高压直流输电系统建模与仿真
高压直流输电系统的建模与仿真
系统运 行 和故 障 的各种状 态 ，并进 行 仿真和 分 析
［］ ２
功 功率存 在 以下关 系 ：
＝ ＋ （） １
利 用 ＭＡ Ｌ Ｔ ＡＢ 软 件 的 Ｓｍｕｉ 工 具 箱 及 ｉ ｌｋ ｎ ＳｍＰ ｗｅＳ ｓ ｍ 模 块库 ， ｉ ｏ ｒｙｔ ｅ 能方 便 的对 高压 直流 输
偏微 分方程 。 虽然从 理论 上来 说并没 有什 么 困难 ，
而且 现 已开发 出一些相 应 的计算 程序 ，但 是计 算 工作 量却 很大 【。ＭＡ Ｌ ｌ Ｊ Ｔ ＡＢ软件 中 的 Ｓｍｕｉｋ给 ｉ ｌ ｎ 用户 提供 了用 方框 图进 行建 模 的模 型接 口，与传 统 的仿真 软件 包括 用微 分方 程和 差分 方程 建模 相 比 ，具 有 更直 观 、 方便 和 灵活 的优 点 。Ｓｍｕｉ ｉ ｌｋ ｎ 中的电力 系统模 块库 （ ｉ ｏ ｒｙｔｍ）包含 了 ＳｍＰｗｅＳｓ ｅ 各种 交／ 直流 电源 、大量 电气元器 件 和 电工 测量 仪
△ ＝
。
由此可 见，改变换流 站极对地 电压 己 、己 ，
即可改变 直流 电流 ，并相 应 改变输 送 的功率 。
改变直 流 电流 （ 功率 ） 以通 过调节整 流器 的触 或 可 发延迟 角 或逆变 器 的越前 触发角 （ 熄弧角 ）
来实现 ，这也是直流 输 电系 统 的主要 调节手段 。 整
真结果表明，该方法 能较准确地观测暂态过程中高压直流输 电系统 的动态性能 。 关键 词：高压直流输 电；ＭＡ Ｌ 仿真；暂态分析 Ｔ ＡＢ 中图分类号：Ｔ ４ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号：１７ —４ Ｏ （０ ００ －０ ０ ０ Ｍ７ ３ ６２ ８ ｌ １）５ ８ － ４ ２
基于MATLAB_Simulink的高压直流输电系统的建模及仿真研究2222
对 ＨＶＤＣ 系统的启动及直流线路对地短路故障进行了仿真， 动态过
程中整流侧直流线路电压 Ｕｄ， 电流 Ｉｄ 和参考电流 Ｉｄｒｅｆ， 触发角 ! 和故障电 流参数仿真曲线见图 ３。
（ １） 启动仿真。将逆变侧直流电压置为 ２３６ ｋＶ， ! 初值设为 ９０°。在
０～０．２ ｓ， 给定电流参考值（ 标幺值） 从 ０．２ 线性上升到 １， 通过电流调节器
参考文献 ［ １］ 李 尘．基 于 ＤＳＰ 的 直 流 输 电 系 统 动 态 模 拟 数 字 化 控 制 研 究［ Ｄ］ ．上 海：上海交通大学， ２００５． ［ ２］ 赵畹君．高压直流输电工程技术［ Ｍ］ ．北京： 中国电力出版社， ２００４． ［ ３］ 沈辉．精通 ＳＩＭＵＬＩＮＫ 系统仿真与控制［ Ｍ］ ．北京： 北京大学出版社， ２００３．
ＡＢＳＴＲＡＣＴ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｏｍｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ， ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｅｄ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ａｎｄ ｌｏｏｋｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｏｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ． ＫＥＹ ＷＯＲＤＳ： ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｏｉｌ； ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｇａｓ； ｏｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ
２ ＨＶＤＣ 建模
本文利用 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 和 Ｓｉｍ－ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ 相结合的方法， 建立直流输 电 及 其 控 制 系 统 的 仿 真 模 型 ， 所 用 模 块 均 为 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 及 Ｓｉｍ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ 中的标准模块， 见图 ２。
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。
PSCAD教程08-应用PSCAD进行直流输电系统仿真研究
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
多实例化组件(MIM)技术
PSCAD X4之前所有版本中的组件(module)缺乏多实例化能 力，即一个组件定义只能有一个实例。X4版本通过完全重 新设计PSCAD的程序结构，使其成为更朝向以数据为中心 的模型，从而具备了提高多实例化组件的能力。
无插值时的二极管电流
由于时间步长固定，若器件动作处于时间步长间隔中，只 有等到下一时间步长时程序才能体现出此事件。此时将造 成仿真错误 。
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
