高压直流输电控制系统的MATLAB仿真

高压直流输电控制系统的MATLAB仿真
HVDC就是高压直流输电的缩写，不同于传统的交流输电，采用高压直流输电具有许多交流输电不具备的特性。

比如说，高压输电带来的线路损耗更小、线路允许输送的容量更大。

加之其系统没有交流输电那样复杂，所以相比之下造价更低，经济性较直流输电也有很大优势。

因此。

HDVC 更适用于远距离大容量送电。

并且由于高压直流输电具有经济性好、造价低的特点，远距离大功率输电更有优势。

综上所述，高压直流输电的发展虽然么有交流输电那样顺利，但后来者居上，在未来的输电系统中高压直流输电必将发挥着不可替代的作用。

西电东送呈现继续发展的趋势，各个区域之间的电网联通也是一种趋势，直流输电工程在这一系列趋势中占据主导地位。

所以，在这篇文章中，首先对高压直流输电的背景和近些年来国内外的发展讲解一番，然后大致了解HDVC的特性，包括对结构、原理和控制方法进行了解，再者使用Matlab中的Simulink功能对HDVC系统建模，模拟系统的运行状态，对可能发生的故障进行仿真，然后从仿真波形再研究高压输电特性。

目录
1绪论 (2)
1.1选题背景及意义 (2)
1.1.1国外的研究现状 (2)
1.1.2国内的发展现状 (3)
1.2课题设计目标 (3)
1.2.1经济性 (3)
1.2.2互联性 (3)
1.2.3控制性 (3)
1.3高压直流输电的缺点 (3)
2高压直流输电控制基本原理 (5)
2.1高压直流输电控制系统分层结构 (5)
2.2高压直流输电控制原理 (6)
2.3高压直流输电控制方式 (7)
2.3.1换流器触发控制 (7)
2.3.2换流变压器控制 (7)
2.4高压直流输电控制系统基本组成 (7)
2.4.1换流器触发控制基本组成 (7)
2.4.2换流变压器分接头控制基本组成 (8)
3高压直流输电基本构成和工作原理 (9)
3.1直流输电系统的构成方式 (9)
3.1.1单极系统 (9)
3.1.2双极系统 (10)
3.1.3背靠背直流系统 (11)
3.2高压直流输电的基本结构与工作原理 (11)
3.2.1高压直流输电的基本结构与工作原理 (11)
3.2.2基于晶闸管的12脉动换流单元 (12)
4高压直流输电仿真模型的建立与结果分析 (14)
4.1高压直流输电仿真模型的建立 (14)
4.1.1线路的参数 (14)
4.1.2整流环节简介 (15)
4.1.3逆变环节简介 (15)
4.1.4滤波器子系统简介 (15)
4.2仿真结果分析 (16)
4.2.1稳态系统波形 (16)
4.2.2 HDVC系统直流线路故障 (17)
4.2.3 HDVC系统交流侧故障 (19)
5结论 (20)
1绪论
1.1选题背景及意义
随着时代的进步，人们对于电力的需求日益加深，电力工业的发展也愈来愈快，这就使得人们需要更高质量，更大量的电能，于是在输电的过程中，线路可承载的输电容量以及输电效率也愈加重要。

在此基础上，安全可靠的电能，价格低廉且质量高的电能，偏僻地方的稳定电能则更是难能可贵。

因此，高压直流输电在现今电力发展中是十分重要的一环。

1.1.1国外的研究现状
最早出现直流输电大概要追溯到1882年,法国物理学家DUPPLER使用位于MIESBACH的矿井，以1.5～2.0 kV的电压向远在57 kM外的国际展览供电，这也成为了历史上直流输电的首次尝试。

在1912年，直流输电得到了再一次尝试的机会，虽然输电电压,功率和直流发电机距离分别增加到125 kV、20 MV和225 kM，可是这一次先比之前操作模式复杂，且输电稳定性不高，所以直流输电并没有发展起来。

