第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例

作
用
电压调节，计算触发角 计算熄弧角 电流调节，计算触发角 根据直流电压值改变参考电 流值
Rectifier Protections
Low AC Voltage Detection
DC Fault Protection
直流侧故障和交流侧故障检 测
判断直流侧是否发生故障， 启动必要的动作清除故障 产生同步的12个触发脉冲
图8-18
图8-19
仿真结果图
图8-20
未加SVC装置和加装SVC装置后的随源电压变化
8.3 晶闸管控制串联电容器(TCSC)的仿 真实例
8.3.1 TCSC基本原理与数学模型简介 8.3.2 Simulink中的TCSC模块介绍 8.3.3 利用TCSC提高系统输电容量的仿真模拟
8.3.4 TCSC对系统暂态稳定性影响的仿真模拟
电与直流电之间的转换。 3)滤波器，交流侧滤波器一般装在换流变压器的交流侧母线上。 4)无功补偿装置，换流器在运行时需要从交流系统吸引大量无 功功率，在稳态时吸收的无功功率约为直流线路输送有功功率 的50%，因此，在换流器附近应有无功补偿装置为其提供无功 电源。
5)直流平波电抗器，减小直流电压、电流的波动，受扰时抑制 直流电流的上升速度。
α的设定值或者 常数 γ控制
图8-8
HVDC系统直流线路故障仿真波形图 a)整流侧得到的相关波形
图8-8
HVDC系统直流线路故障仿真波形图(续) b)逆变侧得到的相关波形
1.5
VdL (pu)
VdL Vdr ef (pu)
2 1 0 -1 0.6 3 2 1 0 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
0 0．02 0．4 0．7
动
作
电压参考值为1p．u．
变换器导通，电流增大 到最小稳态电流参考值 电流按指定的斜率增大 到设定值 参考电流值下降0．2 p．u．
5
6 7 8
0．8
值 1．0 1．1 1．4
参考电流值恢复到设定
参考电压由1p．u．跌落 到0．9p．u． 参考电压恢复到1p．u． 变换器关断
1 0.5 0 -0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
Id Idref lim(pu)
3 2 1 0 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4
alphaord (deg)
200
alphaord (deg)
100
Id Idref lim(pu)
5)在1.4s时，触发信号关断，使得电流斜线下降到0.1p.u.。
6)在1.6s时，整流器侧的触发延迟角被强制设置为166°，逆变 器侧的触发延迟角被强制设置为92°，使得直流线路放电。 7)在1.7s时两个变换器均关断，变换器控制状态为0。
表8-3 系统控制参数随时间变化表
序
1 2 3 4
号
时 刻/s
图8-21
TCSC模块结构
图8-22
TCSC标幺值电抗(=/) 随β变化的特性图
2)在0.4s时，参考电流从0.1p.u.斜线上升到1.0p.u.(2 kA), 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，直流侧电压维持在1p.u.(500kV)。 3)在0.7s时，参考电流出现-0.2p.u.的变化，在0.8s时恢复到设定 值。 4)在1.0s时，参考电压出现-0.1p.u.的偏移，在1.1s时恢复到设定 值。
图8-1
单极大地回流直流输电系统的基本结构
8.1.2 HVDC系统的仿真模型描述
1. 线路的参数 2. 整流环节简介 3. 逆变环节简介
4.滤波器子系统简介
EM: 500kV, 50 Hz 5000 MVA equivalent
DC line 300 km
A B C
EN: 345kV, 50 Hz, 10,000 MVA equivalent
12⁃Pulse Firing Control
表8-2 逆变器控制和保护子系统包含的模块及作用
模块名称
Inverter Current/ Voltage/Gamma Controller Inverter Protection Low AC Voltage Detection Commutation Failure Preventio n Control 12⁃Pulse Firing Control
Discrete, Ts = 5e-005 s.
图8-2
图8-3 整流环节子系统结构
图8-4
整流器子系统结构
表8-1 整流器控制和保护子系统包含的模块及作用
模块名称
Rectifier Controller Voltage Regulator Gamma Regulator Current Regulator Voltage Dependent Current Or der Limiter
1.2
1.3
1.4
a)整流侧得到的相关波形 图8-9
b)逆变侧得到的相关波形
HVDC系统交流侧线路故障仿真波形图
2 40 1
Va Ia
0 -1 -2 0.6 2 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
20 0 -20 0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
40 1
Vb Ib
0 -1 -2 0.6 2 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2
Read the Model properties for initialisation details
C
Open this block to visualize recorded signals Data Acquisition
HVDC 12-pulse Transmission System 1000 MW (500kV-2kA) 50 Hz
1.8
2
alphaord (deg)
alphaord (deg)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
100
6 4 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
0 6
Control Mode
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
4 2 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 t/s 1.2 1.4 1.6 1.8 2
aA bB cC
A B C
A B C
A B C
+
0.5 H 0.5 H
+
A B
Aa Bb Cc
A B C
A B C
A B C
DC Fault
-
C
Brect phi = 80 deg. 3rd harm.