解决方法： 缩短仿真步长—仿真时间延长、内存需求增大， 不能根本性解决问题。 变步长仿真—检测到开关动作事件时，划分仿真步长为 更小的时间间隔。不能避免虚假电压和电流尖峰。 插值方法—具有更快的速度和更高的精度。能在采用较大时 间步长的情况下更精确地对任何开关事件进行仿真。
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
平波电抗器
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
6. 滤波器（Filter）
减小注入交、直流系统谐波的设备 种类: 交流滤波器， 直流滤波器 有源滤波器； 无源滤波器：单调谐滤波器 双调谐滤波器 高通滤波器
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究进行高压直流输电系统仿真研究应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究主要内容?一高压直流输电系统的主要元件?二相关元件的pscad模型?三高压直流输电系统运行与控制第2页?四高压直流输电系统的pscad仿真应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究交流母线换流站i平波电抗器直流平波电抗器直流滤波器交流母线换流交流母线换流变压器换流站ii换流变压器换流变压器一高压直流输电系统的主要元件第3页交流系统交流系统i无功补偿设备交流滤波器无功补偿设备交流滤波器直流线路vdi滤波器桥i变压器断路器桥ii交流系统交流系统ii无功补偿设备无功补偿设备交流滤波器交流滤波器vdii应用pscad进行高压直流输电系统仿真研究1
高压直流输电系统建模导则
高压直流输电系统建模导则1. 引言高压直流输电系统是一种在电力输电中应用广泛的技术，其具有较高的效率和较低的线路损耗。
为了准确分析和评估高压直流输电系统的性能，建模是必不可少的工作。
本文提供了高压直流输电系统建模的导则，旨在帮助研究人员和实践工程师进行系统的建模和仿真分析。
2. 建模原则2.1精细化建模：高压直流输电系统包括多个组成部分，如换流站、输电线路、换流器等，每个部分都应进行精细化建模，以准确地刻画系统的动态行为。
2.2适度简化：尽管精细化建模对于系统的分析和仿真是必要的，但过于复杂的模型会影响仿真的效率。
因此，在保证精度的前提下，应适度简化模型，提高仿真的效率。
2.3参数可调性：建模过程中应确保模型的参数具有可调性，以便在不同场景下对系统进行仿真和分析。
这有助于研究人员和工程师灵活地调整模型以满足特定需求。
2.4模块化建模：将高压直流输电系统划分为多个模块，并分别对每个模块进行建模，然后将其集成为完整的系统模型。
模块化建模有助于提高模型的可复用性和可扩展性。
3. 建模步骤3.1 确定系统范围：确定高压直流输电系统的边界和组成部分，包括换流站、输电线路、换流器等。
3.2 收集系统参数：收集与系统相关的参数，如输电线路的电阻、电抗、换流器的控制参数等。
3.3 建立模块化模型：对每个部分进行建模，如换流站模型、输电线路模型、换流器模型等。
3.4 集成系统模型：将所有模块集成为完整的高压直流输电系统模型。
3.5 仿真分析：使用建立的系统模型进行仿真分析，包括系统响应、稳定性评估、负荷仿真等。
3.6 参数调整：根据需要，调整模型的参数以满足具体仿真要求。
4. 结论本文提供了高压直流输电系统建模导则，旨在帮助研究人员和实践工程师进行系统的建模和仿真分析。
通过合理的建模和仿真分析，可以准确评估高压直流输电系统的性能，为实际应用提供指导和参考。
基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真
编号 2018180240B 研究类型基础研究分类号 TP273.6 学士学位论文（设计）Bachelor’s Thesis论文题目基于MATLAB的高压直流输电系统的建模与仿真作者姓名罗俊学号2014118010240所在院系机电与控制工程学院学科专业名称电气工程及其自动化导师及职称韩涛讲师论文答辩时间2018年5月12日学士学位论文（设计）诚信承诺书目录1绪论 (5)1.2高压直流输电系统的优势和不足 (5)1.3高压直流输电的应用 (6)2 高压直流输电系统的原理 (6)2.1高压直流系统的元件与接线 (7)2.2换流器的工作原理 (12)2.3十二脉动换流器 (17)2.4直流输电系统的基本控制原理 (19)2.5直流输电系统的基本控制 (19)3高压直流输电系统仿真建模 (21)3.1单个最大接地回路直流输电系统基本结构（正极） (21)3.2 建模与仿真工具MA TLAB/Simulink 简介 (22)3.3高压直流输电系统建模 (23)4高压直流输电系统仿真结果分析 (27)4.1高压直流输电系统的起停和逐步仿真 (27)总结 (31)参考文献 (31)基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真罗俊（指导教师，韩涛）（湖北师范大学机电与控制工程学院，中国黄石 435002）摘要：高压直流输电系统（HVDC）是一种成本低，耗能少，稳定性高，并且利用长距离线路来进行大容量输电的技术。
这种技术一般运用在海底电缆等长距离大容量的输电线路中。
本篇论文对高压直流输电系统（HVDC）的结构和概况进行论述。
运用Matlab仿真软件中的Simulink对其进行建模和系统的仿真得到相应的仿真波形，验证其有效性。
