基于Matlab系統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)設(shè)計(jì)舊文望斧正

1、湘潭大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目： 基于Matlab系統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院 系： 信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 建筑設(shè)施智能技術(shù) 學(xué) 號(hào)： 2011550223 姓 名: 李 偉 指導(dǎo)教師:羅 培 完成日期:基于Matlab系統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要高壓直流輸電（HVDC）技術(shù)在過去的幾十年中取得了巨大的成就。直流輸電技術(shù)具有技術(shù)面廣、技術(shù)含量高、綜合性很強(qiáng)的特點(diǎn)，它不僅促進(jìn)了電力電子技術(shù)的發(fā)展，而且伴隨著電力電子器件、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新材料的出現(xiàn)，新能源和可再生能源的開發(fā)利用，一定會(huì)為電力工業(yè)的發(fā)展發(fā)揮更大的作用。本文首先介紹了高壓直流輸電(HVDC)技術(shù)的歷史發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，分析了高壓直

2、流輸電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和元件，并總結(jié)了高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性。之后著重討論了柔性直流輸電，也就是基于電壓源換流器的高壓直流輸電（VSC-HVDC)。分析了它的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，并運(yùn)用Matlab軟件建立了VSC-HVDC系統(tǒng)的仿真模型，通過對(duì)仿真結(jié)果的分析，驗(yàn)證了高壓直流輸電系統(tǒng)的適用性和合理性。關(guān)鍵字：高壓直流輸電 柔性直流輸電 電壓源換流器 Matlab仿真The design of HVDC system based on Matlab systemAbstract HVDC technology has made great achievements in the past few

3、 decades. Since 1882, the use of the HVDC power transmission, especially in twentieth Century, the rapid development of high power switching devices, to promote the rapid development of the new HVDC transmission, the HVDC is extended to the distribution network and the development of new energy sour

4、ces such as wider areas. DC transmission technology is wide, high technology content, strong comprehensive technology, it not only promoted the development of power electronic technology, and with the development of computer technology, power electronic devices, the emergence of new materials, new e

5、nergy development and utilization of renewable energy, will play a more important role for the development of electric power industry.This paper first introduces the HVDC technology development history and current situation at home and abroad, analyzes the basic structure and components of HVDC syst

6、em, and summarizes the operation characteristics of the HVDC system. Discusses the HVDC, HVDC is based on voltage source converter (VSC-HVDC). This paper analyzes the basic structure and its working principle, and establishes the simulation model of VSC-HVDC system using Matlab software, through the

7、 analysis of simulation results, verify the HVDC system applicability and rationality.Keyword：HVDC； flexible HVDC ；voltage source converter； Matlab simulation目錄 第一章 緒論21.1 高壓直流輸電的課題背景21.2 本課題研究的主要內(nèi)容及選題的意義21.3 高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及元件21.4 高壓直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行特性21.5 高壓直流輸電的歷史及其國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀2第二章 VSC-HVDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理32.1 VSC-HVDC

8、系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)32.2 VSC-HVDC系統(tǒng)的工作原理32.3 VSC-HVDC系統(tǒng)的控制32.4 VSC-HVDC系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合3第三章 VSC-HVDC系統(tǒng)的仿真及仿真結(jié)果分析33.1 VSC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況仿真33.2 VSC-HVDC系統(tǒng)的三相接地故障情況仿真3第四章 總結(jié)3第1章 緒論 1.1 高壓直流輸電的課題背景 隨著經(jīng)濟(jì)和電力技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展的非常龐大和復(fù)雜。電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展對(duì)電能的靈活調(diào)節(jié)不停提出新的更高要求，與此同時(shí)高性能的調(diào)節(jié)手段又給電力系統(tǒng)中電能的生產(chǎn)、輸送和應(yīng)用帶來了十分積極的變化。高壓直流輸電技術(shù)就是產(chǎn)生于這種背景之下。 高壓直流輸電

