第8章_MATLAB在高压直流输电及柔性输电中的仿真实例
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600 Mvar
Inverter Control and Protection
HVDC 12-pulse Transmission System 1000 MW (500kV-2kA) 50 Hz
图8-2
EN: 345kV, 50 Hz, 10,000 MVA equivalent
A
A
A
B
B
B
C
C
C
Open this block to visualize
recorded signals
Data Acquisition
DC line 300 km DC Fault
Master Control Master Control
0.5 H
+
A
B
-
C
Inverter
Aa Bb Cc Binv
AC filters 50 Hz
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1.0p.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.(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。 5)在1.4s时，触发信号关断，使得电流斜线下降到0.1p.u.。
A
A
A
B
B
B
C
C
C
phi = 80 deg. 3rd harm.
aA bB cC Brect
A
+
B
C
-
Rectifier
AC filters 50 Hz
600 Mvar
0.5 H
Rectifier Control and Protection
? More info
Read the Model properties for initialisation details
Inverter Protection
Low AC Voltage Detection
Commutation Failure Preventio n Control
交流侧故障检测
减弱电压跌落导致的换相失 败
12⁃Pulse Firing Control Gamma Measurement
产生同步的12个触发脉冲 熄弧角测量
phi = 80 deg. 3rd harm. A-G Fault
Di scre te , Ts = 5e-005 s.
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
Rectifier Protections 12⁃Pulse Firing Control
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。
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
A B C A B C
EM: 500kV, 50 Hz 5000 MVA equivalent
直流侧故障和交流侧故障检 测
DC Fault Protection
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
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
作用
逆变侧电压、电流、熄弧角 调节，与整流侧系统相同
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 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。
10
1．7
关断变换器
alphaord (deg) Id Idref lim(pu) VdL Vdref (pu) Control Mode
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．
参考电流值恢复到设定 值
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
表8-3 系统控制参数随时间变化表
9
1．6
强迫设置触发延迟角到
指定值
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。
序号 1 2
3
4
5
6
7 8
表8-3 系统控制参数随时间变化表
时 刻/s 0 0．02
0．4
0．7
0．8
1．0
1．1 1．4
第8章 MATLAB在高压直Leabharlann Baidu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 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 8.1.6
HVDC系统的基本结构与工作原理 HVDC系统的仿真模型描述 HVDC系统的调节特性 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真 HVDC系统直流线路故障仿真 HVDC系统交流侧线路故障仿真
作用
Voltage Regulator
电压调节，计算触发角
Gamma Regulator
计算熄弧角
Current Regulator
电流调节，计算触发角
Voltage Dependent Current Ord 根据直流电压值改变参考电
er Limiter
流值
Low AC Voltage Detection
Inverter Control and Protection
HVDC 12-pulse Transmission System 1000 MW (500kV-2kA) 50 Hz
图8-2
EN: 345kV, 50 Hz, 10,000 MVA equivalent
A
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Data Acquisition
DC line 300 km DC Fault
Master Control Master Control
0.5 H
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A
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Inverter
Aa Bb Cc Binv
AC filters 50 Hz
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1.0p.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.(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。 5)在1.4s时，触发信号关断，使得电流斜线下降到0.1p.u.。
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phi = 80 deg. 3rd harm.
aA bB cC Brect
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B
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AC filters 50 Hz
600 Mvar
0.5 H
Rectifier Control and Protection
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Read the Model properties for initialisation details
Inverter Protection
Low AC Voltage Detection
Commutation Failure Preventio n Control
交流侧故障检测
减弱电压跌落导致的换相失 败
12⁃Pulse Firing Control Gamma Measurement
产生同步的12个触发脉冲 熄弧角测量
phi = 80 deg. 3rd harm. A-G Fault
Di scre te , Ts = 5e-005 s.
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
Rectifier Protections 12⁃Pulse Firing Control
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。
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
A B C A B C
EM: 500kV, 50 Hz 5000 MVA equivalent
直流侧故障和交流侧故障检 测
DC Fault Protection
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
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
作用
逆变侧电压、电流、熄弧角 调节，与整流侧系统相同
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 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。
10
1．7
关断变换器
alphaord (deg) Id Idref lim(pu) VdL Vdref (pu) Control Mode
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．
参考电流值恢复到设定 值
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
表8-3 系统控制参数随时间变化表
9
1．6
强迫设置触发延迟角到
指定值
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。
序号 1 2
3
4
5
6
7 8
表8-3 系统控制参数随时间变化表
时 刻/s 0 0．02
0．4
0．7
0．8
1．0
1．1 1．4
第8章 MATLAB在高压直Leabharlann Baidu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 8.1.2 8.1.3 8.1.4 8.1.5 8.1.6
HVDC系统的基本结构与工作原理 HVDC系统的仿真模型描述 HVDC系统的调节特性 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真 HVDC系统直流线路故障仿真 HVDC系统交流侧线路故障仿真
作用
Voltage Regulator
电压调节，计算触发角
Gamma Regulator
计算熄弧角
Current Regulator
电流调节，计算触发角
Voltage Dependent Current Ord 根据直流电压值改变参考电
er Limiter
流值
Low AC Voltage Detection