关键字：高压直流输电系统；Matlab仿真；Simulink模块库中图分类号：TP273.6Modeling and Simulation of HVDC Transmission System Based onMATLABLuo Jun(tutor: Han Tao)(College of Mechatronics and Control Engineering, Hubei Normal University, Huangshi, China, 435002)Abstract :HVDC (HVDC) is a low cost, low energy consumption, high stability, and the use of long distance lines for large capacity transmission technology. This technique is commonly used in long-distance, large-capacity transmission lines such as submarine cables. This paper discusses the structure and general situation of HVDC. Simulink of Matlab simulation software is used to simulate the simulation of the simulation and verify its effectiveness.Key words:HVDC transmission system；The Matlab simulation；Simulink module library基于MATLAB的高压直流输电系统建模与仿真罗俊（指导教师，韩涛）（湖北师范大学机电与控制工程学院中国黄石 435002）1绪论1.1高压直流输电系统的发展概况在现如今这个时代，用电在日常的生活中不可或缺，那么输电系统就显得更加重要，传输系统可分为直流传输和交流传输与交流传输相比，高压直流传输具有低功耗，低成本和高传输容量的优点，直流传输更加稳定。
基于MMC的多端直流输电系统简化建模与仿真研究
基于MMC的多端直流输电系统简化建模与仿真研究摘要：模块化多电平换流器高压直流输电（MMC-HVDC）以其独特的技术优势，已成为未来电压源换流器高压直流输电领域的发展趋势。
本文通过对MMC拓扑结构和数学模型进行推导和化简，在保证了仿真精度的前提下，应用了提高MMC仿真效率的理论和方法，基于PSCAD/EMTDC仿真平台建立了三端MMC-HVDC输电系统的简化模型，仿真结果具有较好的动态性能。
关键词：模块化多电平换流器；柔性直流输电；电磁暂态仿真一、引言相比于传统电网换相的高压直流输电技术（LCC-HVDC），基于电压源换流器的高压直流输电技术（VSC-HVDC）具有不存在换相失败、有功无功功率的快速解耦控制等优势 [1-2]。
模块化多电平（Modular Multilevel Convertor，MMC）以其模块化设计、可拓展性好、单个器件开关频率低、谐波性能好等诸多优点已经成为电压源换流站技术的首选技术方案[3]。
目前已投运的MMC-HVDC工程有美国的Trans Bay Cable工程、中国的上海南汇风电场示范工程和南澳三端柔性直流输电工程[4，5]。
其中在我国广东建立的南澳多端柔性直流输电工程为世界首个投运的多端直流工程[6]。
相关研究表明，MMC-HVDC系统将在风电场联网、电网异步互联、城市中心供电等领域得到广泛应用[7]。
当MMC换流阀从低电压等级、小容量发展到高电压等级、大容量时，每个桥臂串联的子模块数急剧增加。
采用PSCAD/EMTDC等电磁暂态软件仿真时，大量IGBT快速的导通、关断将使得主电路形成的节点导纳矩阵不断变化。
由于每次变化后形成的节点导纳矩阵规模较大，矩阵求逆将特别耗时，给研究高电压等级、大容量MMC-HVDC的并网仿真分析带来了巨大的困难。
因此，在考虑能反映换流器基本运行特性的同时，若能提高仿真速度，将对多端MMC-HVDC的并网仿真分析起到至关重要的作用。
二、MMC等效计算模型1.1桥臂的等效电路模块化多电平逆变器MMC的每个桥臂由N个半桥子模块串联而成，桥臂的工作状态有闭锁状态和解闭锁状态。
新型高压直流输电系统仿真研究课件
新型高压直流输电系统仿真研究摘要新型高压直流输电系统是以电压源换流器(VSC) 为基础在新型高压直流输电的拓扑模型中灵活转变。
新型高压直流输电系统与传统高压直流输电系统相比较来说有很多优势，比如：输送容量大、送电距离远、输电线路造价低、能量损耗小和控制方式灵活快速。
使其在这个行业中发展迅猛,对电网互联的跨区域发挥了主要作用，所以新型高压直流输电系统稳定和安全的运行对于工业生产和社会生活有着重要的影响意义。
而在新型高压直流输电系统中，本文主要研究柔性直流输电系统即VSC-HVDC。
高压直流输电系统的控制方式是保持高压直流输电系统稳定性的主要方式,换流器触发控制和分接头控制是高压直流输电控制系统的核心内容,它通过控制高压直流输电系统中主要组成部分的换流设备来保证高压直流输电系统的正常运行及其故障后恢复的迅速性,所以对于换流器触发控制和分接头控制进行研究对保证高压直流输电系统的稳定又安全的运行有着主要意义。
本文基于交直流电网仿真系统与仿真平台建立新型高压直流输电一次系统仿真模型,基于一次系统仿真模型和高压直流输电基本控制原理,在分析新型高压直流输电控制系统基础上建立控制系统仿真模型建立了能够反映VSC-HVDC内部特性和物理过程的数学模型。
该模型中计及了换流变压器的不同变比及三相电网电压的不平衡,具有一般性。
仿真结果表明该模型在具有很高准确度的同时,还能显著缩短仿真时间,提高仿真效率。
