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基于Matlab的直流输电系统动态特性分析(DOC) HVDC与FACTS技术 基于Matlab的直流输电系统动态特性分析与仿真 学 院 自动化学院 专 业 电气工程 __ （电力系统运行与规划） 年级班别 14级电气4班 学 号 2111404004 三、HVDC仿真模型 图3中，500KV、5000MVA、50HZ的交流输电系统(EM)通过1000MW的直流输电线路与345KV、10000MVA、50HZ的交流输电系统(EN)相连。两个交流输电系统的相角为80度，基频为50HZ，并带有3次谐波。输电线路为300Km，线路电阻为0.015Ω, 线路电感为0.792， 线路电容为14.4n;EM侧线路电阻为26.07Ω，线路电感为48.86mH；EN侧线路电阻为6.205Ω，线路电感为13.96mH；两端均接0.5H的平波电抗器。整流桥和逆变桥均由两个通用的6脉冲桥搭建而成。交流滤波器直接接在交流母线上，它包括11次、13次和更高谐波等单调支路，总共提供600Mvar的容量。两个断路器模块分别为模拟整流器直流侧故障和逆变器交流测故障。 图3 HVDC仿真模型图 3.1整流环节 双击图3中的“整流环节”子系统，如图4所示。其中，变换器变压器使用三相三绕组变压器模块，接线方式为Y0-Y-?来联结，变换器变压器的抽头用一次绕组电压的倍数（整流器选0.90，逆变器选0.96）来表示。 图4整流环节子系统结构 双击图4中的“整流器”子系统，打开后如图5所示。其中，整流器是用两个通用桥模块串联而成的12脉冲变换器。 图5整流器子系统结构 3.2逆变环节 双击图3中的“逆变环节”子系统，如图6所示。与“整流环节”子系统结构相似，在此不再赘述。 图6逆变环节子系统结构 3.3滤波环节 从交流侧看，HVDC变换器相当于谐波电流源；从直流侧看，HVDC变换器相当于谐波电压源。交流侧和直流侧包含的谐波次数由变换器的脉冲路数p决定，分别为kp±1(交流侧)和kp（直流侧）次谐波，其中k为任意整数。对于本节的仿真而言，脉冲为12路，因此交流侧谐波分量分别为11次、13次、23次、25次……直流侧谐波分量为12次、24次……。 为了抑制交流侧谐波分量，在交流侧并联了交流滤波器。交流滤波器为交流谐波电流提供低阻抗并联通路。在基频下，交流滤波器还向整流器提供无功。双击图3中的“滤波器”子系统，如图7所示。可见，交流滤波器电路由150Mvar的无功补偿设备、高Q值（Q=100）的11次和13次单调谐滤波器，低Q值（Q=3）的减幅高通滤波器（24次谐波以上）组成。 图7滤波器子系统结构 四、仿真结果分析 基于图3所示的HVDC模型，分别对系统稳态、直流线路故障、逆变侧a相接地故障的情况进行仿真，仿真结果如下。 4.1 稳态系统波形 仿真后的电压和电流波形如图8所示。图中表示直流侧线路电压，和分别表示直流侧线路电流和实际参考电流，均为标幺值，alpha为整流器的触发延迟角。可见，系统经过一段时间后能够稳定运行。稳态后，直流电压为1pu，直流电流为1pu。 图8 稳态系统直流侧波形 4.2 HVDC系统的起停和阶跃响应仿真波形 打开整流器示波器，得到电压和电流波形如9所示。波形从上到下依次为以标幺值表示的直流侧线路电压，标幺值表示的直流侧线路电流和实际参考电流，以角度表示的第一个触发延迟角，整流器控制状态。 图9 整流侧相关波形 打开逆变器示波器，得到电压和电流波形如10所示。波形从上到下依次为以标幺值表示的直流侧线路电压和直流侧参考电压，标幺值表示的直流侧线路电流和实际参考电流，以角度表示的第一个触发延迟角，逆变器控制状态，熄弧角参考值和最小熄弧角。 图10逆变侧相关波形 结合图9和图10可以得出其仿真的大致过程如下： 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1.0 p.u.（2KA），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1 p.u.（500KV）。在稳定状态下，整流器的触发延迟角在16.5°附近，逆变器的触发延迟角在143°附近。逆变器子系统还对两个6脉冲的各个晶闸管的熄弧角进行测量，熄弧角参考值为12°，稳态时，最小熄弧角在22°附近。 3）在0.7s时，参考电流出现-0.2 p.u.的变化，在0.8s时恢复到设定值。可见系统的阶跃响应。