9、相對(duì)于交流輸電具有輸送容量大、成本低、損耗小、輸送距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。而且，高壓直流輸電沒有高壓交流輸電的穩(wěn)定性問題，更有利于大容量遠(yuǎn)距離輸電。而且因?yàn)楦邏褐绷鬏旊姷慕?jīng)濟(jì)性，適合兩個(gè)不同頻率的系統(tǒng)互聯(lián)，能夠遠(yuǎn)距離大功率送電等優(yōu)點(diǎn)。這些都使高壓直流輸電技術(shù)在未來的輸電系統(tǒng)中占據(jù)一席之地。對(duì)于新常態(tài)下的中國(guó)來說，高壓直流輸電在我國(guó)西電東送以及全國(guó)電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)中起到十分重要的作用。 所以，研究高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理和控制方法，進(jìn)行高壓直流輸電系統(tǒng)的建模與仿真，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析就顯得十分重要。1.2 本課題研究的主要內(nèi)容及選題意義本課題主要研究VSC-HVDC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理以及控制方法

10、。廣泛應(yīng)用的電流源型換流器（CSC)型HVDC系統(tǒng)采用的是晶閘管閥和直流平波電抗器，這種系統(tǒng)存在固有的缺點(diǎn)。電壓源換流器（VSC)型HVDC系統(tǒng)相對(duì)于廣泛應(yīng)用的電流源換流器（CSC)型HVDC系統(tǒng)，它具有以下特點(diǎn)： （1）由于開關(guān)頻率高，低次諧波大大減小，因而所需要的濾波器的容量相對(duì)較小。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)有功功率和無功功率進(jìn)行獨(dú)立的控制。（3）由于采用PWM控制，開關(guān)頻率高，因而響應(yīng)速度快。VSC-HVDC系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代中期才開始出現(xiàn)的技術(shù)，研究它有助于我國(guó)電力事業(yè)發(fā)發(fā)展。1.3 高壓直流輸電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) HVDC系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示，其基本元件將在下面描述。圖1.1 高壓直流輸電系

11、統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（1）換流器它們完成交-直流和直-交流的轉(zhuǎn)換，由閥橋和有抽頭切換器的變壓器構(gòu)成。閥橋包含6脈波或12脈波安排的高壓閥。換流變壓器向閥橋提供適當(dāng)?shù)燃?jí)不接地三相電壓源。因?yàn)樽儔浩鏖y側(cè)不接地，直流系統(tǒng)可以建立自己的對(duì)地參考點(diǎn)，一般情況下將換流閥的正端或負(fù)端接地。（2）平波電抗器 平波電抗器是指在直流回路中與換流器串接的電抗器。平波電抗器的設(shè)置和接線方式有多種。平波電抗器的主要功能包括：1）因?yàn)檎麟娐返拿}波數(shù)總是優(yōu)先的，在整流后輸出的直流電壓波形中一定存在脈動(dòng)成分，需要由平波電抗器平抑直流電壓中的諧波分量，從而減少對(duì)鄰近高頻通道的干擾，改善電磁環(huán)境。2）當(dāng)直流電流很小的時(shí)候，能夠保證電流不間

12、斷，防止直流低負(fù)荷的時(shí)候直流電流間斷引起過電壓現(xiàn)象的出現(xiàn)。3）當(dāng)直流線路短路或者逆變器發(fā)生換相失敗的時(shí)候，抑制故障電流上升率，降低故障電流幅值，減少連續(xù)換相失敗引起的一極停運(yùn)的幾率。4）抑制線路電容和換流站直流端容性設(shè)備通過換流閥的放電電流，防止有直流線路或者直流開關(guān)站所產(chǎn)生的陡坡沖擊進(jìn)閥廳，使換流閥免于遭受過電壓應(yīng)力而損壞。5）調(diào)整直流側(cè)電路串聯(lián)諧振頻率，使之避開基波和二次諧波頻率。 （3) 諧波濾波器 換流器在交流和直流兩側(cè)均產(chǎn)生諧波電壓和諧波電流。這些諧波可能導(dǎo)致電容器和附近的電機(jī)過熱，并干擾遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)。因此在交流側(cè)和直流側(cè)都裝有濾波裝置。 (4) 無功功率補(bǔ)償 直流換流器內(nèi)部要吸收無