关键词：高压直流输电；电压源换流器；控制系统；仿真New type of high-voltage direct current transmission system simulationABSTRACTNew high-voltage direct current transmission is based on voltage source converter (VSC) is a new type of high voltage direct current transmission (VSC - HVDC) the topological structure of complex changes. High-voltage direct current transmission system, with its large conveying capacity, transmission distance, transmission line low cost, low energy consumption advantages of fast and flexible control mode in the rapid development in the world, is the main mode for inter-district grid interconnection, So the high-voltage direct current transmission system stability and safety of operation for industrial production and social life has the very vital significance.High-voltage direct current transmission control system is to keep the important means of high-voltage direct current transmission system and stable operation, The inverter control of converter transformer tap in and control is the core part of high-voltage direct current transmission control system, Through the control of the high-voltage direct current transmission system converter equipment to ensure the normal operation of the high-voltage direct current transmission system and the back quickly after the failure, So for the inverter control and converter transformer tap control study to guarantee stable and reliable running of high-voltage direct current transmission system plays an important role.This article is based on AC/DC power grid simulation system and simulation platform to build the new high voltage direct current transmission system simulation model, Based on a system simulation model and the basic control principle of high-voltage direct current transmission，Based on the analysis of new type high voltage direct current transmission control system based on control system simulation model is established to reflect the internal characteristics of VSC-HVDC mathematical model and physical process. The model and gets the converter transformer of different variable ratio and three-phase power grid voltage imbalance, with general. The simulation results show that the model can be used in high accuracy at the same time, also can significantly reduce the simulation time, improve the efficiency of simulation.Keywords: High-voltage direct current transmission; V oltage source inverter. Control system; The simulation目录1 绪论 (1)1.1本课题的目的及意义 (1)1.2 新型高压直流输电系统的研究现状及发展概况 (2)1.2.1 VSC-HVDC研究现状 (2)1.2.2 VSC-HVDC发展概况 (2)1.3本文主要研究内容 (3)2 新型高压直流输电系统 (5)2.1 新型高压直流输电系统工作原理 (5)2.2 新型高压直流输电系统基本结构及特点 (6)2.2.1 