSC-HVDC一次系统与控制环节模型及基于牛顿-拉夫逊的联立求解算法以及交直流交替求解算法,最后给出仿真算例,算例结果验证了提出模型及算法的正确性和有效性.研究成果已在福建省电力调度控制中心得到应用,现场应用效果显示含VSC-HVDC仿真的调度员培训模拟系统为调控、监控等运行人员建立了高逼真度的培训环境,可以满足调控运行人员培训、演习、考核等需求.【期刊名称】《中国电力》【年(卷),期】2016(049)009【总页数】6页(P56-61)【关键词】柔性直流输电;稳态仿真模型;交替求解算法;DTS;仿真培训【作者】魏文辉;周书进;陈郑平;赵云军;李国栋;金一丁;夏继红【作者单位】北京科东电力控制系统有限责任公司,北京 100192;北京科东电力控制系统有限责任公司,北京 100192;国网福建省电力有限公司,福建福州 350003;北京科东电力控制系统有限责任公司,北京 100192;国家电力调度控制中心,北京100031;国家电力调度控制中心,北京 100031;北京科东电力控制系统有限责任公司,北京 100192【正文语种】中文【中图分类】TM732与常规直流输电技术相比，柔性直流输电（VSC-HVDC）技术具有可快速独立地控制有功和无功、潮流反转方便快捷、可向无源网络供电以及事故后快速恢复供电、黑启动等优点［1］，广泛应用在大容量分散新能源接入、电网背靠背互联、孤岛供电和构建多端直流网络［2］。
近年来，国家电网公司对VSC-HVDC应用需求逐步增加，先后建设了上海南汇风电接入双端、大连跨海双端、汕头南澳风电场三端、舟山五端、福建厦门双端等柔性直流输电工程［3］。
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柔性直流输电系统建模与仿真孙宇斌;张建华;裘剑明;徐虹【摘要】随着我国坚强智能电网的建设，以及风能、太阳能等清洁能源利用规模的不断扩大，柔性直流输电必将因其独有的优点成为我国电网的重要组成部分。
介绍柔性直流输电系统的基本结构和工作原理。
利用Matlab中的Simulink模块建立了柔性直流输电系统及其控制器的仿真模型，并在此模型的基础上进行了正常情况下的稳态仿真及暂态故障的仿真。
仿真结果表明建立的模型及其控制策略可靠有效，有一定的工程实用价值。
%As the construction of Strong Smart Grid and the large-scale utilization of clean energy, light high voltage direct current transmission (HVDC-Flexible) will certainly be an important part of the power grid of our country. In this paper, the basic structure and operating principle of HVDC-Flexible are introduced. Besides, the model of HVDC-Flexible and its controller are established by using Matlab/Simulink software. On the basis of this model, the simulation of steady state and transient fault is conducted. The results of the simulation indicate that the model and its control method are effective and valuable in engineering application.【期刊名称】《山东电力技术》【年(卷),期】2012(000)005【总页数】5页(P30-34)【关键词】柔性直流输电;电压源换流器;控制策略;Matlab／Simulink仿真【作者】孙宇斌;张建华;裘剑明;徐虹【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206;华北电力大学电气与电子工程学院,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM721.10 引言由于采用了全控型开关器件和高频PWM调制技术，使得柔性直流输电（HVDC-Flexible）在具备常规直流输电所有的优点之外，还具备很多自身的特殊优点。