紧接着，三相交流发电机的出现逐渐取代了直流输电的地位。

再下一次直流输电被应用到工程中是在50年代的汞弧阀的出现，然而汞弧阀的稀少仍然是直流输电的发展道路上一块巨大的绊脚石。

时间来到上世纪末期，虽然信息时代的到来，在电力电子和微电子日新月异的发展下，直流输电技术也逐渐走上了正轨。

高新技术的存在也慢慢为
直流输电的进步扫清障碍。

纵观1954年到2000年这50年，高压直流输电经历了历史性的飞跃，世界上直流输电总容量持续增长。

在21世纪之时，直流输电得到普及，总容量增长率也会越来越大。

1.1.2国内的发展现状
其实早在60年代起，我国就紧随步伐对直流输电的应用进行试验。

比如1974年在西安高压电器研究所建立6脉冲转换器的背靠背转换器试验站，再比如1977年在上海建立的6脉冲转换器实验工程。

这些试验都为HVDC在中国的发展奠定了技术基础。

1.2课题设计目标
1.2.1经济性
高压直流输电线路的成本和消耗较交流线路来说都是很低的,然而换流站的建造成本却比交流变电站高。

这就意味着，同样的传输容量，输电线路越长，建造成本也就越少。

1.2.2互联性
交流输电能力的同步发电机稳定性问题一直是诟病，其原因一方面是由不稳定的功率角导致,另一方面则是同步电机的电抗会伴随传输距离的增加而增加,线路消耗大，于是交流输电能力较弱。

而直流输电的造价与消耗较低，适合大量、远距离输送电力。

通信网络系统扩张将导致短路容量增加，解决方案就是更换合适的断路器，而这一举措并不总是顺利的，寻找合适的断路器不是一件简单的事情。

所以，使用高压直流互联可以避免短路容量增加，避免出现交流系统中的故障扩张，同时也是降低短路容量,提高系统稳定性的有效方式。

1.2.3控制性
直流输电的控制性是其另一个特征。

直流输电系统拥有直流输电控制系统，输电线路两端的换流器可以做出迅速而精确的反应。

1.3高压直流输电的缺点
（1）虽然高压输电线路的造价较为节省，可是换流站需投入大量资金，这体现在换流站设备繁多、造价相对较高等方面。

换流站的设备除换流变压器外，可控硅换流器和其他相关设备的造价也非常之高。

（2）换流器需要安装滤波器，由于换流器的畸变交流电流产生的高次谐波电流会导致交流电压也发生畸变，所以很有必要安装滤波器使得畸变率可以发生在可控范围之内。

此外，换流器也是谐波电压源，所以直流线路上也会产生谐波电压。

为了使得谐波电流、电压在可控范围内，应安装滤波器。

（3）换流站的造价高的原因还有一点就是需要安装无功功率补偿设备，因为换流站的换流器在运行工作时会消耗无功功率。

（4）在特定工作方式下，会对周边产生电磁干扰和电化学腐蚀。

（5）由于性能与制造工艺会对高压直流输电的效果产生很大影响，比如容量和输电形式，所以往往需要良好的直流断路器。

而直流断路器的技术相当繁杂，造价又很高。

再者直流断路器不易开断，相比交流系统的介质可恢复以及电弧可熄灭要逊色很多。

所以，在经济性和可靠性直流断路器都不如交流断路器。

2高压直流输电控制基本原理
2.1高压直流输电控制系统分层结构
系统能够正常运行主要依靠着高压直流输电控制系统，高压直流输电控制系统会按照优先级以及一些功能性的原则把控制链接到不同的层次。

这种分等级的结构更加便于对HDVC控制系统的分析以及使得系统操作维护更加灵活，将单一故障的影响降至最低，不会牵连至其他环节。

图2-1高压直流输电控制系统按照等级分层
高压直流输电控制系统等级分层如图2-1所示。

高压直流输电控制系统作为上级可以调控换流站的工作，对正负换流极加以控制使其能够高效运行。

严格遵守分层结构，由高层次控制低层次，不可逆。

极控制分为两种，一种是换流器控制，还有一种是单独控制，换流器控制可以改变换流阀的状态，而单独控制则可直接控制控制对象。

在分层结构中，系统控制级是HDVC控制系统的最高控制系统。

主要负责在通信系统上传直流输电系统中的各项参数，接收中心调度指令，根据命令调整、分配各个系统运行时回路中的功率并控制在范围之内，实现多种包括潮流反转、功率调制等多种控制，这样就可以再下一次故障出现时第一时间将进行应急控制。

双极控制级，接收来自换流器的指令，依据系统控制级的调度指令，根据正负极的功率定值决定运行过程中功率的传输方向，平衡正负极电流并控制交直流系统的无功功率、交流系统母线电压等，以达到HDVC系统正负极运行的协调控制。

极控制级，接收来自双极控制极的指令，再作用于换流器控制级从而对电流加以控制，负责控制正负极的运行方式和故障处理。

换流器控制级，负责触发换流器。

可进行定电流控制、定电压控制。

换流器实现。