新型高压直流输电系统的基本结构 (6)2.2.2 新型高压直流输电系统的基本特点 (7)2.3新型高压直流输电系统的控制 (7)2.3.1新型高压直流输电控制原理 (7)2.3.2新型高压直流输电控制分层结构 (9)2.3.4 PWM 基本原理介绍 (12)3 新型高压直流输电系统控制策略 (14)3.1概述 (14)3.2 VSC-HVDC系统控制策略 (15)3.2.1有功功率控制 (15)3.2.2直流电压控制 (16)3.2.3无功功率控制 (17)3.2.4交流电压控制 (19)3.2.5最终控制策略选择 (19)4 电压源换流器各控制器设计 (20)4.1 电压源换流器控制结构 (20)4.2 锁相环（PLL） (21)4.3 外环控制 (22)4.4 内环电流控制器 (24)5 VSC-HVDC的MATLAB仿真及结果分析 (26)5.1仿真工具的介绍 (26)5.2 VSC-HVDC稳态情况仿真 (26)5.3 VSC-HVDC 有功、无功和直流电压的阶跃响应情况仿真 (28)5.4 VSC-HVDC 三相接地故障情况仿真 (30)5.5 VSC-HVDC 仿真结果分析 (32)6 总结 (34)参考文献 (35)致谢.................................................................................................................. 错误！未定义书签。
基于MATLAB的高压直流输电系统的仿真
尹晓钢
（山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018）
摘要：高压直流输电（HVDC）是具有传输过程中电能损耗量相对较少、电力线路造价成本低、传输稳定性好等优势的利用长距离线路进行大容量输电的一种输电技术。这种输电技术一般被应用在海底电缆输电以及长距离的大容量输电等领域。本篇论文对HVDC（高压直流输电）系统的概况以及基本结构做了比较系统的论述，并且利用MATLAB仿真软件中的Simulink模块库对HVDC系统进行了建模和系统仿真分析。利用仿真所得到的实验结果我们能够比较准确地观察HVDC系统的动态变化特性。
Keywords:HVDC system; MATLAB simulation; Simulink module library
1
1.1
电能是我们在日常生产生活之中必不可少的能源之一。在最开始的阶段我们使用的输电方式是直流输电，但随着时间的推移直流输电已经不能够满足人们对供电的需求，因此出现了交流输电。但是到了如今的世界，交流输电又暴露出了许多缺陷，于是直流输电又重新进入了人们的视野。
当前，电力电子技术正处于快速发展阶段，大功率可控硅材料的价格降低、稳定性提高，直流输电技术不断改善，电力系统之中肯定会更多的用到直流输电技术。直流输电技术的进步与众多科学技术的发展是紧密相关的，目前出现了一些新式的发电技术---太阳能电池发电、燃料电池发电、磁流体发电等，这些发电方式产生的电能都是直流电，因此要通过直流输电的方式进行传输，然后通过逆变器逆变后进入交流系统。在今后的输电过程中一定是直流、交流混合的方式。
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。
基于FPGA的高压直流输电系统建模与实时仿真
电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU -EPSA第33卷第2期2021年2月Vol.33No.2Feb.2021基于FPGA 的高压直流输电系统建模与实时仿真黄冠标，翟鹤峰，赵利刚，洪潮（直流输电技术国家重点实验室（南方电网科学研究院有限责任公司），广州510663）摘要：高压直流HVDC （high -voltage direct current ）输电技术的应用改变了传统输电网的形态与运行特性，大量高频电力电子设备的接入使得输电网动态特性更加复杂，通过实时仿真研究其复杂动态特性对于电网的运维具有重要意义。
首先，基于现场可编程门阵列FPGA （field programmable gate array ）设计了HVDC 系统的实时仿真平台，确定了基于FPGA 的HVDC 实时仿真系统基本仿真框架。
其次，提出了基于FPGA 的晶闸管、变压器以及熄弧角检测模块等主要元件的建模方法，开发了基于FPGA 的HVDC 实时仿真系统。
最后，以CIGRE HVDC 系统为例，进行了步长5μs 故障状态下的暂态实时仿真，验证了所提建模方法以及HVDC 实时仿真系统的正确性与有效性。
关键词：高压直流；现场可编程门阵列；建模与并行算法；实时仿真中图分类号：TM74文献标志码：A文章编号：1003-8930（2021）02-0122-07DOI ：10.19635/ki.csu -epsa.000624Modeling and Real -time Simulation of HVDC System Based on FPGAHUANG Guanbiao ，ZHAI Hefeng ，ZHAO Ligang ，HONG Chao（State Key Laboratory of HVDC （Electric Power Research Institute ，China Southern Power Grid Company Limited ），Guangzhou 510663，China ）Abstract:The applications of the high -voltage direct current （HVDC ）transmission technology have changed the form and operation