13、功功率。在穩(wěn)態(tài)條件下，所消耗的無功功率是傳輸功率的50%左右。在暫態(tài)情況下，無功功率的消耗更大。因此，必須在換流器附近提供無功電源。對(duì)于強(qiáng)交流系統(tǒng)，通常采用并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)男问?。按照直流?lián)絡(luò)線和交流系統(tǒng)的要求，部分無功電源可以使用同步調(diào)相機(jī)或者靜止無功補(bǔ)償器（SVC)。作為交流濾波的電容也能夠提供部分無功功率。 （5） 電極目前來說，大多數(shù)的直流聯(lián)絡(luò)線設(shè)計(jì)采用大地作為中性導(dǎo)線，與大地相連接的導(dǎo)體需要有較大的表面積，以便是電流密度和表面電壓梯度最小，這個(gè)導(dǎo)體被稱為電極。所以，如果一定要限制流經(jīng)大地的電流，可以使用金屬性回路的導(dǎo)體作為直流線路的一部分。 （6） 直流輸電線 它們可以是架空線，也可以是

14、電纜。直流線路與交流線路十分相似，除了導(dǎo)體數(shù)和間距的要求有差異外。 （7） 交流斷路器為了排除變壓器故障和使直流聯(lián)絡(luò)線停運(yùn)，在交流側(cè)裝有斷路器。它們不是用來排除直流故障的，因?yàn)橹绷鞴收峡梢酝ㄟ^換流器的控制更快的清除。1.4 高壓直流輸電運(yùn)行特性 高壓直流輸電系統(tǒng)具有下列運(yùn)行特性： （1）功率傳輸特性 因?yàn)檩斔腿萘康牟粩嘣鲩L(zhǎng)，穩(wěn)定問題就成為了交流輸電的制約因素。為了解決穩(wěn)定問題，一般采用串補(bǔ)、靜補(bǔ)、調(diào)相機(jī)、開關(guān)站等措施，有時(shí)還必須提高輸出電壓。但是這些措施增加了很多電氣設(shè)備，代價(jià)是十分昂貴的。直流輸電就沒有相位和攻角，因此就不存在穩(wěn)定問題。只需網(wǎng)損、電壓降等技術(shù)指標(biāo)符合要求，就能夠達(dá)到傳輸目的，

15、不需要考慮穩(wěn)定問題，這不僅直流輸電的一個(gè)重要特點(diǎn)，也是它的一大優(yōu)勢(shì)。 （2）線路故障時(shí)的自我保護(hù)能力 交流線路單相接地后，它的消除過程一般需要0.4s0.8s，再加上重新合閘的時(shí)間，0.6s1s恢復(fù)。直流線路單極接地后，整流、逆變兩側(cè)晶閘管馬上閉鎖，電壓下降到零，迫使直流電流也降到零，故障電弧熄滅不存在電流沒有辦法過零的困難，直流線路單極故障恢復(fù)的時(shí)間一般為0.2s0.35s。從自我恢復(fù)能力來看，交流線路采用單相重合閘，要滿足單相瞬時(shí)未定才能夠恢復(fù)供電，直流就不存在這種限制條件。如果線路上發(fā)生的故障在重合（直流為再次啟動(dòng))中重燃，交流線路就會(huì)三相跳閘。直流線路就可以通過降壓方式來進(jìn)行第二、第三