例如：柔性直流输电系统可以在其运行范围内对有功和无功功率进行完全独立的控制；其受端系统可以是无源网络；在一定的控制策略下，可以消除交流系统的电压闪变和特定次谐波等。
因此，柔性直流输电在新能源并网发电、向偏远地区供电、提高电网电能质量等领域得到了广泛应用［1］。
随着我国能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，以及风能、太阳能等可再生能源利用规模不断扩大，可以看到，在不久的将来柔性直流输电将成为我国电网的重要组成部分［2］。
在此背景下，研究HVDC-Flexible系统的结构、运行原理及控制策略，并对HVDC-Flexible进行建模与仿真，分析系统的稳态、动态特性等显得非常重要。
文献［3］提出了一种柔性直流输电系统向无源网络供电的控制策略，并设计了相应的控制器；文献［4］对向无源网络供电的柔性直流输电系统进行了建模与仿真，但其控制方法还有待完善；文献［5］研究了电压源换流器型直流输电系统的电压和电流的限幅控制，改善了其控制系统的动态响应速度；文献［6］结合上海南汇柔性直流输电示范工程介绍了柔性直流输电控制及保护系统的工作原理。
利用Matlab中的Simulink对HVDC-Flexible进行建模，并在此模型基础上进行了系统的稳态和暂态故障的仿真，得出相应的仿真波形，验证了该模型的有效性。
1 柔性直流输电技术的结构与原理1.1 系统结构如图1所示，柔性直流输电系统的主要设备一般包括：联接变压器、交流滤波器、相电抗器、电压源换流器、换流站的控制保护及辅助系统（水冷系统、站用电系统）、极设备和直流输电线路等。
图1 柔性直流输电系统结构示意图1—两端交流系统；2—联接变压器；3—交流滤波器；4—相电抗器；5—电压源换流器；6—直流电容；7—直流输电线路。
联接变压器是带抽头的普通变压器，其作用是为电压源换流器提供合适的工作电压；交流滤波器的作用是滤除换流器交流侧谐波；相电抗器是电压源换流器与交流系统进行能量交换的纽带，也有滤波的作用；电压源换流器包括换流电路和直流电容器，换流电路由一个或多个换流桥串联（或并联）组成，工程中换流桥多采用三相两电平桥式、二极管钳位式三电平桥式或模块化多电平结构。
1.2 数学模型典型的三相二电平VSC换流桥结构如图2所示。
图中usa、usb、usc分别为交流系统侧三相瞬时电压，ua、ub、uc分别为换流站出口端三相瞬时电压，ia、ib、ic分别为流入换流器的三相瞬时电流。
根据基尔霍夫电路定律，利用输入输出法建立柔性直流输电系统的数学模型，可得换流站交流系统微分方程组的矩阵矢量形式为：式中：abc=［ia，ib，ic］T，abc=［usa，usb，usc］T，abc=［ua，ub，uc］T。
但上述数学模型为时变系数的微分方程，解析分起来非常困难。
因此需将其经过派克变换转换到d-q旋转坐标系下，可得柔性直流输电系统d-q旋转坐标系下的数学模型为：式中：dq0=［id，iq，i0］T，sdq0=［usd，usq，us0］T，dq0=［ud，uq，u0］T，与分别为 Park 变换矩阵及其逆矩阵［9］。
在d-q旋转坐标系下，当以a相电压轴作为d轴时，即Usq=0，换流站与交流系统交换的有功功率ps和无功功率qs可表示为：由式（3）可见，在d-q旋转坐标系下分别控制id和iq便实现了换流站与系统交换的有功和无功功率的解耦控制。
图2 电压源换流器三相电路拓扑图1.3 控制原理柔性直流输电系统的控制主要采用脉宽调制技术（PWM）或者脉冲幅值调制技术（PAW）。
PWM技术多应用于基于IGBT阀的柔性直流换流站控制，而PAW技术则多应用于基于GTO阀的柔性直流换流站的控制。