characteristics of the traditional transmission network.Moreover ，the integration of a large number of high -frequency power electronic equipment makes the network ’s dynamic characteristics more complex.Therefore ，the study of these complex dynamic characteristics through real -time simulations is of significance for the operation and mainte⁃nance of power grid.In this paper ，a real -time simulation platform of HVDC system is designed based on field program⁃mable gate array （FPGA ）.First ，the basic framework of the FPGA -based HVDC real -time simulation system is deter⁃mined.Then ，the modeling method for the main components including the thyristor ，transformer and extinction angle detection module is proposed.On this basis ，the FPGA -based HVDC real -time simulation system is developed.At last ，the CIGRE HVDC system is taken as an example ，and transient real -time simulations are performed at a step of 5μs ，which validates the correctness and effectiveness of the proposed modeling method and the HVDC real -time simulation system.Keywords:high -voltage direct current （HVDC ）；field programmable gate array （FPGA ）；modeling and parallel algo⁃rithm ；real -time simulation高压直流输电技术的不断发展与广泛应用使得输电网呈现出明显的多区域交直流互联的特点，其结构与运行特性发生了深刻变化[1-2]。
PSCAD教程08-应用PSCAD进行直流输电系统仿真研究
武汉大学电气工程学院 乐 健 2012.06
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
主要内容
一、高压直流输电系统的主要元件 二、相关元件的PSCAD模型 三、高压直流输电系统运行与控制 四、高压直流输电系统的PSCAD仿真
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
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三相全波桥式换流电路原理图
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
4. 换流变压器(Converter Transformer) 向换流器提供适当等级的不接地三相电压源设备 作用: 使HVDC系统建立自己的对地参考点； 减小注入系统的谐波。 特点: 接线方式： Y0/Y, Y0/△， Y0/Y/△ 短路电抗大： 15~20% 噪声大
1. 晶闸管（ Thyristor ）
特点：
o 可控导通 o 单向导电
K G
导通的充要条件：
• 正向电压>0 • 控制电流脉冲
A
可靠关断的充要条件：
• 正向电流<0 • 正向电压<0， 且持续一段时间
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应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
晶闸管
- 8kV (-9kV) - 2kA - 5 inch wafer
无插值时的二极管电流
由于时间步长固定，若器件动作处于时间步长间隔中，只 有等到下一时间步长时程序才能体现出此事件。此时将造 成仿真错误 。
第 22 页
应用PSCAD进行高压直流输电系统仿真研究
解决方法： 缩短仿真步长—仿真时间延长、内存需求增大， 不能根本性解决问题。 变步长仿真—检测到开关动作事件时，划分仿真步长为 更小的时间间隔。不能避免虚假电压和电流尖峰。 插值方法—具有更快的速度和更高的精度。能在采用较大时 间步长的情况下更精确地对任何开关事件进行仿真。
高压直流输电系统建模与仿真
高压直流输电系统建模与仿真【摘要】本文介绍了高压直流输电系统的基本原理，整流测采用定电流控制方式，建立了基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统仿真模型，对高压直流输电系统正常运行时电压、电流进行仿真分析，同时通过对交流系统以及直流线路短路故障的仿真分析，验证了所建立仿真模型的合理性。
仿真结果表明，该方法能较准确地观测暂态过程高压直流输电系统的动态性能。