16、次再啟動(dòng)，消除線路故障、恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)發(fā)生單片絕緣子損壞的情況時(shí)，交流必須要三相切除，直流側(cè)可以降壓運(yùn)行，并且大部分能取得成功。所以，對(duì)于占到線路故障80%90%的單相或者單極瞬時(shí)接地來說，直流線路具有響應(yīng)快、不受穩(wěn)定制約、恢復(fù)時(shí)間短、可以通過多次再啟動(dòng)和降壓運(yùn)行來消除故障恢復(fù)正常運(yùn)行等很多優(yōu)點(diǎn)。 （3）過負(fù)荷能力 通常情況下交流輸電線路具有較高的持續(xù)運(yùn)行的能力，因?yàn)榘l(fā)熱條件限制的運(yùn)行最大連續(xù)的電流比正常輸送的功率大很多，它的最大輸送容量往往受穩(wěn)定極限控制。直流線路也具有一定的過負(fù)荷能力，受到制約的通常是換流站。一般分2h過負(fù)荷能力、10s過負(fù)荷能力跟固有過負(fù)荷能力等。前兩者葛上的直流工程分

17、別為10%和25%，后者因環(huán)境溫度不同而不同?？偠灾?，就過負(fù)荷能力來說，交流具有更大的靈活性。直流線路如果需要更大的過負(fù)荷能力，就一定要在設(shè)備選型時(shí)預(yù)先考慮。 （4）利用直流輸電的調(diào)節(jié)作用能夠提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性 因?yàn)橹绷鬏旊娤到y(tǒng)具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，所以當(dāng)交流系統(tǒng)發(fā)生了故障的時(shí)候，利用直流輸電的調(diào)節(jié)作用能夠十分有效地提高交流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。美國(guó)著名的BPA500kV交直流并列運(yùn)行線路中，回長(zhǎng)1521km交流線路總共輸送了2860MW，平均回輸送點(diǎn)1430MW，直流系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用是重要措施之一。 （5）潮流和功率控制 交流輸電取決于網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的運(yùn)行的方式，值班的人員要進(jìn)行一定的調(diào)度

18、，但是控制又不夠精準(zhǔn)，直流輸電就可以全部自動(dòng)控制。 （6) 短路容量 當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)用交流互聯(lián)是，將增加兩側(cè)系統(tǒng)的短路容量，有時(shí)候會(huì)造成部分原有的斷路器不能夠滿足遮斷容量的要求而需要進(jìn)行更換設(shè)備。但是，直流互聯(lián)時(shí)，無論在哪里發(fā)生了故障，在直流線路上增加的電流都不是很大，所以不增加交流系統(tǒng)的短路容量。 （7）調(diào)度管理 因?yàn)橥ㄟ^直流線路互聯(lián)的兩端交流系統(tǒng)可以擁有各不相同的頻率，輸送的功率亦可保持恒定。對(duì)送端來說，整流站就相當(dāng)于交流系統(tǒng)的一個(gè)負(fù)荷。對(duì)于受端而言，逆變站就類似于交流系統(tǒng)的一個(gè)電源?；ハ嘀g的干擾和影響都不大，運(yùn)行和管理簡(jiǎn)單方便，受到了電力管理和運(yùn)行部門的歡迎。對(duì)我國(guó)目前發(fā)展的跨區(qū)域互聯(lián)、合

19、同售電、合資發(fā)電等形成的聯(lián)合電力系統(tǒng)非常合適。 （8）線路走廊 按照相同電壓500kV考慮，一條500kV直流輸電線路走廊的長(zhǎng)度大約為40m，一條500kV交流線路走廊的長(zhǎng)度約為50m，但是一條相同電壓的直流線路的輸送容量大約是交流線路的兩倍，它的傳輸效率大約是交流線路的兩倍可能更多一點(diǎn)。 1.5 高壓直流輸電的歷史及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀直流輸電的發(fā)展與換流技術(shù)有著密不可分的關(guān)系，特別是與高電壓、大功率換流設(shè)備的發(fā)展。第一階段：汞弧閥換流時(shí)期1901年發(fā)明的汞弧整流管只能用于整流。1928年具有柵極控制能力的汞弧閥研制成功，它不僅可以用于整流，而且也解決了逆變問題。由此大功率汞弧閥使直流輸電成為現(xiàn)實(shí)。由

