基于PSCAD的高压直流输电系统建模和仿真.docx

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****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****之后的总结与提升,为以后的深入学****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。如图 1为长距离高压直流输电的典型接线,主要用来实现从电源中心到负荷中心的电能输送。 2 简化模型仿真分析 T1 T2 T4 T5 T6 T3 T2 D2 T2 D2 T2 D2 T2 D2 T2 D2 T2 D2 DDDDDD ABC Id U2a ABC Ud [ohm] 1000 [H] 1000 [H]图2 简化 HVDC 系统仿真接线如图 1为简化的 HVDC 系统仿真电路。系统省去了变压器、交流滤波器、直流滤波器,发电机以左侧的三相 110kV 电压源表示,电网以右侧的 110kV 电压源表示。整流器采用三相桥式不可控整流电路,在平波电抗器作用下,其输出电流波动极小;逆变器采用电流源三相桥式逆变电路,其触发脉冲由 PWM 调制获得调制电路如图 2。两平波电抗器均为 1000H ,以 10Ω电阻表示直流输电线路电阻。图3 PW M 控制电路图4 PW M 调制波形及逆变输出波形图 2 所示 PWM 控制电路中,载波频率为 1000Hz ,参考波为 110kV 、 50H z 三相电压。所得调制波形如图 3。图5 直流线路电流仿真波形由图 4可看出,在平波电抗器作用下