【关键词】高压直流输电HVDC MATLAB建模与仿真暂态分析一、引言高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统输电领域中应用最早同时也是较为成熟的技术。
高压直流输电由整流器、高压直流输电线路以及逆变器三部分构成。
到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器由半控型的晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。
在高压直流输电系统中有三个原因使得他的暂态过程变的非常复杂：工程实际中每个换流阀的触发角为离散变量；触发角和换相电压在高压直流输电系统的暂态过程中不断变化；长距离直流输电线路具有分布参数特性，需要考虑他的电压、电流过程。
所以，如果要准确的计算直流输电系统的暂态过程，就必须要求解包含连续变量和离散变量的常微分方程和偏微分方程。
这个过程原理很简单，但是计算的工作量却非常大[1]。
传统的仿真软件主要包括微分方程和差分方程，MATLAB 软件中的Simulink 给用户提供了用方框图进行建模的模型接口，和传统的仿真软件相比具有更直观、灵活和方便的优点。
Simulink中的电力系统模块库包含了多种交/直流电源、大量电工测量仪表和电元器件以及各种分析工具等。
利用这些模块我们就可以模拟电力系统运行和故障的每个状态，从而进行仿真和分析。
[2]本文建立了基于MATLAB 的HVDC 仿真模型，整流侧采用定电流调节方式，并附加了最小触发角限制，对高压直流输电系统正常运行模式进行仿真分析，并针对逆变器交流侧发生单相接地、两相接地、三相短路故障以及直流线路发生接地故障的情形，分别进行了仿真和分析。
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。
基于MATLAB的高压直流输电系统的建模与仿真
高压电力系统运行管理基于MAT LAB的高压直流输电系统的建模与仿真Ξ黄绍平,彭 晓,浣喜明(湖南工程学院电气与信息工程系,湘潭411101)MODE L AN D SIMU LATION OF HV DC POWER TRANSMISSIONSYSTEM BASED ON MAT LABHuang Shaoping,Peng Xiao,Huan Ximing(Dept.of Elect.and Information Eng.,Hu’nan Institute of Engineering,Xiangtan411101,China)Abstract First,the basic structure and basic principle of HVDC power transmission system are introduced briefly. Then,using power system blockset(PSB)of MA TLAB,a simulation model for the typical6-pulse bridge HVDC power transmission system is built,and using MA TLAB/Simulink to simulate the transient processes of this system when the short circuit faults to ground occur on DC line.It is proved by simula2 tion result that model and the simulating method is validity and visual and saves time.K ey w ords HVDC power transmission system transient pro2 cesses MA TLAB power system blockset摘 要 介绍了高压直流输电(HVDC)系统的基本结构和工作原理。
基于Matlab的直流输电系统的仿真
基于Matlab的直流输电系统的仿真基于Matlab的直流输电系统的建模与仿真摘要：利用MATLAB软件包下的Simulink对某高压直流输电系统进行建模，并在此模型基础上进行了动态仿真，分析了系统的稳态特性和动态特性，同时对系统中的几种常见故障进行了仿真。
仿真结果与实际现象相同，为今后对HVDC 系统进行辨识、控制和故障诊断提供了支持。
关键词：HVDC，MATLAB一、引言与交流输电相比，高压直流输电(HVDC)具有线路输送容量大、造价低、损耗小、电力系统间的非同步联网能力强等优点，而且，直流输电不存在交流输电的稳定问题，有利于远距离大容量送电。
自从20世纪80年代末以来，中国高压直流输电技术的研究和发展取得了突飞猛进的提高，目前已投运10个直流输电工程,包括舟山、葛南、天广、三常等工程。
为实现“西电东送”的战略规划，中国正在积极推进包括±660 kV、±800 kV、±1 000 kV特高压HVDC工程的建设。
近期中国规划发展的HVDC工程主要包括内蒙及陕甘宁地区的煤电通过高压直流或特高压直流向京津塘、山东等地输电，四川水电向华东、华中地区特高压直流输电等。
在此背景下，研究HVDC的结构、运行原理及控制方法，对HVDC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。
本文利用Matlab中的Simulink对HVDC进行建模，并在此模型基础上进行了系统的稳态、直流线路故障、逆变器交流侧a相接地故障及a、b两相接地故障仿真，得出相应的仿真波形，验证了HVDC模型的有效性。
二、HVDC的基本结构与工作原理HVDC的基本工作原理如图2.1所示，简单的HVDC输电系统包括两个换流站、直流输电线路以及两端的交流系统。