20、于汞弧閥制造技術(shù)復(fù)雜、可靠性較差、價(jià)格昴貴、運(yùn)行維護(hù)不便、逆弧故障率高等各方面因素，使得直流輸電的應(yīng)用和發(fā)展受到了限制。第二階段：晶閘管閥換流時(shí)期上世紀(jì)70年代以后，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，高壓大功率晶閘管的出現(xiàn)，晶閘管換流閥和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在直流輸電工程中的應(yīng)用，有效地改善了直流輸電的可靠性和運(yùn)行性能，促進(jìn)了直流輸電技術(shù)的發(fā)展。第三階段：新型半導(dǎo)體換流設(shè)備的應(yīng)用20世紀(jì)90年代以后，IGBT得到廣泛應(yīng)用，1997年世界上 第一個(gè)采用IGBT組成電壓源換流器的直流輸電工程在 瑞典投入運(yùn)行。目前，世界上最大的IGBT輕型HVDC是北歐地區(qū)的Estlink海底電纜工程，運(yùn)行電壓15

21、0kV，傳輸容量350MW ，電纜全長(zhǎng)105km。我國(guó)直流輸電的發(fā)展1989年，我國(guó)自行研制的舟山直流輸電工程(士l00kV，100MW，54km)投入運(yùn)行；葛洲壩上海(葛上線)是我國(guó)的第一個(gè)高壓直流輸電工程（500kV，1200MW， 1064km） 1990年投運(yùn)。90年代下葉，開始建設(shè)三峽常州直流工程、三廣直流工程和貴廣直流工程。向家壩-上海800千伏特高壓直流輸電示范工程起于四川復(fù)龍換流站，止于上海奉賢換流站。額定輸送功率640萬千瓦，最大輸送功率700萬千瓦；直流輸電線路途經(jīng)八省市，全長(zhǎng)約2000公里。 近期即將開工的直流輸電工程：（1） 呼盟遼寧直流工程，此工程計(jì)劃近期開工。這是我

22、國(guó)第八個(gè)長(zhǎng)距離、大容量高壓直流輸電工程。額定直流電壓為500kV、額定直流電流3kA、額定輸送直流功率3000MW。直流線路西起內(nèi)蒙呼盟、東至遼寧沈陽，全長(zhǎng)約908km。通過此工程，內(nèi)蒙地區(qū)的富裕能源將源源不斷地送往東北工業(yè)基地。（2） 寧東山東直流工程，這將是是我國(guó)第九個(gè)長(zhǎng)距離、大容量高壓直流輸電工程。也是第九個(gè)西電東送的高壓直流輸電工程。此工程額定直流電壓為500kV、額定直流電流3kA、額定輸送直流功率3000MW。直流線路西起寧夏銀川、東至山東濰坊，全長(zhǎng)約1043km。目前正處于規(guī)范書編制階段。通過此工程，西北地區(qū)的富裕能源將源源不斷地送往東部工業(yè)基地。第2章 VSC-HVDC系統(tǒng)的基

23、本結(jié)構(gòu)和工作原理 2.1 VSC-HVDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) VSC-HVDC系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如下路所示，其基本元件將在下面介紹。圖2.1 VSC-HVDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 VSC-HVDC系統(tǒng)的主要設(shè)備有6脈動(dòng)換流橋、直流電容器、交流側(cè)濾波器以及換流器的控制保護(hù)設(shè)施等。換流閥由IGBT元件串聯(lián)組成，每一個(gè)元件都有一個(gè)反并聯(lián)二極管。為了讓串聯(lián)元件在導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候能夠得到均勻的動(dòng)態(tài)電壓分布，配有專門的觸發(fā)設(shè)施，每個(gè)元件上海并聯(lián)有均壓回路。低電位的控制系統(tǒng)產(chǎn)生控制信號(hào)，通過光電轉(zhuǎn)換，使用光導(dǎo)纖維傳輸?shù)礁唠娢坏腎BGT上去，完成對(duì)換流閥的控制。換流閥使用去離子水進(jìn)行冷卻。直流電容器提供了一個(gè)低電感路徑給關(guān)斷電

