嶺南師范學(xué)院 范偲偲

上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院有限公司 王玉忠

嶺南師范學(xué)院 黃瑜珈

1 引言

為將西部地區(qū)大量的剩余電能輸送到東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，選擇電能的輸送方式顯得尤為必要。高壓直流輸電（HVDC）憑借其獨特的優(yōu)勢在大容量、遠(yuǎn)距離、低損耗的電能輸送過程中得到了廣泛應(yīng)用[1]。

高壓直流輸電還具有運行可靠，調(diào)節(jié)速度快，在事故情況下可實現(xiàn)緊急支援，線路造價低，電能損耗小，線路走廊窄，征地費省等明顯優(yōu)勢[2-3]。

2 HVDC的工作原理及控制特點

2.1 HVDC的工作原理

HVDC采用兩個6脈動并聯(lián)組成的12脈動換流器，交流系統(tǒng)先經(jīng)過濾波器，將系統(tǒng)中的諧波除掉，再經(jīng)過12脈動換流閥整流為直流，再經(jīng)過直流長線路到達(dá)受端，經(jīng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姽┯脩羰褂谩?/p>

圖1 12脈動換流器原理圖

由圖1知，12個換流閥每間隔30°輪流觸發(fā)并依次導(dǎo)通，這樣持續(xù)導(dǎo)通120°+μ電角度（μ換相角），各個換流閥的導(dǎo)通順序即是換流閥的編號順序。

2.2 HVDC的控制特點

HVDC采用分層優(yōu)先級等級原則進(jìn)行控制，有秩序的對復(fù)雜的直流系統(tǒng)進(jìn)行分析控制，可以單獨對各層進(jìn)行控制，提高了整體及單個控制單元的靈活性、穩(wěn)定性和安全性。

圖2 HVDC控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)

由圖2可知，高壓直流輸電的控制部分主要在換流站，對換流閥進(jìn)行控制，也即是對換流站的極進(jìn)行控制。極控制包括對換流器的控制和單獨控制，換流器的控制直接是對換流閥。的控制，然后換流閥的控制和單獨控制直接作用于被控對象。

單獨控制直接作用于被控對象，如組成換流閥的晶閘管等換流設(shè)備。高壓直流輸電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)采用單向傳遞、高層向低層次依次控制。

圖3 高壓直流輸電系統(tǒng)模型圖

3 HVDC系統(tǒng)建模及結(jié)果分析

3.1 HVDC系統(tǒng)的仿真建模

本次實驗是在MATLAB/Simulink 的環(huán)境下，利用6脈動整流器原理接線圖建立HVDC仿真模型。以6脈動換流器組成的系統(tǒng)為例，建立仿真模型系統(tǒng)如圖3所示。

3.2 仿真結(jié)果分析

3.2.1 穩(wěn)態(tài)分析

在仿真分析中，對6脈動換流器組成HVDC系統(tǒng)分別進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)分析。首先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)仿真，輸出波形如圖4所示。

圖4 穩(wěn)態(tài)時直流線路電流及α角波形

由圖4得出的仿真波形可知，在仿真開始后，0～0.4s的時間對于給定的電流參考值(標(biāo)幺值)從 0.2 線性上升到了1。從電流和α角波形圖中可知，電流可以控制α角，藍(lán)線所表示的輸出電流也跟隨上升，跟隨性良好，在啟動時波形較穩(wěn)定，說明啟動電壓較穩(wěn)；在控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)下，當(dāng)電流急劇下降時，觸發(fā)角α迅速增大，可以看出電流對α角有較好的控制效果。

3.2.2 暫態(tài)分析

在暫態(tài)分析中，仿真出了故障時交流側(cè)三相電壓和電流波形和直流線路的電壓和電流波形如圖5和圖6所示。由圖6知，時間在0.5s時故障發(fā)生時，整流側(cè)的晶閘管電壓值降為0，發(fā)生閉鎖現(xiàn)象，電流也在迅速下降為0，故障將會在0.58 s的時候消除，系統(tǒng)將會恢復(fù)正常，此時電流值也會恢復(fù)到給定值。

圖5 故障時交流部分三相電壓和電流波形

暫態(tài)過程中，交流三相電壓電流，整流側(cè)直流線路的電壓，電流的輸出波形圖如圖6所示。當(dāng)直流系統(tǒng)發(fā)生路故障時，交流系統(tǒng)的電壓會發(fā)生高頻振蕩，會對交流系統(tǒng)產(chǎn)生很大的擾動，但是交流系統(tǒng)的短路容量為較直流系統(tǒng)大很多，所以不會產(chǎn)生很高的過電壓。從圖6也可看出直流電壓和電流存在有諧波分量，這是因為在直流輸電線路兩端沒有裝設(shè)直流濾波器的原因。

圖6 故障時直流線路電壓和電流波形

4 總結(jié)

本文分析了高壓直流輸電基本原理和換流器的工作特性，在分析控制特性時，以12脈動換流器為例，說明通過控制觸發(fā)角和逆變角可以實現(xiàn)對電壓、電流和功率等量值的控制。

利用 MATLAB/Simulink對高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，對6脈沖換流器的高壓直流輸電系統(tǒng)進(jìn)行建模，在系統(tǒng)不同的運行狀態(tài)下（主要為穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)）進(jìn)行仿真分析，其中在系統(tǒng)暫態(tài)過程中主要針對直流線路發(fā)生短路故障的情況進(jìn)行仿真分析，結(jié)果系統(tǒng)的控制性較好。

[1]耿靜.交直流混合電力系統(tǒng)次同步振蕩的建模與分析[D].華北電力大學(xué)(北京),華北電力大學(xué),2013.

[2]侯鐵鑄.淺談監(jiān)理工作中的直流輸電工程技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(30):187-187.

[3]許達(dá).特高壓直流輸電系統(tǒng)孤島運行研究[D].華南理工大學(xué),2012.