换流站1运行于整流状态，将交流系统1输送来的三相交流电整流成直流电，通过直流输电线路传送到换流站2，换流站2工作于逆变状态，将直流电逆变成三相交流电。
图2.1 HVDC的基本工作原理换流站是HVDC的核心设备。
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高压直流输电系统建模与仿真
【摘要】本文介绍了高压直流输电系统的基本原理，整流测采用定电流控制方式，建立了基于MATLAB/Simulink的高压直流输电系统仿真模型，对高压直流输电系统正常运行时电压、电流进行仿真分析，同时通过对交流系统以及直流线路短路故障的仿真分析，验证了所建立仿真模型的合理性。
仿真结果表明，该方法能较准确地观测暂态过程高压直流输电系统的动态性能。
【关键词】高压直流输电HVDC MATLAB建模与仿真暂态分析
一、引言
高压直流输电技术是电力电子技术在电力系统输电领域中应用最早同时也是较为成熟的技术。
高压直流输电由整流器、高压直流输电线路以及逆变器三部分构成。
到目前为止，工程上绝大部分直流输电的换流器由半控型的晶闸管器件组成，称采用这种换流器的直流输电为常规高压直流输电。
在高压直流输电系统中有三个原因使得他的暂态过程变的非常复杂：工程实际中每个换流阀的触发角
为离散变量；触发角和换相电压在高压直流输电系统的暂态过程中不断变化；长距离直流输电线路具有分布参数特性，需要考虑他的电压、电流过程。
所以，如果要准确的计算直流输电系统的暂态过程，就必须要求解包含连续变量和离散变量的常微分方程和偏微分方程。
这个过程原理很简单，但是计算的工作量却非常大[1]。
传统的仿真软件主要包括微分方程和差分方程，MATLAB 软件中的Simulink 给用户提供了用方框图进行建模的模型接口，和传统的仿真软件相比具有更直观、灵活和方便的优点。
Simulink中的电力系统模块库包含了多种交/直流电源、大量电工测量仪表和电元器件以及各种分析工具等。
利用这些模块我们就可以模拟电力系统运行和故障的每个状态，从而进行仿真和分析。
[2]
本文建立了基于MATLAB 的HVDC 仿真模型，整流侧采用定电流调节方式，并附加了最小触发角限制，对高压直流输电系统正常运行模式进行仿真分析，并针对逆变器交流侧发生单相接地、两相接地、三相短路故障以及直流线路发生接地故障的情形，分别进行了仿真和分析。
二、HVDC系统仿真模型
在MATLAB/Simulink环境下，利用电力系统模块
（SimPowerSystem）中的仿真模块对HVDC系统及控制器建立仿真模型。
这里用双桥12脉动晶闸管变换器实现对HVDC系统的建模[2]。
其中，500kV、5000MV A、60Hz的交流系统通过1000MW的直流联络线与345kV、10000MV A、50Hz 的交流系统相连。
两个交流系统相角均为，均含有3次谐波。
送端频率为60Hz，受端频率为50Hz。
两个变换器通过300km的线路和0.5H的平波电抗器连接起来。
其中线路每公里电阻值为，电感值为0.792mH，电容值为。
四个断路器模块通过1欧姆电阻接地，分别用来整流器直流侧故障和逆变器交流侧故障。
“滤波器”子系统中，交流滤波器电路由150Mvar 的无功补偿设备，高Q值（100）的11次和13次单调谐滤波器，低Q值（3）的高通滤波器组成。
整流器模型中，换流变压器采用三相绕组变压器，整流测绕组一个为星型接线，另一个为三角形接线，从而使两个六脉动换流器的交流侧得到相位差为的换相电压。
输出的直流电流换算为标幺值表示。
逆变器模型与整流器模型类似。
三、HVDC仿真结果分析
基于所建模型，分别对系统稳态、直流线路接地故障、逆变侧a相接地故障，两相接地（a、b相接地）
和三相接地故障的情况进行仿真，仿真时间为1.4s，结果如下。
（一）稳态系统波形
运行仿真后，经过观察系统启动经过一段时间后能够稳定运行。
稳态后，直流电压为1.0 p.u.，直流电流为1.0 p.u.。
稳态情况下，在0.7s时刻设定电流指令值跌倒0.8 p.u.，0.8秒时恢复至1.0 p.u.。
直流侧电流在0.7s开始跌落至0.8p.u.，0.8s开始上升至1.0p.u.，实际电流值按照电流指令值响应的变化。
（二）直流线路故障
首先把直流侧断路打开，设置其在0.8s时导通，0.85s时断开，接地时间是0.05s，接地的电阻是1欧姆。
接下来进行故障设置，发生故障时直流侧电流会激增到2.2p.u.，直流侧电压会降为0。
通过调制VDCOL 的子系统，参考电流就会下降到0.3p.u.，所以在故障发生时，直流侧仍然有电流通过。
当t=0.87s时，整流器的运行为逆变状态。
在此之后直流侧电压为负值，把线路上的能量反送到交流系统，这样直接导致故障电流在通过零点时很快熄灭。
当t=0.92s时，解除触发延迟角的强制值，额定电流电压就会在0.5s后恢复正常了。
四、总结
随着高压直流输电技术在电网中发挥的作用越来越重，如何提高系统运行的安全性和可靠性也成为亟待解决的问题。
因此，对HVDC系统的暂稳态仿真对电力系统的研究、规划、设计和运行等起着重要作用。
本文利用MATLAB的Simulink及PSB对高压直流输电系统进行仿真，能方便准确的反应HVDC系统的稳态特性和暂态过程的动态特性并可实时显示系统各参数的变化，且仿真时间段，仿真效果比较理性。
参考文献：
[1]夏道止.电力系统分析（下册）[M].北京：水利电力出版社，1995
[2]王晶，翁国庆，张有兵.电力系统的
MATLAB/SIMULINK仿真与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2008
[3]韩民晓，文俊，徐永梅.高压直流输电原理与运行（第2版）.北京：机械工业出版社，2012。