24、路，與此同時(shí)為潮流控制存儲(chǔ)了能量，亦可減少直流側(cè)的諧波。換流電感器兩端的電壓大小確定換流器轉(zhuǎn)換的功率大小，通過改變換流橋交流側(cè)輸出電壓的相位幅值，可以對(duì)有功和無功進(jìn)行控制。換流站還可以省去換流變壓器很直流濾波器，在交流側(cè)只需要安裝小容量的高通濾波器就可以滿足濾波的要求。 2.2 VSC-HVDC系統(tǒng)的基本原理 VSC-HVDC系統(tǒng)的原理圖如下圖所示:圖2.2 柔性直流輸電單線原理圖(1)直流側(cè)并聯(lián)大電容，起到為逆變器提供電壓支撐、減小直流側(cè)諧波、緩沖橋臂關(guān)斷時(shí)沖擊電流的作用(2)換流電抗器是VSC與交流側(cè)能量交換的紐帶同時(shí)也有濾波的作用(3)交流濾波器的作用是濾去交流側(cè)諧波(4)換流器中IGB

25、T上并聯(lián)反向二極管，第一個(gè)作用是作為主回路，第二個(gè)作用就是保護(hù)和續(xù)流。設(shè)換流電抗器是無損耗的，忽略諧波分量的時(shí)候，換流器和交流電網(wǎng)之間傳輸?shù)挠泄β蔖及無功功率Q分別為: 式中，為換流器輸出電壓的基波分量；為交流母線電壓基波分量；為和之間的相角差；為換流電抗器的電抗。有功功率的傳輸主要取決于，無功功率的傳輸主要取決于換流器通常采用脈寬調(diào)制（PWM）控制技術(shù)。 由換流器輸出的PWM電壓脈沖寬度控制，就是PWM的調(diào)制波相角。有功功率的傳輸主要取決于，通過對(duì)的控制就可以控制直流電流的方向及輸送功率的大小。 無功功率的傳輸主要取決于m，通過控制m就可以控制VSC發(fā)出或吸收無功功率及其大小。尤其當(dāng)0時(shí)V

26、SC只發(fā)出無功功率，當(dāng)時(shí)VSC以單位功率因數(shù)運(yùn)行。 2.3 VSC-HVDC系統(tǒng)的控制VSC-HVDC系統(tǒng)換流器的基本控制方式（1）定直流電壓控制方式，用以控制直流母線電壓和輸送到交流側(cè)的無功功率；（2）定直流功率（電流）控制方式，用來控制直流功率（電流）和輸送到交流側(cè)無功功率；（3）定交流電壓控制方式，只控制交流側(cè)母線電壓，適用于向無源網(wǎng)絡(luò)供電；（4）變頻率控制方式，用來控制交流側(cè)頻率，適用于與風(fēng)力發(fā)電廠連接或黑啟動(dòng)。通常對(duì)于一個(gè)兩端VSCHVDC系統(tǒng)，必須有一端采用定直流電壓控制方式。 2.4 VSC-HVDC系統(tǒng)的特點(diǎn)由IGBT組成的電壓源換流器的高壓直流輸電具有的特點(diǎn)是：（1）可以減少

27、換流站的設(shè)備、優(yōu)化換流站的結(jié)構(gòu)。即使換流站增加了直流電容器和換流電抗器，它還是可以省去換流變壓器、直流濾波器、平波電抗器、無功補(bǔ)償設(shè)施及簡(jiǎn)化的交流濾波器，除此之外，還可以不需要安裝快速通信設(shè)備?？偠灾瑩Q流站設(shè)施減少了，結(jié)構(gòu)得到了優(yōu)化。對(duì)小容量低電壓的換流站來說，方便采購(gòu)模塊式結(jié)構(gòu)，減少工程造價(jià)，提高可靠性，減少施工周期，經(jīng)濟(jì)上具有非常好的競(jìng)爭(zhēng)性。 （2）由于使用了新的換流器，使得輸電工程具備了良好的運(yùn)行性能，例如兩端換流站可以快速獨(dú)立地進(jìn)行有功和無功的調(diào)節(jié)來達(dá)到交流系統(tǒng)的要求；減少系統(tǒng)的短路功率；可以向無源負(fù)荷點(diǎn)輸電，諧波性能好等。 （3）VSC-HVDC可以使用傳統(tǒng)的架空路線，但是采用地