Rectifier
Inverter
Binv phi = 80 deg. 3rd harm. A-G Fault
20 0 -20 0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
百度文库
40 1
Vc
0 -1 -2 0.6 0.7 0.8 0.9 t/s 1 1.1 1.2
Ic
20 0 -20 0.6
0.7
0.8
0.9 t/s
1
1.1
1.2
图8-10
逆变器交流侧线路故障时三相电压和电流波形图
8.2 静止无功补偿器(SVC)的仿真实例
6
Control
Q (pu)
图8-14
SVC模块功率数据参数设置对话框
图8-15
SVC模块控制参数设置对话框
图8-16
SVC控制系统框图
8.2.3 SVC系统的仿真模拟
1)0~0.2s时电压源幅值为1.0p.u.。 2)0.2~0.5s时电压源幅值为0.94p.u.。 3)0.5~0.8s时电压源幅值为1.06p.u.。
表8-5 SVC模块的输出信号
信号序号
1~3
信号组
Power Iabc (cmplx)
信号名称
Ia(pu) Ib(pu) Ic(pu) Vm (pu) B (pu)
定
义
输入SVC的相电流Ia、 Ib、Ic，单位p．u．
4 5
Control Control
测量到的正序电压 （单位p．u．） SVC的电纳输出（单 位p．u．），正值为 容性 SVC的无功功率输出 （单位p．u．），正 值为感性
2
pu/100 MVA
110 kV
Ui
Uj
SVC (Phasor type)
Bus Selector
V1
Scope
A B C
10 MW Vabc_1 From
Mag abc Pha
Scope1
Phasors pow ergui
Signal Processing
Sequence Analyzer (Phasor Type)
作
用
逆变侧电压、电流、熄弧角 调节，与整流侧系统相同 交流侧故障检测 减弱电压跌落导致的换相失 败 产生同步的12个触发脉冲
Gamma Measurement
熄弧角测量
图8-5
滤波器子系统结构
图8-6
直流系统调节特性
8.1.4 HVDC系统的起停和阶跃响应仿 真
1)晶闸管在0.02s时导通，电流开始增大，在0.3s时达到最小稳 态参考值0.1p.u.，同时直流线路开始充电，使得直流电压为1.0 p.u.，整流器和逆变器均为电流控制状态。
Control Mode
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Id Idref lim(pu)
1.5 1 0.5 0 -0.5 200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
Id Idref lim(pu)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
8.1.4 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真
8.1.5 HVDC系统直流线路故障仿真 8.1.6 HVDC系统交流侧线路故障仿真
8.1.1 HVDC系统的基本结构与工作原 理
1)换流变压器，其一次绕组与交流电力系统相连，其作用是将 交流电压变为桥阀所需电压。 2)换流器C1、C2，由晶闸管组成，用做整流和逆变，实现交流
A
B
A
C
B
AC filters 50 Hz 600 Mvar
AC filters 50 Hz 600 Mvar Master Control
Rectifier Control and Protection
Master Control
Inverter Control and Protection
? More info
8.2.1 SVC的基本结构与工作原理 8.2.2 Simulink中的SVC模块介绍 8.2.3 SVC系统的仿真模拟
图8-11
SVC原理图
图8-12
SVC的伏安特性曲线
8.2.2 Simulink中的SVC模块介绍
1. SVC模块的基本功能 2. SVC模块的控制系统
图8-13
SVC模块示意图
gamma
200 100 0
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1 t/s
1.2
1.4
1.6
1.8
2
a)整流侧得到的相关波形
图8-7
b)逆变侧得到的相关波形
HVDC系统的起停和阶跃响应仿真波形图
表8-4 变换器控制状态及意义
状 态
0 1 2 3
意
义
关断 电流控制 电压控制 α最小值限制
状 态
4 5 6
意
义
α最大值限制
表8-3 系统控制参数随时间变化表
9
10
1．6
1．7
强迫设置触发延迟角到 指定值
关断变换器
1.5
VdL (pu)
VdL Vdref (pu)
1 0.5 0 -0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1.5 1 0.5 0 -0.5 1.5 1 0.5 0 -0.5 200 100 0
200
150
0 0.6 6
Control Mode
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
gamma
100 0.6 100
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
4 2 0 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t/s 1.1 1.2 1.3 1.4
50
0 0.6
0.7
0.8
0.9
1 t/s
1.1
4)0.5~1.0s时电压源幅值为1.0p.u。
图8-17
具有并联补偿设备的简单系统
B1
A N B C aA bB cC
Bactual Bcontrol (pu/100 MVA) Vactual Vm (pu)
A B C L = 50km
A B C
aA bB cC
A B C
SVC m
<B (pu)> <Vm (pu)> <Q (pu)>
第8章 MATLAB在高压直流输电及柔性 输电中的仿真实例
8.1 高压直流输电系统的仿真实例
8.2 静止无功补偿器(SVC)的仿真实例 8.3 晶闸管控制串联电容器(TCSC)的仿真实例
8.1 高压直流输电系统的仿真实例
8.1.1 HVDC系统的基本结构与工作原理 8.1.2 HVDC系统的仿真模型描述 8.1.3 HVDC系统的调节特性