当不计相电抗器和联接变压器的电阻时，电压源换流器与交流系统间交换的有功功率P和无功功率Q分别为：式中：Xc为联接变压器和相电抗器的等效电抗值，Us为交流系统母线电压基频分量有效值，Uc为换流器交流侧电压基频分量有效值，δ为Uc相对于Us的相角差。
由式（4）和（5）可见，换流器控制系统可通过调节PWM的脉宽调制比M（换流器交流侧输出电压基频相电压幅值与直流电压的比值）以及移相角度δ实现对有功率P与无功功率Q的快速独立控制。
其具体实现过程如图3所示。
图3中Aref为有功功率类控制量，Bref为无功功率类控制量。
整个控制系统由外环电压控制器、内环电流控制器、锁相同步环节和触发脉冲生成等环节组成。
外环电压控制器主要用于根据柔性直流系统的控制目标实现定直流电压控制、定有功功率控制、定频率控制、定无功功率控制和定交流电压控制等控制目标。
内环电流控制器用于实现对换流器交流侧电流幅值和相位的直接控制，以快速跟踪参考电流。
锁相环节输出的相位信号用于提供电压矢量控制和触发脉冲生成所需的基准相位。
图3 换流站控制原理示意图2 柔性直流输电系统仿真模型在Matlab中，利用Simulink对柔性直流输电系统及其控制器建立仿真模型如图4所示。
该模型模拟风电场向孤岛无源负荷进行供电。
图4中，600 V、10 MVA风电场通过20 kV直流输电线路与380 V、3 MVA、50 HZ的孤岛无源负荷相连。
电压源换流器VSC1实现整流过程，其控制方式采用定直流电压控制和定无功功率控制，该控制器仿真模型如图5所示。
定直流电压控制方式用以平衡系统中传输的有功功率，整定值设为20 kV；定无功功率控制方式可根据无功调度指令设定整定参数用以抑制电压波动以提高系统的电压稳定性。
电压源换流站VSC2实现逆变过程，其控制方式采用定频率控制和定交流电压控制，该控制器的仿真模型如图6所示。
图5为整流侧控制器的内环电流控制器模型，它由2个PI调节环节构成。
第一个环节为直流电压控制环节，外环电压控制器送来的id与整定值id_ref比较后的误差经PI环节，参与到PWM脉冲触发信号ud的形成过程中。
第二个环节为无功功率控制环节，外环电压控制环节送来的iq与整定iq_ref比较后的误差经PI环节，参与到PWM脉冲触发信号uq的形成过程中。
最后PWM脉冲发生器根据ud和uq来控制换流器以实现整流侧定直流电压与定无功功率的控制目标。
图6为逆变侧控制器的模型，它由1个PI调节环节构成。
在该环节中，母线送来的测量值Uabc经park变换得到的ud和uq，它们与整定值ud_ref、uq_ref比较后的误差经PI环节，参与到PWM脉冲触发信号Uabc_inv的形成过程中。
换流器输出交流电压相位和频率由锁相器PLL的整定参数所决定。
最后PWM脉冲发生器根据Uabc_inv来控制换流器以实现逆变侧定交流电压与定频率的控制目标。
图4 柔性直流输电系统仿真模型图5 整流侧内环电流控制器仿真模型示意图图6 逆变侧控制器仿真模型示意图3 仿真结果分析基于图4所示的仿真模型，分别对系统稳态、直流线路故障、逆变侧交流故障进行仿真，仿真结果如下。
3.1 系统稳态仿真仿真后逆变器交流侧电压和直流侧电压的波形如图7所示。
由仿真波形可见，逆变器交流侧电压在0.12 s后便可以稳定的运行于额定状态，而由于对稳压电容充电的原因，直流侧电压进入稳定的额定运行状态则至少需要1 s的时间。
实验结果表明本仿真模型所采用的控制策略是有效的。
图7 系统稳态仿真波形示意图3.2 直流线路故障仿真本次仿真模拟逆变器直流侧在2.5 s时发生直流线路接地故障，2.6 s时故障消除，接地时间0.1 s。
仿真后的直流电压和直流电流的波形如图8所示。
由仿真波形可见，直流线路的接地故障导致了直流电压瞬间跌落至0，而稳压电容器通过接地点以及接地极形成的通路放电导致了直流电流瞬间达到了35倍的额定值。
在故障消失后，直流电压与电流均经历了较长时间的振荡才重新回到了额定运行状态。
可见直流线路接地故障对整个柔性输电系统造成的影响是巨大的，因此在实际柔性直流工程中一般采用电缆输电来降低直流线路的故障率。