28、下線纜更能使效益充分發(fā)揮出來。在很多環(huán)境下電纜的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于架空線路的成本，而且使用電纜更能滿足環(huán)境的要求 （4）跟傳統(tǒng)的交流和就地發(fā)電相比來說，除了有成本優(yōu)勢(shì)以外，VSC-HVDC還能夠提供高質(zhì)量的電能。 （5） 使用可控關(guān)斷型的電力電子器件和PWM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立控制。 （6）可以向無源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電。 （7）當(dāng)潮流反轉(zhuǎn)的時(shí)候，直流電流方向反轉(zhuǎn)但是直流電壓的極性不發(fā)生變化，并且換流器不需要通信，也不需要額外的輔助設(shè)施，便于組建并聯(lián)的多端直流輸電系統(tǒng)。 (8)柔性直流輸電系統(tǒng)不僅能夠輸送有功功率，而且能夠?qū)崿F(xiàn)無功功率的緊急支援，從而提高系統(tǒng)的攻角穩(wěn)定性和系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

29、(9)模塊化設(shè)計(jì)大大縮短了柔性直流輸電的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝和調(diào)試周期。 2.5 VSC-HVDC系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合 VSC-HVDC系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合如下： (1)向城市送電。隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，城市的用電量急劇增加，線路走廊發(fā)生了較大的困難，使用VSC-HVDC系統(tǒng)輸電和新型地下電纜是一種可行的方法。(2)向遠(yuǎn)方的孤立負(fù)荷點(diǎn)輸電。如向沿海小島輸電，可以使用VSC-HVDC系統(tǒng)跟海底電纜來代替海島上的柴油發(fā)電器。(3)新型環(huán)保再生能源的開發(fā)（比如低水頭小型水電站、風(fēng)力發(fā)電站） (4)不同額定頻率或者相同額定頻率的交流系統(tǒng)之間的非同步運(yùn)行 (5)直流環(huán)網(wǎng)供電 (6) 提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。第3章 VSC-H

30、VDC系統(tǒng)仿真及仿真結(jié)果分析 3.1 VSC-HVDC系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)情況仿真利用Matlab軟件在Simulink環(huán)境下進(jìn)行仿真。模型參數(shù)如下：交流系統(tǒng)參數(shù)為230kV，2000MVA，50Hz；整流器逆變器全部都使用IGBT的三電平NPC電壓源換流器，電壓源換流器參數(shù)為200MVA，+/-100kVDC；調(diào)制方式是正弦脈寬調(diào)制SPWM，載波頻率是基波頻率的27倍，1350Hz；直流線路長(zhǎng)度是75km，如下圖所示。圖3.1 VSC-HVDC系統(tǒng)仿真模型在穩(wěn)態(tài)情況下，也就是沒有任何擾動(dòng)的情況下，電壓源換流器交流側(cè)的電壓電流都應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線，同時(shí)直流側(cè)電壓應(yīng)該類似呈一條直線。各波形圖如下。圖3.

31、2 VSC1 交流側(cè)電壓電流 圖3.3 直流側(cè)電壓 圖3.4 VSC2的交流電壓電流3.2VSC-HVDC系統(tǒng)的三相接地故障情況仿真在t=1.5秒的時(shí)候，交流系統(tǒng)1發(fā)生了-0.1p.u.的階躍變化。在t=2.1秒的時(shí)后，換流站2的地方發(fā)生了三相接地故障。換流站2直流側(cè)功率及電壓變化和換流站1的有功無功變化如下圖所示。圖3.5 有功無功功率變化圖3.6 直流側(cè)電壓以及直流線路有功傳輸變化 圖形顯示在t=1.5秒發(fā)生階躍變化的時(shí)候，換流站1的有功和無功分別同時(shí)發(fā)生了大致為0.09p.u.和0.2p.u.的下降，但是在小于0.3秒的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到了穩(wěn)態(tài)。在t=2.1秒的時(shí)候換流站2發(fā)生三相接地故障的時(shí)

32、后，直流功率直接中斷了，直流電壓也增加到1.2p.u.，最后在0.5秒以內(nèi)系統(tǒng)又恢復(fù)正常。3.3 VSC-HVDC系統(tǒng)的有功、無功跟直流電壓的階躍響應(yīng)的情況仿真圖3.7 有功無功功率變化圖3.8 直流側(cè)電壓 系統(tǒng)先進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。之后整流器的有功功率以及無功功率和逆變器的直流電壓相繼發(fā)生了階躍變化。在t=1.5秒的時(shí)后，第一個(gè)階躍變化是有功功率從1p.u.降到了0.9p.u.；功率在約0.3秒的時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。在t=2.0秒的時(shí)候，整流器的無功功率從0變?yōu)?0.1p.u.；在t=2.5秒的時(shí)候，逆變器的直流電壓由1p.u.下降到0.95p.u.?？偡抡鏁r(shí)間為3秒。3.4 VSC-HVDC系統(tǒng)的仿真結(jié)

33、果分析 分析以上仿真結(jié)果，有下面三個(gè)結(jié)論： （1）所使用的換流器雙閉環(huán)解耦控制方法不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且具有非常優(yōu)異的性能，通過控制內(nèi)環(huán)指令電流，能夠?qū)崿F(xiàn)有功、無功功率的解耦，能夠非常方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)VSC-HVDC系統(tǒng)的控制。（2） 建立的三種控制器模型分別滿足了VSC-HVDC系統(tǒng)對(duì)不同控制方式的要求；而且仿真結(jié)果也表明了：這種控制方法在不同的VSC-HVDC系統(tǒng)中都可以迅速地控制系統(tǒng)的潮流與穩(wěn)定，并且暫態(tài)過程中系統(tǒng)的振蕩小，就算是有如三相接地之類的嚴(yán)重故障，系統(tǒng)還是可以十分迅速的恢復(fù)正常。（3） 仿真也從理論上驗(yàn)證了VSC-HVDC系統(tǒng)擁有的傳統(tǒng)HVDC乜有的優(yōu)點(diǎn)：比如：可以獨(dú)立地控制有功與無功功

34、率，穩(wěn)定交流母線電壓等。第4章 總結(jié)與展望 4.2總結(jié) 2015年3月，我開始進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，到目前為止，論文基本完成。從最開始的一竅不通，到似懂非懂，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程難以用語言來表達(dá)。經(jīng)過幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于迎來了檢查。回想這段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 3月初，在與羅培老師的交流討論中我的題目定了下來，是基于Matlab系統(tǒng)的HVDC系統(tǒng)設(shè)計(jì)。當(dāng)選題報(bào)告，開題報(bào)告定下來的時(shí)候，我就著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)一竅不通的我面對(duì)浩瀚的書海真是有些茫然，不知到從何下手。我將這一困難告訴了羅老師，在羅老師細(xì)心的指導(dǎo)

35、下，查閱了高壓直流輸電系統(tǒng)、柔性直流輸電系統(tǒng)、高壓直流輸電工程技術(shù)之后，基本決定了是研究高壓直流輸電系統(tǒng)中的柔性直流輸電，也就是本文的主要研究方向。 4月初，資料已經(jīng)基本查找完畢，我便開始著手論文的寫作。在寫作過程中有遇到困難的時(shí)候，我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，問題一個(gè)一個(gè)解決掉，論文也慢慢有了雛形。 4月底，論文的文字?jǐn)⑹鲆呀?jīng)完成。5月開始進(jìn)行系統(tǒng)的仿真。為了構(gòu)建出自己滿意的仿真模型，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了Simlink。在建造仿真模型初期，因?yàn)闆]有接觸過Matlab軟件，覺得無從下手，雖然已經(jīng)了解系統(tǒng)的基本原理，卻不知道如何通過軟件建立仿真模型，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)和